液晶电视维修之半导体二极管

1、 半导体二极管半导体二极管付华1 半导体基础知识（一）半导体1.1 1.1 半导体材料半导体材料 其导电能力介于导体和绝缘体之间。 半导体具有某些特殊性质：如压敏热敏及掺杂特性，导电能力改变。1.2 本征半导体，空穴及其导电作用本征半导体，空穴及其导电作用一、本征半导体的结构特点一、本征半导体的结构特点GeSi通过一定的工艺过程，可以将半导体制成通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体晶体。现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。的最外层电子（价电子）都是四个。本征半导体：本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶

2、体。完全纯净的、结构完整的半导体晶体。在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形成与其相临的原子之间形成共价键共价键，共用一对价，共用一对价电子。电子。硅和锗的晶硅和锗的晶体结构：体结构：硅和锗的共价键结构硅和锗的共价键结构共价键共共价键共用电子对用电子对+4+4+4+4+4+4表示除表示除去价电子去价电子后的原子后的原子共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为共价键中的两个电子被紧

3、紧束缚在共价键中，称为束缚电子束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自自由电子由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。本征半导体的导电能力很弱。形成共价键后，每个原子的最外层电子是形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。八个，构成稳定结构。共价键有很强的结合力，使原子规共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。则排列，形成晶体。+4+4+4+4二、本征半导体的导电机理二、本征半导体的导电机理在绝对在绝对0度度（T=0K）和没有外界激发时和没有外界激发时, ,价价电子完

4、全被共价键束缚着，本征半导体中没有电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即可以运动的带电粒子（即载流子载流子），它的导电），它的导电能力为能力为 0，相当于绝缘体。，相当于绝缘体。在常温下，由于热激发，使一些价电子获在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由自由电子电子，同时共价键上留下一个空位，称为，同时共价键上留下一个空位，称为空穴空穴。1.1.载流子、自由电子和空穴载流子、自由电子和空穴+4+4+4+4自由电子自由电子空穴空穴束缚电子束缚电子2.本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理+4+4+4

5、+4在其它力的作用下，在其它力的作用下，空穴吸引附近的电子空穴吸引附近的电子来填补，这样的结果来填补，这样的结果相当于空穴的迁移，相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流可以认为空穴是载流子。子。本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子自由电子和和空穴空穴。温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一能的一个重要的外部因素，这是半导体的

6、一大特点。大特点。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体中电流由两部分组成：本征半导体中电流由两部分组成： 1. 自由电子移动产生的电流。自由电子移动产生的电流。 2. 空穴移动产生的电流。空穴移动产生的电流。（二）杂质半导体 杂质半导体：在本征半导体中人为掺入某种“杂质”元素形成的半导体。分为N型半导体和P 型半导体。一 、N型半导体： 在本征Si和Ge中掺入微量V族元素后形成的杂质半导体称为N型半导体。 所掺入V族元素称为施主 杂质，简称施主，能提供自由电子 N型半导体是以自由电子为导电主体。 右图（2-1） 二 、 P型半导体： 在本征

7、Si和Ge中掺入微量族元素后形成的杂质半导体称为P型半导体。所掺入族元素称为受主杂质，简称受主（能供给自由电子）。下图所示（图2-2），P型半导体是以空穴为主要导电体。 P型半导体中，空穴为多子，自由电子为少子。 2-2 PN结的形成及特性PN结：将P型和N型半导体采用特殊工艺制造成半导体半导体内有一物理界面，界面附近形成一个极薄的特殊区域，称为PN结。1PN结的形成：内建电场：由N区指向P区的电场E。阻止两区多子的扩散。 电场E产生的两区少子越结漂移电流将部分抵消因浓度差产生的使两区多子越结的扩散电流。 扩散进一步进行，空间电荷区内的暴露离子数增多，电场E增强，漂移电流增大，当扩散电流=漂移

8、电流时，达到平衡状态，形成PN结。无净电流流过PN结。 PN结的形成PN结形成过程分解：结形成过程分解：2.1 PN结的单向导电特性： 无外接电压的PN结开路PN结，平衡状态PN结 PN结外加电压时 外电路产生电流 正向偏置（简称正偏） PN结： PN结外加直流电压V：P区接高电位（正电位），N区接低电位（负电位） 正偏正向电流PN结加正向电压的结加正向电压的 情形情形+REPN 结正向偏置结正向偏置内电场内电场外电场外电场变薄变薄PN+_内电场被削弱，多子内电场被削弱，多子的扩散加强能够形成的扩散加强能够形成较大的扩散电流。较大的扩散电流。2 反向偏置（简称反偏） PN结反偏：P区接低电位（

9、负电位），N区接高电位（正电位）。 硅PN结的Is 为pA级 温度T增大 Is PN 结反向偏置结反向偏置+内电场内电场外电场外电场变厚变厚NP+_内电场被被加强，多内电场被被加强，多子的扩散受抑制。少子的扩散受抑制。少子漂移加强，但少子子漂移加强，但少子数量有限，只能形成数量有限，只能形成较小的反向电流。较小的反向电流。RE3 半导体二极管1.3 半导体二极管半导体二极管一、基本结构一、基本结构PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。引线引线外壳线外壳线触丝线触丝线基片基片点接触型点接触型PN结结面接触型面接触型PN二极管的电路符号：二极管的电路符号

10、： 二、伏安特性二、伏安特性UI死区电压死区电压 硅管硅管0.6V,锗管锗管0.2V。导通压降导通压降: : 硅硅管管0.60.7V,锗锗管管0.20.3V。反向击穿反向击穿电压电压UBR三、主要参数三、主要参数1. 最大整流电流最大整流电流 IOM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。正向平均电流。2. 反向击穿电压反向击穿电压UBR二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电过热而烧坏。手册上给

11、出的最高反向工作电压压UWRM一般是一般是UBR的一半。的一半。2-4 二极管基本电路及其分析方法1 整流电路： 图2-5整流： 利用二极管的单向导电特性，将交流变成单向（即直流）脉动电压的过程，称为整流。图2-5图2-5为典型的单相半波整流电路。分析如下： （1）当vi(t)0 二极管正偏 （2）当vi(t) 0 二极管反偏2-62-72.5 特殊二极管特殊二极管2.5.1 稳压二极管稳压二极管UIIZIZmax UZ IZ稳压稳压误差误差曲线越陡，曲线越陡，电压越稳电压越稳定。定。+-UZ动态电阻：动态电阻：ZZIUZrrz越小，稳压越小，稳压性能越好。性能越好。 专门工作与反向击穿状态的

12、二极管稳压 管。电路符号图2-10（b），特性曲线图2-10（a）。 1 稳压 管的参数： 稳定电压Vz 最小稳定电流IzMIN ： 最大稳定电流IzMAX ： 动态电阻rz ： 动态电阻的温度系数：（4）稳定电流稳定电流IZ、最大、最小稳定电流最大、最小稳定电流Izmax、Izmin。（5）最大允许功耗）最大允许功耗maxZZZMIUP稳压二极管的参数稳压二极管的参数:（1）稳定电压稳定电压 UZ（2）电压温度系数电压温度系数 U（%/） 稳压值受温度变化影响的的系数。稳压值受温度变化影响的的系数。（3）动态电阻）动态电阻ZZIUZr2 稳压管应用电路：图2-11 RL ：负载电阻； R：限流电阻；要求输入电压VIVZ 用负载线法分析： 画出等效电路图2-12（a）求出稳压管的负载线图2-12（b）