主要学习内容认识二极管二极管的单向导电性单向导电性的原理二

主要学习内容认识二极管二极管的单向导电性单向导电性的原理二极管的伏安特性特殊二极管二极管的整流作用直流稳压电源一、认识晶体二极管直插式二极管贴片二极管１.常见半导体二极管２.二极管的外观、电路符号、文字符号阳极+阴极-在电路中的文字符号：VD二、二极管的单向导电性-6VVcVDi6VVcVD二极管阳极接电源正极，阴极接电源负极时，称为二极管正向偏置（正偏）。此时灯泡亮，说明电路中有较大电流通过，二极管处于导通状态。二极管阳极接电源负极，阴极接电源正极时，称为二极管反向偏置（反偏）。此时灯泡不亮，说明电路中电流很小（几乎为0），二极管处于截止状态。二极管正向偏置导通，反向偏置截止的特性称为单向导电性。三、单向导电性的原理由一个ＰＮ结、２个电极加封装外壳构成。１.二极管的结构按导电材料的分类：导体、绝缘体和半导体硅和锗最外层轨道上的四个电子称为价电子。典型的半导体是硅Si和锗Ge，它们都是4价元素。2.

PN结的形成——（1）半导体材料束缚电子在绝对温度T=0K时，所有的价电子都被共价键紧紧束缚在共价键中，不会成为自由电子，因此半导体的导电能力很弱，接近绝缘体。2.

PN结的形成——（1）半导体材料2.

PN结的形成——（1）半导体材料半导体按掺杂与否分为本征半导体和杂质半导体

——纯净的不含任何杂质、晶体结构排列整齐的半导体为本征半导体

——在本征半导体中掺入某种微量元素（杂质），使其导电性能发生显著变化后所形成的半导体称为杂质半导体。根据掺入的杂质不同，杂质半导体又可分为P型半导体和N型半导体两大类

自由电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴本征激发常温下，本征半导体内可自由移动的电子数目很少，导电能力很差，但当温度上升或受到光照时，部分半导体原子的外层电子在获得足够能量后，将挣脱共价键的束缚，形成自由电子（简称电子）和共价键空位（简称空穴），这一过程成为热激发（或本征激化）。2.

PN结的形成——（2）本征半导体热激发产生的电子和空穴总是成对出现，形成电子－空穴对。电子和空穴都可看作带电粒子，1个电子带一个单位负电荷，1个空穴带一个单位正电荷，它们统称为载流子。在本征半导体中，电子－空穴对的数目主要取决于环境温度。半导体器件的导电能力对温度很敏感。2.

PN结的形成——（2）本征半导体电子－空穴对束缚电子在硅中加入5价元素磷N型半导体+4+4+4+4+4+4+3+4+4在硅中加入3价元素硼P型半导体2.

PN结的形成——（3）杂质半导体N型半导体P型半导体多数载流子——自由电子少数载流子（由本征激发而来）——空穴杂质原子释放一个电子而成为一个不能移动的正离子（施主离子）多数载流子——空穴少数载流子（由本征激发而来）——

自由电子杂质原子形成一个空穴而成为不能移动的负离子（受主离子）++++++++++++－－－－－－－－－－－－2.

PN结的形成——（3）杂质半导体2.

PN结的形成——（4）PN结的形成

如果通过一定的生产工艺把P型半导体和N型半导体结合在一起，则会在它们的交界处形成一个特殊的薄层，这个薄层就称为PN结。

PN结的形成需要经历一下三个阶段：1、多子扩散，形成多子扩散阻挡层；2、多子扩散形成阻挡层，促使少子漂移；3、多子扩散与少子漂移达到动态平衡，从而形成PN结。

2.

PN结的形成——（4）PN结的形成（1）多子扩散，形成多子扩散阻挡层：由于浓度差异，N区的电子向P区扩散，P区中的空穴向N区扩散；当电子和空穴相遇时，将发生复合而消失，在交界面两侧形成空间电荷区；空间电荷区形成一个内电场Ein，阻挡多子扩散、促使少子漂移。

2.

PN结的形成——（4）PN结的形成（2）多子扩散形成阻挡层，促使少子漂移

：多子扩散的结果是在交界面形成阻挡层，阻挡多子扩散、促使少子漂移。随着多子扩散运动的进行，阻挡层不断增厚，扩散运动逐渐减弱，漂移运动不断加强。当两种运动达到动态平衡时，空间电荷区的宽度保持一定，PN结就形成了。

3.

PN结的特性——单向导电性

PN结的单向导电性：（1）外加一定正向电压，PN结导通；（2）外加反向电压，PN结截止。

3.

PN结的特性——单向导电性

（1）外加一定正向电压，PN结导通；

当外加电压使PN结正向偏置（简称正偏）时，外加电场Eout与内电场Ein的方向相反，使空间电荷区变窄，阻挡层变薄，PN结呈低电阻特性。当外加电压大于一定数值时，大量多子在外电场的作用下越过阻挡层形成较大的电流，故称PN结导通。外加正向电压（正偏）－－电源正极接P区，负极接N区外电场的方向与内电场方向相反外电场削弱内电场，耗尽层变窄扩散电流＞漂移漂移多子扩散形成正向电流I

FI

F3.

PN结的特性——单向导电性3.

PN结的特性——单向导电性

（2）外加反向电压，PN结截止。

当外加电压使PN结反向偏置（简称反偏）时，空间电荷区变宽，阻挡层变厚，PN结呈阻断特性。少子的漂移运动占主导，形成的反向电流极小（μA级），在近似分析时可忽略不计，相当于开关的断开状态，故称PN结截止。

PN视频演示外加反向电压（反偏）－电源正极接N区，负极接P区外电场的方向与内电场方向相同外电场加强内电场，耗尽层变宽漂移电流＞扩散电流少子漂移形成反向电流I

RI

R3.

PN结的特性——单向导电性总结PN结正偏

较大正向电流

呈低电阻称为导通；PN结反偏反向电流近似为零呈高电阻称为截止；由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。四、二极管的伏安特性１.测试电路伏安特性：两端电压与流过电流之间的关系。（a）正向特性测试电路

（b）反向特性测试电路２．二极管的伏安特性曲线反向饱和电流硅：0.5V死区电压IU0击穿电压UBR导通电压硅：0.7V锗锗：0.1V锗：0.2V正向特性反向特性反向击穿特性３．二极管的等效模型——实际化３．二极管的等效模型——理想化导通压降二极管的V—A特性iuFUFU串联电压源模型理想二极管模型４．二极管的主要参数

（1）最大整流电流IF二极管长期连续工作时，允许通过二极管的最大整流电流的平均值。（2）最高反向工作电压URM允许二极管上的反向电压的峰值，即耐压值，通常规定为反向击穿电压UBR一半。

（3）反向电流IR——

二极管未击穿时的反向电流值在室温下，硅二极管的反向电流一般在纳安(nA)级；锗二极管的反向电流一般在微安(

A)级。（4）最高工作频率fM

——保证二极管单向导通作用的最高工作频率。五、特殊二极管——二极管的分类1、二极管的分类●按所用半导体材料不同分类：硅二极管、锗二极管●按制作工艺不同分类：点接触型、面接触型、平面接触型●按用途不同分类：普通二极管、整流二极管、稳压二极管、检波二极管、变容二极管、发光二极管、光电二极管等。五、特殊二极管－－发光二极管2、发光二极管

发光二极管是一种具有单向导电性的发光器件，通常用砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)等材料制成，当其通过一定大小的正向电流时而发光，发光颜色主要取决于所用的半导体材料。

五、特殊二极管－－发光二极管发光二极管的主要参数

1.峰值波长：指发光光谱中强度最大的波长，与PN结半导体材料和制造工艺有关，决定二极管发光的颜色。

2.正向电压：指发光二极管正向导通时两端的电压。发光二极管正向导通电压一般在2V左右。

3.正向电流：指发光二极管正向导通、正常发光时流过二极管的电流。发光二极管正常工作电流一般为7——50mA。

4.反向电压：指发光二极管所能承受的最高反向电压。发光二极管最高反向电压比普通二极管的最高反向工作电压小得多，一般只有几伏。

5.耗散功率：指发光二极管正常工作时所能承受的最大电流与电压的乘积。一般发光二极管的耗散功率为0.02——0.2W。五、特殊二极管－－发光二极管发光二极管的使用

发光二极管使用时，一定要串接限流电阻R。限流电阻R的阻值可根据供电电源的大小、发光二极管正向电压以及其最大正向工作电流三者来决定，一般为几百到几千欧姆。另外，发光二极管工作温度一般为-20~+75℃，安装时不要靠近电路中的发热元件，以免烧毁。

一定要串接限流电阻五、特殊二极管－－稳压二极管+-DZ＋UZ－稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊二极管。当稳压二极管工作在反向击穿状态下,工作电流IZ在Izmax和Izmin之间变化时,其两端电压近似为常数稳定电压正向同二极管3、稳压二极管例：已知ui

=10