二极管及其特性

1、模拟电子技术模拟电子技术第第1章章 晶体二极管及应用晶体二极管及应用半导体二极管及其应用半导体二极管及其应用1.1半导体的基础知识半导体的基础知识1.2半导体二极管的基本特性半导体二极管的基本特性1.3二极管电路的二极管电路的 应用应用1.4特殊二极管特殊二极管1.5半导体二极管特性的测试半导体二极管特性的测试 小结小结模拟电子技术模拟电子技术第第1章章 晶体二极管及应用晶体二极管及应用学习目标学习目标: :1了解半导体的基本概念和本征半导体、杂质半了解半导体的基本概念和本征半导体、杂质半导体的特点。导体的特点。2了解了解PN结的形成结的形成，掌握掌握PN结的单向导电性结的单向导电性。3了解半

2、导体二极管的结构；了解半导体二极管的结构；掌握二极管的伏安掌握二极管的伏安特性特性及主要参数。及主要参数。4掌握常见的二极管应用电路掌握常见的二极管应用电路（如整流滤波电路、（如整流滤波电路、稳压电路等）的稳压电路等）的工作原理及分析方法工作原理及分析方法。5掌握使用万用表对二极管作简易测试掌握使用万用表对二极管作简易测试的方法。的方法。模拟电子技术模拟电子技术第第1章章 晶体二极管及应用晶体二极管及应用物质分有物质分有导体、绝缘体导体、绝缘体和和半导体半导体三类三类 1.1 半导体基础知识半导体基础知识按导电能力看，物质分有哪几类呢？按导电能力看，物质分有哪几类呢？导体导体(105s/cm)

3、(105s/cm)、半导体半导体(10-9102s/cm)(10-9102s/cm)绝缘体绝缘体(10-1410-22s/cm)(10-1410-22s/cm)。 模拟电子技术模拟电子技术第第1章章 晶体二极管及应用晶体二极管及应用半导体半导体：导电能力导电能力介于导体和绝缘体之间的物质介于导体和绝缘体之间的物质常用的半导体材料常用的半导体材料有：有：硅、锗硅、锗、硒、砷化镓以及金属氧化物和硫、硒、砷化镓以及金属氧化物和硫化物等化物等 1.1.1 1.1.1 半导体的主要特性半导体的主要特性模拟电子技术模拟电子技术第第1章章 晶体二极管及应用晶体二极管及应用半导体半导体的的特性特性：1 1）掺

4、杂性掺杂性 半导体的电导率会因加入杂质而发生显著半导体的电导率会因加入杂质而发生显著的变化的变化 2 2）温敏性温敏性 温度的变化也会使半导体的电导率发生显温度的变化也会使半导体的电导率发生显著的变化著的变化 3 3）光敏性光敏性 半导体的光电效应较好，光照不仅可以改半导体的光电效应较好，光照不仅可以改变半导体变半导体的电导率，而且可以产生电动势的电导率，而且可以产生电动势 模拟电子技术模拟电子技术第第1章章 晶体二极管及应用晶体二极管及应用1、 本征半导体本征半导体完全纯净的、结构完整的半导体材料称为完全纯净的、结构完整的半导体材料称为本征半导体。本征半导体。1 1）本征半导）本征半导体共价

5、键结构体共价键结构( (晶格结构晶格结构) )1.1.2 1.1.2 杂质半导体杂质半导体模拟电子技术模拟电子技术第第1章章 晶体二极管及应用晶体二极管及应用2 2）本征激发和载流子）本征激发和载流子 （2 2）载流子载流子A A、自由电子自由电子B、空穴空穴 注注：电子电子空穴对空穴对本征半导体中，自本征半导体中，自由电子和空穴成对由电子和空穴成对出现，出现，模拟电子技术模拟电子技术第第1章章 晶体二极管及应用晶体二极管及应用模拟电子技术模拟电子技术第第1章章 晶体二极管及应用晶体二极管及应用3 3）结结 论论（1 1）半导体中存在）半导体中存在两种载流子两种载流子，一种是带，一种是带负电的

6、负电的自由电子自由电子，另一种是带正电的，另一种是带正电的空穴空穴，它们都可以运载它们都可以运载“电荷电荷”形成形成电流电流。 （2 2）本征半导体本征半导体中，中，自由电子和空穴相伴自由电子和空穴相伴产生，数目相同产生，数目相同。模拟电子技术模拟电子技术第第1章章 晶体二极管及应用晶体二极管及应用（3 3）一定温度下一定温度下，本征半导体中电子空穴，本征半导体中电子空穴对的产生与复合相对平衡，对的产生与复合相对平衡，电子电子- -空穴对的空穴对的数目相对稳定数目相对稳定。（4 4）温度升高温度升高，激发的电子空穴对数目增，激发的电子空穴对数目增加，加，半导体的导电能力增强半导体的导电能力增强

7、。注注：“空穴空穴”的出现的出现是是半导体导电半导体导电区别于区别于导体导电导体导电的一个主要特征的一个主要特征。模拟电子技术模拟电子技术第第1章章 晶体二极管及应用晶体二极管及应用2 2、 杂质半导体杂质半导体 在本征半导体中在本征半导体中加入微量杂质加入微量杂质元素，元素，可使其导电性能显著改变。可使其导电性能显著改变。根据掺入杂质的性质不同，根据掺入杂质的性质不同，杂质半导体分杂质半导体分为两类：为两类：N N型型（电子型电子型）半导体半导体P P型型（空穴型空穴型）半导体。半导体。模拟电子技术模拟电子技术第第1章章 晶体二极管及应用晶体二极管及应用1）N N型半导体型半导体 在硅（或锗

8、）在硅（或锗）半导体晶体中，半导体晶体中，掺入微量的掺入微量的五价五价元 素元 素 ， 如， 如 磷磷（P P）、）、砷砷（AsAs）等，则构成等，则构成N N型型半导体。半导体。N N型半导体的共价键结构型半导体的共价键结构模拟电子技术模拟电子技术第第1章章 晶体二极管及应用晶体二极管及应用结论结论（1 1）N N型半导体型半导体多余的自由电子多余的自由电子参与导电移参与导电移动后，在原来的位置留下一个不能移动的正动后，在原来的位置留下一个不能移动的正离子，但离子，但与此同时没有相应的空穴产生与此同时没有相应的空穴产生，半半导体仍然呈现电中性。导体仍然呈现电中性。（2 2）N N型半导体型半

9、导体自由自由电子电子为多数载流子（称为多数载流子（称多子多子），），空穴空穴为少数载流子（称为少数载流子（称少子少子）。即）。即N N型半导体主要靠自由电子导电。型半导体主要靠自由电子导电。模拟电子技术模拟电子技术第第1章章 晶体二极管及应用晶体二极管及应用2 2）P P型半导体型半导体在硅（或锗）在硅（或锗）半导体晶体中，半导体晶体中，掺入微量的掺入微量的三三价价元素，如元素，如硼硼（ B B ） 、） 、 铟铟（InIn）等，则）等，则构成构成P P型半导型半导体。体。 P P型半导体共价键结构型半导体共价键结构 模拟电子技术模拟电子技术第第1章章 晶体二极管及应用晶体二极管及应用结论结论

10、（1 1）P P型半导体型半导体中，邻近的中，邻近的束缚电子束缚电子如果获如果获取足够的能量，有可能取足够的能量，有可能填补这个空位填补这个空位，使原，使原子成为一个不能移动的负离子，但子成为一个不能移动的负离子，但与此同时与此同时没有相应的自由电子产生没有相应的自由电子产生，半导体仍然呈现半导体仍然呈现电中性。电中性。（2 2）P P型半导体型半导体中，中，空穴空穴为多数载流子（为多数载流子（多多子子），），自由电子自由电子为少数载流子（为少数载流子（少子少子）。）。（3 3）P P型半导体型半导体主要靠主要靠空穴导电空穴导电。模拟电子技术模拟电子技术第第1章章 晶体二极管及应用晶体二极管及

11、应用1.1.31.1.3、 PNPN结及其导电性结及其导电性1 1、 载流子的运动载流子的运动P P型和型和N N型半导体交界处多子的扩散型半导体交界处多子的扩散 模拟电子技术模拟电子技术第第1章章 晶体二极管及应用晶体二极管及应用结论结论1 1）扩散运动：多子的运动扩散运动：多子的运动2 2）漂移运动：少子的运动漂移运动：少子的运动 漂移运动和扩散运动的方向相反漂移运动和扩散运动的方向相反内电场的产生内电场的产生模拟电子技术模拟电子技术第第1章章 晶体二极管及应用晶体二极管及应用2 2、PNPN结的形成结的形成 当通过内电场的扩散电流等于漂移电流时，当通过内电场的扩散电流等于漂移电流时，它的

12、宽度保持一定而处于稳定状态，它的宽度保持一定而处于稳定状态，PNPN结结即形成。即形成。注：注：1 1）PNPN结内电场的电位差约为零点几伏。结内电场的电位差约为零点几伏。2 2）当当PNPN结两端没有外加电场时，结两端没有外加电场时，PNPN结中无电结中无电流流过流流过。模拟电子技术模拟电子技术第第1章章 晶体二极管及应用晶体二极管及应用3 PN3 PN结的单向导电性结的单向导电性1 1）PNPN结外加正向电压（结外加正向电压（ PNPN结正偏结正偏）PNPN结外加正结外加正向电压时处向电压时处于于导通状态导通状态模拟电子技术模拟电子技术第第1章章 晶体二极管及应用晶体二极管及应用2 2）P

13、NPN结外加反向电压（结外加反向电压（ PNPN结反偏结反偏）PNPN结外加反结外加反向电压时处向电压时处于于截止状态截止状态模拟电子技术模拟电子技术第第1章章 晶体二极管及应用晶体二极管及应用结论结论PNPN结正偏时处于导通状态，结正偏时处于导通状态，有较小的正向有较小的正向电阻，正向电流电阻，正向电流I IF F较大较大；PNPN结反偏时处于截止状态，结反偏时处于截止状态，有较大的反向有较大的反向电阻，反向电流电阻，反向电流I IR R较小。较小。注注：正偏导通、反偏截止正偏导通、反偏截止的特点的特点体现体现PNPN结结具有的单向导电特性。具有的单向导电特性。模拟电子技术模拟电子技术第第1

14、章章 晶体二极管及应用晶体二极管及应用3. PN结的击穿结的击穿 反向击穿反向击穿： 当当PN结的反向电压增大到一定数值时，结的反向电压增大到一定数值时，反向电流突然急剧增大，这种现象称反向电流突然急剧增大，这种现象称为为PN结的反向击穿。结的反向击穿。 反向击穿电压反向击穿电压： 对应于电流开始剧增时的电压对应于电流开始剧增时的电压模拟电子技术模拟电子技术第第1章章 晶体二极管及应用晶体二极管及应用注注1：PN结的击穿有结的击穿有“雪崩击穿雪崩击穿”和和“齐纳击穿齐纳击穿”两两种种注注2：电击穿：当发生以上两种击穿时，反向电压下降电击穿：当发生以上两种击穿时，反向电压下降到击穿电压以下时，到

15、击穿电压以下时，PN结的性能仍能恢复到原结的性能仍能恢复到原来的状态的为来的状态的为“电击穿电击穿 ”状态状态热击穿：若发生热击穿：若发生“电击穿电击穿”后，反向电压不能即后，反向电压不能即时下降或撤掉，那么时下降或撤掉，那么PN结将因发热而击穿损坏。结将因发热而击穿损坏。注注3：PN结的热击穿是不可恢复的，在应用中应尽量结的热击穿是不可恢复的，在应用中应尽量避免避免模拟电子技术模拟电子技术第第1章章 晶体二极管及应用晶体二极管及应用1.2 1.2 二极管及其特性二极管及其特性1.2.1 1.2.1 半导体二极管的结构和类型及命名半导体二极管的结构和类型及命名构成：构成：PN 结结 + 引线引

16、线 + 管壳管壳 = 二极管二极管( (Diode) )符号：符号：( (anode) )( (cathode) )ACVD阳极阳极阴极阴极模拟电子技术模拟电子技术第第1章章 晶体二极管及应用晶体二极管及应用分类分类：1 1、按材料分：、按材料分：硅型硅型二极管二极管锗型锗型二极管二极管2 2、按结构分：、按结构分：点点接触型接触型面面接触型接触型平面平面型型模拟电子技术模拟电子技术第第1章章 晶体二极管及应用晶体二极管及应用点接触型点接触型正极正极引线引线触丝触丝N 型锗片型锗片外壳外壳负极负极引线引线模拟电子技术模拟电子技术第第1章章 晶体二极管及应用晶体二极管及应用负极引线负极引线 面接

17、触型面接触型N型锗型锗PN 结结 正极引线正极引线铝合金铝合金小球小球底座底座金金锑锑合金合金正极正极引线引线负极负极引线引线集成电路中平面型集成电路中平面型PNP 型支持衬底型支持衬底模拟电子技术模拟电子技术第第1章章 晶体二极管及应用晶体二极管及应用模拟电子技术模拟电子技术第第1章章 晶体二极管及应用晶体二极管及应用二极管的命名方法二极管的命名方法-P9-P9 （自学完成）（自学完成）模拟电子技术模拟电子技术第第1章章 晶体二极管及应用晶体二极管及应用1.2.2 1.2.2 二极管的伏安特性及其主要参数二极管的伏安特性及其主要参数1、PN 结的伏安方程结的伏安方程) 1e (/SDDTUu

18、Ii反向饱反向饱和电流和电流温度的温度的电压当量电压当量qkTUT 电子电量电子电量玻尔兹曼玻尔兹曼常数常数当当 T = 300K( (27 C) )：UT = 26 mV模拟电子技术模拟电子技术第第1章章 晶体二极管及应用晶体二极管及应用2、二极管的伏安特性、二极管的伏安特性OuD /ViD /mA正向特性正向特性Uth死区死区电压电压iD = 0Uth = 0.5 V 0.1 V( (硅管硅管) )( (锗管锗管) )U UthiD 急剧上升急剧上升0 U Uth UD(on) = (0.6 0.8) V 硅管硅管 0.7 V(0.1 0.3) V锗管锗管 0.2 V反向特性反向特性ISU

19、 (BR)反向击穿反向击穿U(BR) U 0 iD = IS 0.1 A( (硅硅) ) 几十几十 A ( (锗锗) )U U(BR)反向电流急剧增大反向电流急剧增大( (反向击穿反向击穿) )模拟电子技术模拟电子技术第第1章章 晶体二极管及应用晶体二极管及应用反向击穿类型：反向击穿类型：电击穿电击穿热击穿热击穿反向击穿原因反向击穿原因： 齐纳击穿齐纳击穿：( (Zener) )反向电场太强，将电子强行拉出共价键。反向电场太强，将电子强行拉出共价键。雪崩击穿：雪崩击穿：反向电场使电子加速，动能增大，撞击反向电场使电子加速，动能增大，撞击使自由电子数突增。使自由电子数突增。 PN 结未损坏，断电

20、即恢复。结未损坏，断电即恢复。 PN 结烧毁。结烧毁。模拟电子技术模拟电子技术第第1章章 晶体二极管及应用晶体二极管及应用硅管的伏安特性硅管的伏安特性锗管的伏安特性锗管的伏安特性604020 0.02 0.040 0.4 0.82550iD / mAuD / ViD / mAuD / V0.20.4 25 50510150.010.020模拟电子技术模拟电子技术第第1章章 晶体二极管及应用晶体二极管及应用3、温度对二极管特性的影响、温度对二极管特性的影响604020 0.0200.42550iD / mAuD / V20 C90 CT 升高时升高时，UD(on)以以 (2 2.5) mV/ C 下降下降模拟电子技术模拟电子技术第第1章章 晶体二极管及应用晶体二极管及应用4、二极管的、二极管的主要参数