第2章半导体二极管及其应用电路学习教案

1、会计学1第第2章半导体二极管及其应用章半导体二极管及其应用(yngyng)电电路路第一页，共30页。体体之之间间的的材材料，料，我我们们称称之之为为半半导导体。体。n半半导导体体有有以以下下特特点点:n常常用用的的半半导导体体材材料料有有:元元素素半半导导体，体，如如硅硅(Bi、锗锗(Ge等等;化化合合物物半半导导体，体，如如砷砷化化稼稼(GaAs等；等；以以及及掺掺杂杂或或制制成成其其他他化化合合物物半半导导体体材材料，料，如如硼硼(B)、磷磷(P)、锢锢(In)和和锑锑(Sb )等。等。其其中中(qzhng)，硅硅是是最最常常用用的的一一种种半半导导体体材材料。料。n(1)半半导导体体的的

2、导导电电能能力力介介于于导导体体与与绝绝缘缘体体之之间。间。n(2)半半导导体体受受外外界界光光和和热热的的刺刺激激时，时，其其导导电电能能力力将将会会有有显显著著变变化。化。n(3)在在纯纯净净半半导导体体中，中，加加入入微微量量的的杂杂质，质，其其导导电电能能力力会会急急剧剧增增强。强。下一页下一页第1页/共29页第二页，共30页。净净的的半半导导体体晶晶体。体。常常用用的的半半导导体体材材料料是是单单晶晶硅硅(Si)和和单单晶晶锗锗(Ge)，其其原原子子结结构构如如图图2-1(a) 、(b)所所示。示。n在在硅硅和和锗锗等等半半导导体体材材料料中，中，内内部部原原子子排排列列是是有有规规

3、律律的，的，即即为为晶晶体体结结构。构。每每个个原原子子受受邻邻近近四四个个原原子子的的束束缚，缚，组组成成四四个个共共价价键。键。共共价价键键像像纽纽带带一一样样将将排排列列整整齐齐的的原原子子连连接接起起来，来，如如图图2-2所所示。示。n由由热热激激发发产产生生的的自自由由电电子，子，也也会会释释放放能能量量返返回回到到附附近近的的空空穴，穴，这这种种现现象象(xinxing)称称为为复复合。合。n热热激激发发和和光光激激发发统统称称为为本本征征激激发。发。n在在本本征征半半导导体体中，中，随随着着温温度度的的升升高高或或光光照照的的增增强，强，电电子子一一空空穴穴对对的的数数量量将将大

4、大大大增增加，加，导导电电能能力力将将大大大大提提高，高，这这就就是是半半导导体体具具有有热热敏敏性性和和光光敏敏性性的的基基本本原原理。理。下一页下一页上一页上一页第2页/共29页第三页，共30页。半半导导体体中中掺掺入入了了微微量量其其他他元元素素(yun s)(称称为为杂杂质质)的的半半导导体。体。n1. N型型半半导导体体n在在纯纯净净的的半半导导体体硅硅(或或锗锗)中中掺掺入入微微量量五五价价元元素素(yun s)(如如磷磷)后，后，就就可可成成为为N型型半半导导体，体，如如图图2-3(a)所所示。示。n2. P型型半半导导体体nP型型半半导导体体是是在在本本征征半半导导体体硅硅(或

5、或锗锗)中中掺掺入入微微量量的的三三价价元元素素(yun s)(如如硼、硼、锢锢等等)而而形形成成的，的，如如图图2-3(b)所所示。示。上一页上一页返返 回回第3页/共29页第四页，共30页。n将将PN结按图结按图2-4(b)所示方式连所示方式连接，此时称接，此时称PN结为反向偏置结为反向偏置(简称反偏简称反偏)。nPN结具有单向导电性，加正向结具有单向导电性，加正向电压时，电压时，PN结电阻很小，电流结电阻很小，电流较大，是多数载流子的扩散较大，是多数载流子的扩散(kusn)运动形成的；加反向运动形成的；加反向电压时，电压时，PN结电阻很大，电流结电阻很大，电流很小，是少数载流子很小，是少

6、数载流子运动形成的。运动形成的。下一页下一页第4页/共29页第五页，共30页。号号及及类类型型n1)类类型型n(1)按按材材料料分分:有有硅硅二二极极管、管、锗锗二二极极管管和和砷砷化化稼稼二二极极管管等。等。n(2)按按结结构构分分:根根据据PN结结面面积积(min j)大大小，小，有有点点接接触触型、型、面面接接触触型型二二极极管。管。n(3)按按用用途途分分:有有整整流、流、稳稳压、压、开开关、关、发发光、光、光光电、电、变变容、容、阻阻尼尼等等二二极极管。管。n(4)按按封封装装形形式式分分:有有塑塑封封及及金金属属封封装装等等二二极极管。管。n(5)按按功功率率分分:有有大大功功率、

7、率、中中功功率率及及小小功功率率等等二二极极管。管。n2)结结构构及及符符号号n半半导导体体二二极极管管又又称称晶晶体体二二极极管，管，简简称称二二极极管。管。二二极极管管的的结结构构与与符符号号如如图图2 -5所所示。示。下一页下一页上一页上一页第5页/共29页第六页，共30页。n二极管的伏安特性曲线二极管的伏安特性曲线(qxin)，如图，如图2-7所示。所示。n4.二极管的主要参数二极管的主要参数n1)最大整流电流最大整流电流IFMn2)最高反向工作电压最高反向工作电压URMn3)最大反向电流最大反向电流IRMn4)最高工作频率最高工作频率fM下一页下一页上一页上一页第6页/共29页第七页

8、，共30页。管管的的选选择择与与使使用用注注意意事事项项n(1)要要求求导导通通电电压压(diny)低低时时选选锗锗管管;要要求求反反向向电电流流小小时时选选硅硅管。管。n(2)要要求求导导通通电电流流大大时时选选平平面面形形;要要求求工工作作频频率率高高时时选选点点接接触触型。型。n(3)要要求求反反向向击击穿穿电电压压(diny)高高时时选选硅硅管。管。n(4)要要求求耐耐高高温温时时选选硅硅管。管。n6.二二极极管管的的检检测测n(1)一一般般情情况况下，下，可可利利用用万万用用表表判判断断普普通通二二极极管管的的极极性，性，并并粗粗略略地地鉴鉴别别其其质质量量好好坏。坏。如如图图2-8

9、所所示。示。n(2)当当需需要要获获知知二二极极管管的的伏伏安安特特性性时，时，可可利利用用晶晶体体管管特特性性测测试试仪仪测测得，得，也也可可利利用用测测试试电电路路测测得。得。下一页下一页上一页上一页第7页/共29页第八页，共30页。n2)限幅限幅n利用二极管正向导通后其两利用二极管正向导通后其两端电压很小且基本不变的特端电压很小且基本不变的特性，可以构成各种限幅电路。性，可以构成各种限幅电路。如图如图2-10所示。所示。n3)元件保护元件保护n在电子线路中，常用二极管在电子线路中，常用二极管来保护其他元器件免受过高来保护其他元器件免受过高电压的损害，如图电压的损害，如图2-11所示所示电

10、路，电路，L和和R是线圈的电感是线圈的电感和电阻。和电阻。上一页上一页返返 回回第8页/共29页第九页，共30页。管，管，简简称称稳稳压压管。管。它它是是一一种种特特殊殊的的面面接接触触型型硅硅二二极极管，管，其其符符号号和和伏伏安安特特性性曲曲线线如如图图2 -12所所示，示，它它的的正正向向特特性性曲曲线线与与普普通通二二极极管管相相似，似，而而反反向向(fn xin)击击穿穿特特性性曲曲线线很很陡。陡。n稳稳压压二二极极管管的的主主要要参参数数如如下下:n(1)稳稳定定电电压压UZn(2)稳稳定定电电流流IZn(3)最最大大耗耗散散功功率率PMn(4)动动态态电电阻阻rZ下一页下一页第9

11、页/共29页第十页，共30页。与与普普通通二二极极管管一一样，样，也也是是由由PN结结构构成成的，的，同同样样具具有有单单向向导导电电性，性，但但在在正正向向导导通通时，时，由由于于空空穴穴和和电电子子的的复复合合而而发发出出能能量，量，发发出出一一定定(ydng)波波长长的的可可见见光。光。n光光的的波波长长不不同，同，颜颜色色也也不不同，同，常常见见的的LE D有有红、红、绿、绿、黄黄等等颜颜色。色。n电电路路符符号号如如图图2-13所所示。示。下一页下一页上一页上一页第10页/共29页第十一页，共30页。二二极极管，管，是是一一种种将将光光信信号号(xnho)转转为为电电信信号号(xnh

12、o)的的半半导导体体器器件，件，其其电电路路符符号号如如图图2-14所所示。示。光光电电二二极极管管的的结结构构与与普普通通二二极极管管的的结结构构基基本本相相同，同，只只是是在在它它的的PN结结处，处，通通过过管管壳壳上上的的一一个个玻玻璃璃窗窗口口能能接接收收外外部部的的光光照。照。n光光电电二二极极管管的的PN结结在在反反向向偏偏置置状状态态下下运运行，行，其其反反向向电电流流随随光光照照强强度度的的增增加加而而上上升。升。下一页下一页上一页上一页第11页/共29页第十二页，共30页。N结结电电容容可可变变原原理理制制成成的的半半导导体体器器件，件，它它仍仍工工作作在在反反向向偏偏置置状

13、状态。态。n它它的的压压控控特特性性曲曲线线和和电电路路符符号号如如图图2 -15所所示。示。n因因其其容容量量(rngling)很很小，小，为为皮皮法法数数量量级，级，所所以以主主要要用用于于高高频频场场合合下，下，例例如，如，电电调调谐、谐、调调频频信信号号的的产产生生等。等。上一页上一页返返 回回第12页/共29页第十三页，共30页。，具具有有单单向向导导电电性、性、反反向向击击穿穿性性和和非非线线性性的的特特点。点。n(2)二二极极管管本本质质上上是是一一个个PN结，结，其其主主要要特特点点是是单单向向导导电电性。性。其其全全面面的的性性质质可可用用伏伏安安特特性性来来描描述。述。n(

14、3)二二极极管管可可用用于于整整流、流、限限幅、幅、保保护、护、开开关关等等电电路路中。中。n(4)稳稳压压二二极极管、管、发发光光二二极极管、管、光光电电二二极极管、管、变变容容二二极极管管等等都都是是常常用用的的特特殊殊二二极极管，管，各各自自用用在在不不同同的的电电路路中。中。返返 回回第13页/共29页第十四页，共30页。返返 回回第14页/共29页第十五页，共30页。返返 回回第15页/共29页第十六页，共30页。返返 回回第16页/共29页第十七页，共30页。返返 回回第17页/共29页第十八页，共30页。返返 回回第18页/共29页第十九页，共30页。返返 回回第19页/共29页第二十页，共30页。返返 回回第20页/共29页第二十一页，共30页。返返 回回第21页/共29页第二十二页，共30页。返返 回回第22页/共29页第二十三页，共30页。返返 回回第23页/共29页第二十四页，共30页。返返 回回第24页/共29页第二十五页，共30页。返返 回回第25页/共29页第二十六页，共30页。返返 回回第26页/共29页第二十七页，共30页。返返 回回第27页/共29页第二十八页，共30页。返返 回回第28页/共29页第二十九页，共30页。NoIma