半导体二极管

1、 PN结导入：提问：物体按导电性能可分为哪几类？导体、绝缘体和半导体。导电性能良好的物体叫导体，导电性性能很差的物体叫绝缘体。导电性能处于导体和绝缘体之间的物体叫半导体。新课：一、 半导体基本特性及常用半导体半导体导电性能处天导体和绝缘体之间。除此之外，半导体还有很多重要特性，热敏、光敏和掺杂特性。热敏讲解：光敏讲解：掺杂讲解：掺杂后导电能力大大增强。纯净的半导体称为本征半导体。常用半导体有硅、锗。硅介绍：石头的主要成份，原来叫矽，1952年后因与硒同音，改称硅。台湾仍称矽，香港可称矽，也可称硅。在地球上含量非常多。锗含量较少，在半导体中用得也较少。二、 型半导体和型半导体纯净半导体经过掺后，

2、有电子导电和空穴导电两种方式。空穴导电讲解：以空穴导电为主的叫型半导体。电子导电讲解：以电子导电为主的叫型半导体。三、 结的概念及单向导电性、 结概念将型半导体和型半导体结合在一结，在结合处形成结。结是构成各种半导体器件的基础。是英语单词正极（Positive）的第一个字母，是英语单词负极（Negative）的第一个字母。结如果用中文来解释就是正负结。、 结单向导电性演示实验（请同学们上台一起做）：2.1 接通电源，小灯泡点亮。提问：交换电源正负极，小灯泡是否还亮？2.2 交换电源正负极，小灯泡还亮。结论：小灯泡双向导通，不分正负极。2.3 在电路中间插入二极管（二极管内部结构主要是结）。做同

3、样实验，发现有一种情况下灯亮，还有一种情况下灯泡不亮了。2.4 简化实验，保持电源正负极不变，只改变二极管的方向，发现一个方向小灯泡亮，一个方向小灯泡不亮了。2.5 结论：结具有单向导电性，即只有一个方向导通，另一个方向不导通（专有名称：截止）。2.6 以自行车气嘴为例说明结单向导电的工作原理：气流气流2.7 正向偏置：接+，接-；反向偏置：接，接+。简化理解：正接+，负接-，正向偏置；正按-，负椄+，反向偏置。 二极管一、二极管的结构、类型、电路符号1.结构半导体二极管是由一个PN结加上电极引线和外壳封装而成。P区引出的电极称为阳极，或叫正极，用A表示；N区引出的电极称为阴极,或叫负极,用K

4、表示。图1-2-1 半导体二极管的外形与符号半导体二极管按其结构的不同可分为点接触型，面接触型和平面型等几类。点接触型二极管是由一根很细的金属触丝（如三价元素铝、镓等）和一块N型半导体（如锗）的表面接触，然后在正方向通过很大的瞬时电流，使触丝和半导体牢固地熔接在一起，三价金属与N型锗片结合构成PN结，然后引出相应的电极引线，外加管壳密封而成。由于点接触型二极管的金属丝很细，形成的PN结面积很小，所以极间电容很小，工作频率较高，但不能承受较高的反向电压和通过较大的电流，这种类型的二极管适于做高频检波和脉冲数字电路中的开关元件，也可用来作小电流整流。例如2AP1为点接触型锗二极管，最大整流电流为1

5、6mA，最高工作频率为150MHz。面接触型二极管是将三价元素铝球置于N型硅片上，加热使铝球与硅片互相熔合和渗透，形式合金，从而使接触的那部分硅片转变成P型，形成PN结。面接触型二极管的PN结面积大，允许通过较大的电流，但结电容也大，因此这类管子适用于整流等低频电路中。例如硅面接触型二极管2CP1，最大整流电流为400mA，而最高工作频率只有3KHz。平面型二极管是用制造集成电路的工艺制成的，结面积较大的平面型二极管可用于整流等低频电路；结面积小的平面型二极管，由于极间电容小，适用于高频电路和脉冲数字电路，常用的有2CK919等。2.符号半导体二极管在电路中的符号如图1-2-1（b）所示，箭头

6、指向表示二极管正向导通时电流的方向。3.分类按结构的不同来分，可分为点接触型和面接触型；若按应用场合的不同来分，可分为整流二极管、稳压二极管、检波二极管、限幅二极管、开关二极管、发光二极管等；若按功率的不同可分为小功率、中功率和大功率；若按制作材料的不同，可分为锗二极管和硅二极管等。二、二极管的伏安特性二极管的伏安特性就是二极管两端的电压U与流过二极管的电流I的关系。实验电路如图1-2-2，由于半导体二极管的内部是PN结，因此它具有单向导电性。可用平面直角坐标系中的一条曲线来表示，这条曲线叫二极管的伏安特性曲线，如图1-2-3所示。图1-2-2 伏安特性实验电路图1-2-3 半导体二极管伏安特

7、性（一）正向特性1.死区当二极管所加的正向电压（又称正向偏置）较小时，正向电流IF很小，二极管呈现较大的电阻，称这个区域为死区。通常硅二极管的死区电压UT（又叫门限电压）约为0.5V，锗二极管的死区电压约为0.2V。2.正向导通区当正向电压超过死区电压后，正向电流显著增加，并且随着正向电压加大，电流迅速增长，二极管的正向电阻变得很小，当二极管充分导通后，二极管的正向压降基本维持不变，称为正向导通压降，硅二极管约为0.6V0.8V，锗二极管约0.2V0.3V。这一区段，称为正向导通区。（二）反向特性1.反向截止区当二极管加反向电压（又称反向偏置）时，形成的电流称反向漏电流IR，其值很小，这一区段

8、，称为反向截止区。正常情况下，硅二极管的反向漏电流IR一般在几微安以下，锗二极管的IR较大，一般在几十微安至几百微安。2.反向击穿区当反向电压增加到一定大小的UBR时，反向电流突然急剧增加，这种现象称为二极管反向击穿。使二极管发生反向击穿时的反向电压UBR称为反向击穿电压。产生反向击穿的原因是在强电场作用下，使少数载流子急剧增加，引起反向电流急剧增大。这种现象的产生分为两种类型。一种是当反向电压高到一定数值时，因外加电场过强，而把共价键中的价电子强拉出来，造成电子一空穴对，从而使少数载流子数量急剧增加。另一种是强电场可引起自由电子加速后与原子碰撞，将价电子轰出共价键，产生新的电子一空穴对，使少

9、数载流子数量剧增。这两种因素产生的击穿现象均称为电击穿。发生电击穿后，如果反向电压很高，反向电流又很大，则消耗在二极管PN结上的功率就会很大，将超过PN结容许的耗散功率，产生过多的热量散发不出去，使PN结温度升高，结温升高又使反向电流增大，而电流增大又使结温进一步升高，结果使PN结因过热而烧毁。这种现象称为热击穿。二极管热击穿后，便失去单向导电性。因此应避免二极管发生热击穿。从二极管的特性曲线可看出，二极管的电压与电流的变化关系不是线性关系，其内阻不是常数，所以二极管属于非线性器件。三、温度对二极管的影响1、PN结截止时，反向电流IS基本不随反向电压而变化，但受温度影响大，温度升高时，少子数目

10、明显增加，反向电流增大。2、PN结导通时，正向结电压随温度升高而减小。四、半导体二极管的主要参数1最大整流电流IFMIFM是指二极管长时间工作时允许通过的最大正向平均电流。实际工作，二极管通过的电流不应超过这个数值，否则将导致二极管过热而损坏。2最高反向工作电压URMURM是指二极管不被击穿所允许加的最高反向电压。一般取反向击穿电压UBR的1/22/3。点接触型二极管的URM约数十伏，而面接触型二极管的URM可达数百伏。3最大反向电流IR它是指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流越小，管子的单向导电性能越好。常温下，硅管的反向电流一般只有几微安；锗管的反向电流较大，一般在几十至几百微

11、安之间。反向电流受温度影响大，温度越高，其值越大，故硅管的温度稳定性比锗管好。4最高工作频率由于PN结存在结电容，高频电流很容易从结电容通过，从而失去单向导电性。因此规定二极管有一个最高工作频率。五、二极管的识别与测试识别法：通过二极管管壳上的标志来识别.有标记的一端一般为N极.检测法：用万用表的欧姆档，量程为R100或R1k档测量其正反向电阻。若测得的反向电阻很大（几百千欧以上），正向电阻很小（几千欧以下），表明二极管性能良好。对于阻值小的一次，黑表笔所接电极为二极管正极，红表笔所接电极为二极管的负极。 若测得的反向电阻和正向电阻都很小，表明二极管短路，已损坏。 若测得的反向电阻和正向电阻都

12、很大，表明二极管断路，已损坏。六、二极管的应用1二极管的开关作用 二极管在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态，相当于一只接通的开关；在反向电压作用下，电阻很大，处于截止状态，如同一只断开的开关。利用二极管的开关特性，可以组成各种逻辑电路。例如：二极管与门电路。2二极管的整流作用 整流（Rectifier）电路是电源设备的重要组成部分。利用二极管单向导电性，可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉动直流电。 3二极管的限幅作用 限幅电路又称削波电路，是用来限制输出电压范围的电路。二极管正向导通后，它的正向压降基本保持不变（硅管为0.7V，锗管为0.3V）。利用这一特性，在电路中作为限幅元件，可以把信号幅度限制在一定范围内。通常