半导体二极管与直流稳压电源06讲义教材
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6.2 半导体二极管
6.32.1 基本结构
6.2.2 外伏壳安特性触丝 N型锗片 引6线.2.3 伏安特性的折线化
6.2.4 二极管的主要参数
铝合金小球 N型硅
阳极引线
PN结 金锑合金
点接触型
阳极 阴极
表示符号
底座 阴极引线
面接触型
I/mA
6.2.2 80伏安特性
60
正向
40
半导体二极 管的伏安特性 是非线性的。 -50
硅的原子结构
6.1.1 本征半导体
本征半导体晶体结构中的共价健结构
纯净的半导体其所有的原子基
本所共上以价整半键 齐导排体列也Si ，称形为成晶Si 晶体体结构价电，子
——晶体管名称的由来
Si
Si
6.1.1 本征半导体
自由电子与空穴
空穴
Si
Si
共价键中的电子
在获得一定能量
后，即可挣脱原
子核的束缚，成
空合穴对现数象目越多。
自由
电子
6.1.1 本征半导体
半导体导电方式
载流子
空穴
加由形空正自高多愈对同导这方也属上电成穴电由， ， 好 半当在时是式是在电因外 子 电 的 荷载导，导电半半存 半 的 半 导和为电作子运的流电所体导子导最空在导导电，压定电动运子性以器体体和大穴着体体原温时向流相动数能，件两中空特导电导和理度，运；当目也温性端，点电子电金上愈穴自 动 而 于愈 就 度 能，，
电子技术 模拟电子技术：信号连续 变化
数字电子技术：信号 不连续变化、离散
第6章 半导体二极管与直流稳压电源
武汉工程大学
电工教研室
返回
目录
6.1 半导体基础知识 6.2 半导体二极管 6.3 二极管应用电路 6.4 特殊二极管 6.5 直流稳压电源
本征半导体就是完全纯净的半导体。
应用最多的本征半 导体为锗和硅，它们 各有四个价电子，都 是四价元素.
A R
D1 ui
E1
ui
B
D2 E2
在ui的正半周，当ui<E1时，D1、
D2都ui 处于反向偏置，不导通，
uo=ui。当ui>E1时，D1处于正
向偏置而导通，使输出电压uo
u保o 持O 在等π 于E1值2π 。 3π
4π
ωt
在uuo i的负半周，当-E2<ui<E1时， Du向o1=-O偏E、E2u1 Di置。2都而当π 处导ui于<通-E反2，π 2时向使，偏3输π D置出2处而4电π 于截压正止ωuto， 保持在等于-E2值。
P
空间电荷区 N
空穴
内电场方向
自由电子
2. PN结的单向导电性
1 外加正向电压使PN结导通
变窄
P
N
I
内电场 方向
R
外电场方向
+–
PN结呈现低阻导通状态，通过PN结的电 流基本是多子的扩散电流——正向电流
2. PN结的单向导电性
2 外加反向电压使PN结截止
P
变宽
N
I=0
内电场 方向
R
外电场方向
-+
对二（极-10OVb管）截图π止，，当u2πuo i=<u3Eiπ=时10，4sπin二ω极ωtt; 管导通，-10OVuo= Eπ =5V;2π当u3i>π =E4时π ，ωt
Si
Si
为自由电子
同时在共价键中 留下一个空穴。
自由 电子
6.1.1 本征半导体
热激发与复合现象
空穴
由于受热或光照
产空征生穴在半温自的导自运度由现体一由动中电象定电中的时子-子遇-自-，和--由本
Si
Si
电到子—空空穴穴后对，的数
目两基本者不同变时热。消激温发度 愈失高，，自称由为电复子—
Si
Si
Si Si
Si Si
自由 电子
的的影本响质很差大别。。
6.1.2 杂质半导体
N型半导体
在硅或锗的晶体中 Si
Si
掺入微量的磷（或
多余 电子
其它五价元素）。
自电由子电型子半是导多体数
P+
Si
载或流N子型，半空导穴体是
少数载流子。
6.1.2 杂质半导体
P型半导体
在硅或锗晶体中
掺入硼（或其它 三价元素）。
O
π
2π
3π
4π
ωt
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限幅电路的应用
限幅电路在脉冲电路中常用作波形变换，如将 正弦电压变为方波。在模拟电子设备中，限幅 电路可作保护电路。例如接收机输入端在遇到 强电压干扰时，可能造成电路不能正常工作甚 至损坏设备。若在输入端加入限幅器，则可避 免这种情况。对正常接收的信号，由于输入信 号幅度很小，限幅器并不起作用。
例：在下图的（a）、（b）电路中，已知E=5V， ui=10sinωtV，二极管的正向压降可忽略不计。试画出 输出电压uo的波形。
ui
RD +
Fra Baidu bibliotek
R
uo
ui
D +
uo
_E
E_
（a）
（b）
ui
解：10V对（a）图，当ui> E时，二极管导u通i ，uo= E=5V; 当ui< =E时，二极管截止，uo =ui=10sinωt; 10V
Si
空穴是多数载流子，
自由电子是少数载
流子。
B-
Si
空穴
Si
空穴型半导体 或P型半导体。
6.1.2 杂质半导体
不论N型半导体还是P型半导体， 虽然它们都有一种载流子占多数， 但是整个晶体仍然是不带电的。
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6.1.2 PN结
1. PN结的形成
P
N
空穴
自由电子
PN结是由扩散运动形成的,
扩散运动和漂移运动达到动态平衡。
PN结呈现高阻状态，通过PN结的电流是少子的漂移电流 ----反向电流
特点: 受温度影响大
原因: 反向电流是靠热激发产生的少子形成的
2. PN结的单向导电性
结论
PN结具有单向导电性
（1） PN结加正向电压时，处在导通状态，结电阻很低， 正向电流较大。
（2）PN结加反向电压时，处在截止状态，结电阻很高，反 向电流很小。
2 反向工作峰值电压URWM: 保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压。
3 反向峰值电流IRM: 二极管上加反向工作峰值电压时的反向电流值。
6.3 二极管应用电路
主要利用二极管的单向导电性。可用 于整流、检波、限幅、元件保护以及在 数字电路中作为开关元件。
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6.3 二极管应用电路
1、 二极管限幅与嵌位电路。已知输入波形画出输出波形。
反向
I/µA
0.2~ 0.3伏。
6.2.2 伏安特性
2 反向特性
I/mA 80
60
正向
反向电流： 反向饱和电流： 反向击穿电压U（BR）
40
死区电 压 20
-50 -25
O 0.4 0.8 U/V
击穿电
-20
压
-40
反向
I/µA
6.2.4 主要参数
1 最大整流电流IOM： 二极管长时间使用时，允许流过的最大正向平均电流。
死区
20 电压
-25
O 0.4
击穿 -20
电压
-40
反向 I/µA
0.8 U/V
6.2.2 伏安特性
1 正向特性
I/mA 80
60
正向
死区电压： 硅管：0.5伏左右，锗管：
-50 -25
0.1伏左右。
40 死区电压
20
O 0.4 0.8 U/V
正向压降：
击穿电压
-20
-40
硅管：0.7伏左右，锗管：
6.2 半导体二极管
6.32.1 基本结构
6.2.2 外伏壳安特性触丝 N型锗片 引6线.2.3 伏安特性的折线化
6.2.4 二极管的主要参数
铝合金小球 N型硅
阳极引线
PN结 金锑合金
点接触型
阳极 阴极
表示符号
底座 阴极引线
面接触型
I/mA
6.2.2 80伏安特性
60
正向
40
半导体二极 管的伏安特性 是非线性的。 -50
硅的原子结构
6.1.1 本征半导体
本征半导体晶体结构中的共价健结构
纯净的半导体其所有的原子基
本所共上以价整半键 齐导排体列也Si ，称形为成晶Si 晶体体结构价电，子
——晶体管名称的由来
Si
Si
6.1.1 本征半导体
自由电子与空穴
空穴
Si
Si
共价键中的电子
在获得一定能量
后，即可挣脱原
子核的束缚，成
空合穴对现数象目越多。
自由
电子
6.1.1 本征半导体
半导体导电方式
载流子
空穴
加由形空正自高多愈对同导这方也属上电成穴电由， ， 好 半当在时是式是在电因外 子 电 的 荷载导，导电半半存 半 的 半 导和为电作子运的流电所体导子导最空在导导电，压定电动运子性以器体体和大穴着体体原温时向流相动数能，件两中空特导电导和理度，运；当目也温性端，点电子电金上愈穴自 动 而 于愈 就 度 能，，
电子技术 模拟电子技术：信号连续 变化
数字电子技术：信号 不连续变化、离散
第6章 半导体二极管与直流稳压电源
武汉工程大学
电工教研室
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目录
6.1 半导体基础知识 6.2 半导体二极管 6.3 二极管应用电路 6.4 特殊二极管 6.5 直流稳压电源
本征半导体就是完全纯净的半导体。
应用最多的本征半 导体为锗和硅，它们 各有四个价电子，都 是四价元素.
A R
D1 ui
E1
ui
B
D2 E2
在ui的正半周，当ui<E1时，D1、
D2都ui 处于反向偏置，不导通，
uo=ui。当ui>E1时，D1处于正
向偏置而导通，使输出电压uo
u保o 持O 在等π 于E1值2π 。 3π
4π
ωt
在uuo i的负半周，当-E2<ui<E1时， Du向o1=-O偏E、E2u1 Di置。2都而当π 处导ui于<通-E反2，π 2时向使，偏3输π D置出2处而4电π 于截压正止ωuto， 保持在等于-E2值。
P
空间电荷区 N
空穴
内电场方向
自由电子
2. PN结的单向导电性
1 外加正向电压使PN结导通
变窄
P
N
I
内电场 方向
R
外电场方向
+–
PN结呈现低阻导通状态，通过PN结的电 流基本是多子的扩散电流——正向电流
2. PN结的单向导电性
2 外加反向电压使PN结截止
P
变宽
N
I=0
内电场 方向
R
外电场方向
-+
对二（极-10OVb管）截图π止，，当u2πuo i=<u3Eiπ=时10，4sπin二ω极ωtt; 管导通，-10OVuo= Eπ =5V;2π当u3i>π =E4时π ，ωt
Si
Si
为自由电子
同时在共价键中 留下一个空穴。
自由 电子
6.1.1 本征半导体
热激发与复合现象
空穴
由于受热或光照
产空征生穴在半温自的导自运度由现体一由动中电象定电中的时子-子遇-自-，和--由本
Si
Si
电到子—空空穴穴后对，的数
目两基本者不同变时热。消激温发度 愈失高，，自称由为电复子—
Si
Si
Si Si
Si Si
自由 电子
的的影本响质很差大别。。
6.1.2 杂质半导体
N型半导体
在硅或锗的晶体中 Si
Si
掺入微量的磷（或
多余 电子
其它五价元素）。
自电由子电型子半是导多体数
P+
Si
载或流N子型，半空导穴体是
少数载流子。
6.1.2 杂质半导体
P型半导体
在硅或锗晶体中
掺入硼（或其它 三价元素）。
O
π
2π
3π
4π
ωt
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限幅电路的应用
限幅电路在脉冲电路中常用作波形变换，如将 正弦电压变为方波。在模拟电子设备中，限幅 电路可作保护电路。例如接收机输入端在遇到 强电压干扰时，可能造成电路不能正常工作甚 至损坏设备。若在输入端加入限幅器，则可避 免这种情况。对正常接收的信号，由于输入信 号幅度很小，限幅器并不起作用。
例：在下图的（a）、（b）电路中，已知E=5V， ui=10sinωtV，二极管的正向压降可忽略不计。试画出 输出电压uo的波形。
ui
RD +
Fra Baidu bibliotek
R
uo
ui
D +
uo
_E
E_
（a）
（b）
ui
解：10V对（a）图，当ui> E时，二极管导u通i ，uo= E=5V; 当ui< =E时，二极管截止，uo =ui=10sinωt; 10V
Si
空穴是多数载流子，
自由电子是少数载
流子。
B-
Si
空穴
Si
空穴型半导体 或P型半导体。
6.1.2 杂质半导体
不论N型半导体还是P型半导体， 虽然它们都有一种载流子占多数， 但是整个晶体仍然是不带电的。
返回
6.1.2 PN结
1. PN结的形成
P
N
空穴
自由电子
PN结是由扩散运动形成的,
扩散运动和漂移运动达到动态平衡。
PN结呈现高阻状态，通过PN结的电流是少子的漂移电流 ----反向电流
特点: 受温度影响大
原因: 反向电流是靠热激发产生的少子形成的
2. PN结的单向导电性
结论
PN结具有单向导电性
（1） PN结加正向电压时，处在导通状态，结电阻很低， 正向电流较大。
（2）PN结加反向电压时，处在截止状态，结电阻很高，反 向电流很小。
2 反向工作峰值电压URWM: 保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压。
3 反向峰值电流IRM: 二极管上加反向工作峰值电压时的反向电流值。
6.3 二极管应用电路
主要利用二极管的单向导电性。可用 于整流、检波、限幅、元件保护以及在 数字电路中作为开关元件。
返回
6.3 二极管应用电路
1、 二极管限幅与嵌位电路。已知输入波形画出输出波形。
反向
I/µA
0.2~ 0.3伏。
6.2.2 伏安特性
2 反向特性
I/mA 80
60
正向
反向电流： 反向饱和电流： 反向击穿电压U（BR）
40
死区电 压 20
-50 -25
O 0.4 0.8 U/V
击穿电
-20
压
-40
反向
I/µA
6.2.4 主要参数
1 最大整流电流IOM： 二极管长时间使用时，允许流过的最大正向平均电流。
死区
20 电压
-25
O 0.4
击穿 -20
电压
-40
反向 I/µA
0.8 U/V
6.2.2 伏安特性
1 正向特性
I/mA 80
60
正向
死区电压： 硅管：0.5伏左右，锗管：
-50 -25
0.1伏左右。
40 死区电压
20
O 0.4 0.8 U/V
正向压降：
击穿电压
-20
-40
硅管：0.7伏左右，锗管：