模拟电子技术第五版第二章半导体二极管及基本电路课件

模拟电子技术第五版第二章半导体二极管及基本电路模拟电子技术第五版第二章半导体二极管及基本电路1（优选）模拟电子技术第五版第二章半导体二极管及基本电路（优选）模拟电子技术第五版第二章半导体二极管及基本电路2

半导体材料导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。半导体材料导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般3

半导体的导电机理半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。例如：

当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。

往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变。半导体的导电机理半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有4本征半导体本征半导体——化学成分纯净的半导体。它在物理结构上呈单晶体形态。空穴——共价键中的空位。电子空穴对——由热激发而产生的自由电子和空穴对。空穴的移动——空穴的运动是靠相邻共价键中的价电子依次充填空穴来实现的。由于随机热振动致使共价键被打破而产生空穴－电子对本征半导体本征半导体——化学成分纯净的半导体。它在物理结构上5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能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体中电流由两部分组成：

1.自由电子移动产生的电流。

2.空穴移动产生的电流。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6在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。P型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为（空穴半导体）。N型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为（电子半导体）。杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生72．模型分析法应用举例由于稳压管两端的电压值为Ｕｚ,而管子中又流过一定的电流,因此要消耗一定的功率。当温度变化时,一个二极管被反向偏置,温度系数为正值；二极管电路的简化模型分析方法５V等等,但这并不意味着同一个管子的稳定电压的变化范围有如此大。二极管电路的简化模型分析方法二极管V-I特性的建模所以，AO的电压值为-6V。UR—最高反向工作电压，为U(BR)/2因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。稳定电压在４～７V间的稳压管,其α值较小,稳定电压值受温度影响较小,性能比较稳定。在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。输出是脉动的直流电压！本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。电路如图所示，求AO的电压值rz越小，稳压性能越好。提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子，因此五价杂质原子也称为施主杂质。适用条件：电源电压远大于二极管的管压降空穴——共价键中的空位。P型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为（空穴半导体）。1.N型半导体杂质半导体

因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键，而多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。

在N型半导体中自由电子是多数载流子，它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子,由热激发形成。

提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子，因此五价杂质原子也称为施主杂质。2．模型分析法应用举例1.N型半导体杂质半导体因82.P型半导体杂质半导体

因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。

在P型半导体中空穴是多数载流子，它主要由掺杂形成；自由电子是少数载流子，由热激发形成。

空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质因而也称为受主杂质。2.P型半导体杂质半导体因三价杂质原子在与硅原子9N型半导体P型半导体++++++++++++－－－－－－－－－－－－杂质半导体的示意图多子—电子少子—空穴多子—空穴少子—电子少子浓度——与温度有关，与掺杂无关多子浓度——与温度无关，与掺杂有关杂质半导体N型半导体P型半导体++++++++++++－－－－－－－－10

本征半导体、杂质半导体

本节中的有关概念

自由电子、空穴N型半导体、P型半导体

多数载流子、少数载流子

施主杂质、受主杂质本征半导体、杂质半导体本节中的有关概念自由电子、空穴112.2PN结的形成及特性

PN结的形成

PN结的单向导电性

PN结的反向击穿

PN结的电容效应

载流子的漂移与扩散2.2PN结的形成及特性PN结的形成PN结的单向导电12载流子的漂移与扩散漂移运动：由电场作用引起的载流子的运动称为漂移运动。扩散运动：由载流子浓度差引起的载流子的运动称为扩散运动。在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和N型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN结。载流子的漂移与扩散漂移运动：扩散运动：在同一片半导体基片上，13P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场E漂移运动扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。空间电荷区，也称耗尽层。P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N14漂移运动P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场E所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。漂移运动P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－15－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++空间电荷区N型区P型区电位VV0－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++161.空间电荷区中没有载流子。2.空间电荷区中内电场阻碍P中的空穴.N区

中的电子（都是多子）向对方运动（扩散运动）。3.P

区中的电子和N区中的空穴（都是少），数量有限，因此由它们形成的电流很小。注意:1.空间电荷区中没有载流子。2.空间电荷区中内电场阻碍P中的17结的单向导电性

当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏；反之称为加反向电压，简称反偏。

(1)加正向电压（正偏）——电源正极接P区，负极接N区REW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→扩散运动＞漂移运动→多子扩散形成大的正向电流IF（低电阻）正向电流结的单向导电性当外加电压使PN结中P区的电位高于N区18但电流要受管子功耗的限制,即由于稳定电压随着工作电流的不同而略有变化,因而测试Uz时应使稳压管的电流为规定值。０５%／℃,表明当温度升高１℃时,稳定电压减小0.１V,有的可能是６.代表器件的类型，P为普通管，Z为整流管，K为开关管。因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。０９%/℃,说明当温度升高１℃时,稳定电压增大0.在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和N型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN结。（a）V-I特性（b）电路模型因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。二极管电路的简化模型分析方法所以，AO的电压值为-6V。稳定电压是稳压管工作在反向击穿区时的稳定工作电压。(2)加反向电压（反偏）——电源正极接N区，负极接P区所以，AO的电压值为-6V。这部分功耗转化为热能,会使稳压管发热。本征半导体中电流由两部分组成：UR—最高反向工作电压，为U(BR)/2结论：PN结具有单向导电性。2．模型分析法应用举例结的单向导电性(2)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→漂移运动＞扩散运动→少子漂移形成很小的反向电流IR（高电阻）PN在一定的温度下，由本征激发产生的少子浓度是一定的，故IR基本上与外加反压的大小无关，所以称为反向饱和电流。但IR与温度有关。但电流要受管子功耗的限制,即结的单向导电性(2)加反19PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；导通PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。截止结论：PN结具有单向导电性。总结PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；导通202.3半导体二极管

半导体二极管的结构

二极管的伏安特性

二极管的主要参数2.3半导体二极管半导体二极管的结构二极管的伏安21半导体二极管的结构

在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分有点接触型、面接触型两大类。(1)点接触型二极管PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。PN二极管的电路符号：半导体二极管的结构在PN结上加上引线和封装，就成为一个二22（a）面接触型（b）集成电路中的平面型（c）代表符号

(2)面接触型二极管PN结面积大，用于工频大电流整流电路。(b)面接触型（a）面接触型（b）集成电路中的平面型（c）23常见的半导体二极管常见的半导体二极管24半导体二极管的型号国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：代表器件的类型，P为普通管，Z为整流管，K为开关管。2AP9用数字代表同类器件的不同规格。代表器件的材料，A为N型Ge，B为P型Ge，C为N型Si，D为P型Si。2代表二极管，3代表三极管。半导体二极管的型号国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：代25UI死区电压硅管0.6V,锗管0.2V。导通压降:硅管0.6~0.7V,锗管0.2~0.3V。反向击穿电压UBR二极管的伏安特性UI死区电压硅管0.6V,锗管0.2V。导通压降:硅管026二极管的主要参数1.IF—最大整流电流(最大正向平均电流)2.UR—最高反向工作电压，为U(BR)/23.IR

—反向电流(越小单向导电性越好)4.fM—最高工作频率(超过单向导电性变差)iDuDV(BR)IFURMO影响工作频率的原因—PN结的电容效应结论：1.低频时，因结电容很小，对PN结影响很小。高频时，因容抗小，使结电容分流，导致单向导电性变差。2.结面积小时结电容小，工作频率高。二极管的主要参数1.IF—最大整流电流(最大正向平272.4

二极管基本电路及其分析方法简单二极管电路的图解分析方法

二极管电路的简化模型分析方法2.4二极管基本电路及其分析方法简单二极管电路的图解分析方28国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：5V)/1mA=200Ω2代表二极管，3代表三极管。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。分别用理想模型和恒压降模型求解，当vI=6sintV时，绘出相应的输出电压vO的波形。（a）V-I特性（b）电路模型因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。自由电子是少数载流子，由热激发形成。代表器件的材料，A为N型Ge，B为P型Ge，C为N型Si，D为P型Si。二极管电路的简化模型分析方法影响工作频率的原因—PN结的电容效应N区中的电子（都是多子）向对方运动（扩散运动）。５V等等,但这并不意味着同一个管子的稳定电压的变化范围有如此大。本征半导体中电流由两部分组成：二极管V-I特性的建模自由电子是少数载流子，由热激发形成。高频时，因容抗小，使结电容分流，导致单向导电性变差。1、折线模型中管压降不是恒定的，而是随着通过二极管的电流的增加而增加国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：当VDD=10V时，通常将输出电压uo开始不变的电压值称为限幅电平,当输入电压高于限幅电平时,输出电压保持不变的限幅称为上限幅；５V等等,但这并不意味着同一个管子的稳定电压的变化范围有如此大。电源和负载的变化将导致电路的电压不稳，利用稳压管稳定电压。二极管电路的简化模型分析方法当VDD=10V时，在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和N型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN结。先断开D，以O为基准电位，而另一个二极管被正向偏置,温度系数为负值,二者互相补偿,使１、２两端之间的电压随温度的变化很小。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。一般情况下,稳定电压大于７V的稳压管,α为正值,即当温度升高时,稳定电压值增大。１V,有的可能是６.自由电子是少数载流子，由热激发形成。(2)面接触型二极管电路如图所示，求AO的电压值PN结面积大，用于工频大电流整流电路。通常手册上给出的ｒｚ值是在规定的稳定电流之下测得的。（a）V-I特性（b）电路模型内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。影响工作频率的原因—PN结的电容效应分别用理想模型和恒压降模型求解，当vI=6sintV时，绘出相应的输出电压vO的波形。在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：简单二极管电路的图解分析方法

二极管是一种非线性器件，因而其电路一般要采用非线性电路的分析方法，相对来说比较复杂，而图解分析法则较简单，但前提条件是已知二极管的V-I特性曲线。国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：５V等等,但这并不29解：由电路的KVL方程，可得即是一条斜率为-1/R的直线，称为负载线Q的坐标值（VD，ID）即为所求。Q点称为电路的工作点例电路如图所示，已知二极管的V-I特性曲线、电源VDD和电阻R，求二极管两端电压vD和流过二极管的电流iD。解：由电路的KVL方程，可得即是一条斜率为-1/R的直线30二极管电路的简化模型分析方法1.二极管V-I特性的建模（1）理想模型（a）V-I特性（b）代表符号（c）正向偏置时的电路模型（d）反向偏置时的电路模型适用条件：电源电压远大于二极管的管压降二极管电路的简化模型分析方法1.二极管V-I特性的建模（131二极管电路的简化模型分析方法（2）恒压降模型（a）V-I特性（b）电路模型适用条件：二极管电流iD远大于1mA,应用较广。正偏导通，管压降是恒定的0.7V二极管电路的简化模型分析方法（2）恒压降模型（a）V-I特性32（3）折线模型（a）V-I特性（b）电路模型适用条件：电源电压比较低的时候，折线模型适合。1、折线模型中管压降不是恒定的，而是随着通过二极管的电流的增加而增加2、折线模型中电池电压为二极管门槛电压VTH=0.5V3、电阻rD设定：当二极管导通电流为1mA时，管压降为0.7V。电阻rD=(0.7V-0.5V)/1mA=200Ω（3）折线模型（a）V-I特性（b）电路模型适用条件：33二极管电路的简化模型分析方法2．模型分析法应用举例（1）整流电路（a）电路图（b）vs和vo的波形二极管电路的简化模型分析方法2．模型分析法应用举例（1）整流34u2>0时D1,D3导通D2,D4截止电流通路:A

D1RLD3Bu2<0时D2,D4导通D1,D3截止电流通路:BD2RLD4A输出是脉动的直流电压！u2桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形uD4,uD2uD3,uD1uou2D4D2D1D3RLuoABu2>0时D1,D3导通u2<0时D2,D4导通输出是脉352．模型分析法应用举例（2）静态工作情况分析理想模型（R=10k）

当VDD=10V时，恒压模型（硅二极管典型值）折线模型（硅二极管典型值）设（a）简单二极管电路（b）习惯画法2．模型分析法应用举例（2）静态工作情况分析理想模型（R=136

当输入信号电压在一定范围内变化时,输出电压随输入电压相应变化；而当输入电压超出该范围时,输出电压保持不变,这就是限幅电路。通常将输出电压uo开始不变的电压值称为限幅电平,当输入电压高于限幅电平时,输出电压保持不变的限幅称为上限幅；当输入电压低于限幅电平时,输出电压保持不变的限幅称为下限幅。2．模型分析法应用举例（3）限幅电路当输入信号电压在一定范围内变化时,输出电压随372．模型分析法应用举例（3）限幅电路

电路如图，R=1kΩ，VREF=3V，二极管为硅二极管。分别用理想模型和恒压降模型求解，当vI=6sintV时，绘出相应的输出电压vO的波形。2．模型分析法应用举例（3）限幅电路电路如图，382．模型分析法应用举例（4）开关电路电路如图所示，求AO的电压值解：

先断开D，以O为基准电位，即O点为0V。

则接D阳极的电位为-6V，接阴极的电位为-12V。阳极电位高于阴极电位，D接入时正向导通。导通后，D的压降等于零，即A点的电位就是D阳极的电位。所以，AO的电压值为-6V。2．模型分析法应用举例（4）开关电路电路如图所示，求AO的电39UIIZIZmaxUZIZ稳压误差曲线越陡，电压越稳定。+-UZ动态电阻：rz越小，稳压性能越好。2.5特殊二极管

齐纳二极管(稳压二极管)1.符号及稳压特性

利用二极管反向击穿特性实现稳压。稳压二极管稳压时工作在反向电击穿状态。UZ=8V，rz最小，稳压管的稳定性最好UIIZIZmaxUZIZ稳压误差曲线越陡，电压越稳定。40(1)稳定电压VZ(2)动态电阻rZ

在规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电压。rZ=VZ/IZ(3)最大耗散功率

PZM(4)最大稳定工作电流

IZmax和最小稳定工作电流IZmin(5)稳定电压温度系数——VZ2.稳压二极管主要参数齐纳二极管(1)稳定电压VZ(2)动态电阻rZ在规411.稳定电压Uz

稳定电压是稳压管工作在反向击穿区时的稳定工作电压。由于稳定电压随着工作电流的不同而略有变化,因而测试Uz时应使稳压管的电流为规定值。稳定电压Ｕｚ是根据要求挑选稳压管的主要依据之一。不同型号的稳压管,其稳定电压值不同。同一型号的管子,由于制造工艺的分散性,各个管子的Ｕｚ值也有差别。例如稳压管２DW7C,其Ｕｚ＝６.1～６.５V,表明均为合格产品,其稳定值有的管子是６.１V,有的可能是６.５V等等,但这并不意味着同一个管子的稳定电压的变化范围有如此大。1.稳定电压Uz42

2.动态电阻rz

ｒｚ是稳压管工作在稳压区时,两端电压变化量与电流变化量之比,即ｒｚ＝ΔＵ／ΔＩ。ｒｚ值越小,则稳压性能越好。同一稳压管,一般工作电流越大时,ｒｚ值越小。通常手册上给出的ｒｚ值是在规定的稳定电流之下测得的。2.动态电阻rz431.P区中的电子和N区中的空穴（都是少），数量有限，因此由它们形成的电流很小。2．模型分析法应用举例α指稳压管温度变化１℃时,所引起的稳定电压变化的百分比。rz越小，稳压性能越好。因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。它在物理结构上呈单晶体形态。→多子扩散形成大的正向电流IF（低电阻）2、折线模型中电池电压为二极管门槛电压VTH=0.1.(4)最大稳定工作电流IZmax和最小稳定工作电流IZmin因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。则接D阳极的电位为-6V，接阴极的电位为-12V。(3)最大耗散功率PZM扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。2代表二极管，3代表三极管。在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。本征半导体中电流由两部分组成：同一稳压管,一般工作电流越大时,ｒｚ值越小。影响工作频率的原因—PN结的电容效应国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：（a）V-I特性（b）电路模型3.额定功耗Pz

由于稳压管两端的电压值为Ｕｚ,而管子中又流过一定的电流,因此要消耗一定的功率。这部分功耗转化为热能,会使稳压管发热。Ｐｚ取决于稳压管允许的温升。表１-２给出几种稳压管的典型参数。其中２DW7系列的稳压管是一种具有温度补偿效应的稳压管,用于电子设备的精密稳压源中。管子内部实际上包含两个温度系数相反的二极管对接在一起。当温度变化时,一个二极管被反向偏置,温度系数为正值；而另一个二极管被正向偏置,温度系数为负值,二者互相补偿,使１、２两端之间的电压随温度的变化很小。它们的电压温度系数比其它一般的稳压管约小一个数量级。如２DW7C,α=0.005%/℃。1.3.额定功耗Pz44

4.稳定电流Iz

稳定电流是使稳压管正常工作时的最小电流,低于此值时稳压效果较差。工作时应使流过稳压管的电流大于此值。一般情况是,工作电流较大时,稳压性能较好。但电流要受管子功耗的限制,即Izmax=Pz/Uz。4.稳定电流Iz455.电压温度系数α

α指稳压管温度变化１℃时,所引起的稳定电压变化的百分比。一般情况下,稳定电压大于７V的稳压管,α为正值,即当温度升高时,稳定电压值增大。如２CW１７,Ｕｚ＝９～10.5V,α＝０.０９%/℃,说明当温度升高１℃时,稳定电压增大0.09%。而稳定电压小于４V的稳压管,α为负值,即当温度升高时,稳定电压值减小,如２CW11,Ｕｚ＝３.２～４.５V,α＝－(０.０５%～０.０３%)／℃,若α＝－０.０５%／℃,表明当温度升高１℃时,稳定电压减小0.05%。稳定电压在４～７V间的稳压管,其α值较小,稳定电压值受温度影响较小,性能比较稳定。5.电压温度系数α463.稳压电路正常稳压时VO=VZ齐纳二极管电源和负载的变化将导致电路的电压不稳，利用稳压管稳定电压。3.稳压电路正常稳压时VO=VZ齐纳二极管电源和474二极管基本电路及其分析方法桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形通常将输出电压uo开始不变的电压值称为限幅电平,当输入电压高于限幅电平时,输出电压保持不变的限幅称为上限幅；不同型号的稳压管,其稳定电压值不同。它在物理结构上呈单晶体形态。它的导电能力明显改变。是一条斜率为-1/R的直线，称为负载线当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏；国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：rz越小，稳压性能越好。适用条件：电源电压比较低的时候，折线模型适合。稳定电压Ｕｚ是根据要求挑选稳压管的主要依据之一。三价杂质因而也称为受主杂质。→少子漂移形成很小的反向电流IR（高电阻）如２DW7C,α=0.通常手册上给出的ｒｚ值是在规定的稳定电流之下测得的。因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。通常将输出电压uo开始不变的电压值称为限幅电平,当输入电压高于限幅电平时,输出电压保持不变的限幅称为上限幅；通常将输出电压uo开始不变的电压值称为限幅电平,当输入电压高于限幅电平时,输出电压保持不变的限幅称为上限幅；通常手册上给出的ｒｚ值是在规定的稳定电流之下测得的。半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。稳压二极管的应用举例稳压管的技术参数:负载电阻RL＝600Ω，求限流电阻R取值范围。解：由电路可得：+VZ-IZDZRILIR+Vi-RL15V4二极管基本电路及其分析方法稳压二极管的应用举例稳压管的技48模拟电子技术第五版第二章半导体二极管及基本电路模拟电子技术第五版第二章半导体二极管及基本电路49（优选）模拟电子技术第五版第二章半导体二极管及基本电路（优选）模拟电子技术第五版第二章半导体二极管及基本电路50

半导体材料导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。半导体材料导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般51

半导体的导电机理半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。例如：

当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。

往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变。半导体的导电机理半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有52本征半导体本征半导体——化学成分纯净的半导体。它在物理结构上呈单晶体形态。空穴——共价键中的空位。电子空穴对——由热激发而产生的自由电子和空穴对。空穴的移动——空穴的运动是靠相邻共价键中的价电子依次充填空穴来实现的。由于随机热振动致使共价键被打破而产生空穴－电子对本征半导体本征半导体——化学成分纯净的半导体。它在物理结构上53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能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体中电流由两部分组成：

1.自由电子移动产生的电流。

2.空穴移动产生的电流。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54在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。P型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为（空穴半导体）。N型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为（电子半导体）。杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生552．模型分析法应用举例由于稳压管两端的电压值为Ｕｚ,而管子中又流过一定的电流,因此要消耗一定的功率。当温度变化时,一个二极管被反向偏置,温度系数为正值；二极管电路的简化模型分析方法５V等等,但这并不意味着同一个管子的稳定电压的变化范围有如此大。二极管电路的简化模型分析方法二极管V-I特性的建模所以，AO的电压值为-6V。UR—最高反向工作电压，为U(BR)/2因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。稳定电压在４～７V间的稳压管,其α值较小,稳定电压值受温度影响较小,性能比较稳定。在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。输出是脉动的直流电压！本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。电路如图所示，求AO的电压值rz越小，稳压性能越好。提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子，因此五价杂质原子也称为施主杂质。适用条件：电源电压远大于二极管的管压降空穴——共价键中的空位。P型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为（空穴半导体）。1.N型半导体杂质半导体

因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键，而多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。

在N型半导体中自由电子是多数载流子，它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子,由热激发形成。

提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子，因此五价杂质原子也称为施主杂质。2．模型分析法应用举例1.N型半导体杂质半导体因562.P型半导体杂质半导体

因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。

在P型半导体中空穴是多数载流子，它主要由掺杂形成；自由电子是少数载流子，由热激发形成。

空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质因而也称为受主杂质。2.P型半导体杂质半导体因三价杂质原子在与硅原子57N型半导体P型半导体++++++++++++－－－－－－－－－－－－杂质半导体的示意图多子—电子少子—空穴多子—空穴少子—电子少子浓度——与温度有关，与掺杂无关多子浓度——与温度无关，与掺杂有关杂质半导体N型半导体P型半导体++++++++++++－－－－－－－－58

本征半导体、杂质半导体

本节中的有关概念

自由电子、空穴N型半导体、P型半导体

多数载流子、少数载流子

施主杂质、受主杂质本征半导体、杂质半导体本节中的有关概念自由电子、空穴592.2PN结的形成及特性

PN结的形成

PN结的单向导电性

PN结的反向击穿

PN结的电容效应

载流子的漂移与扩散2.2PN结的形成及特性PN结的形成PN结的单向导电60载流子的漂移与扩散漂移运动：由电场作用引起的载流子的运动称为漂移运动。扩散运动：由载流子浓度差引起的载流子的运动称为扩散运动。在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和N型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN结。载流子的漂移与扩散漂移运动：扩散运动：在同一片半导体基片上，61P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场E漂移运动扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。空间电荷区，也称耗尽层。P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N62漂移运动P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场E所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。漂移运动P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－63－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++空间电荷区N型区P型区电位VV0－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++641.空间电荷区中没有载流子。2.空间电荷区中内电场阻碍P中的空穴.N区

中的电子（都是多子）向对方运动（扩散运动）。3.P

区中的电子和N区中的空穴（都是少），数量有限，因此由它们形成的电流很小。注意:1.空间电荷区中没有载流子。2.空间电荷区中内电场阻碍P中的65结的单向导电性

当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏；反之称为加反向电压，简称反偏。

(1)加正向电压（正偏）——电源正极接P区，负极接N区REW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→扩散运动＞漂移运动→多子扩散形成大的正向电流IF（低电阻）正向电流结的单向导电性当外加电压使PN结中P区的电位高于N区66但电流要受管子功耗的限制,即由于稳定电压随着工作电流的不同而略有变化,因而测试Uz时应使稳压管的电流为规定值。０５%／℃,表明当温度升高１℃时,稳定电压减小0.１V,有的可能是６.代表器件的类型，P为普通管，Z为整流管，K为开关管。因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。０９%/℃,说明当温度升高１℃时,稳定电压增大0.在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和N型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN结。（a）V-I特性（b）电路模型因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。二极管电路的简化模型分析方法所以，AO的电压值为-6V。稳定电压是稳压管工作在反向击穿区时的稳定工作电压。(2)加反向电压（反偏）——电源正极接N区，负极接P区所以，AO的电压值为-6V。这部分功耗转化为热能,会使稳压管发热。本征半导体中电流由两部分组成：UR—最高反向工作电压，为U(BR)/2结论：PN结具有单向导电性。2．模型分析法应用举例结的单向导电性(2)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→漂移运动＞扩散运动→少子漂移形成很小的反向电流IR（高电阻）PN在一定的温度下，由本征激发产生的少子浓度是一定的，故IR基本上与外加反压的大小无关，所以称为反向饱和电流。但IR与温度有关。但电流要受管子功耗的限制,即结的单向导电性(2)加反67PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；导通PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。截止结论：PN结具有单向导电性。总结PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；导通682.3半导体二极管

半导体二极管的结构

二极管的伏安特性

二极管的主要参数2.3半导体二极管半导体二极管的结构二极管的伏安69半导体二极管的结构

在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分有点接触型、面接触型两大类。(1)点接触型二极管PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。PN二极管的电路符号：半导体二极管的结构在PN结上加上引线和封装，就成为一个二70（a）面接触型（b）集成电路中的平面型（c）代表符号

(2)面接触型二极管PN结面积大，用于工频大电流整流电路。(b)面接触型（a）面接触型（b）集成电路中的平面型（c）71常见的半导体二极管常见的半导体二极管72半导体二极管的型号国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：代表器件的类型，P为普通管，Z为整流管，K为开关管。2AP9用数字代表同类器件的不同规格。代表器件的材料，A为N型Ge，B为P型Ge，C为N型Si，D为P型Si。2代表二极管，3代表三极管。半导体二极管的型号国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：代73UI死区电压硅管0.6V,锗管0.2V。导通压降:硅管0.6~0.7V,锗管0.2~0.3V。反向击穿电压UBR二极管的伏安特性UI死区电压硅管0.6V,锗管0.2V。导通压降:硅管074二极管的主要参数1.IF—最大整流电流(最大正向平均电流)2.UR—最高反向工作电压，为U(BR)/23.IR

—反向电流(越小单向导电性越好)4.fM—最高工作频率(超过单向导电性变差)iDuDV(BR)IFURMO影响工作频率的原因—PN结的电容效应结论：1.低频时，因结电容很小，对PN结影响很小。高频时，因容抗小，使结电容分流，导致单向导电性变差。2.结面积小时结电容小，工作频率高。二极管的主要参数1.IF—最大整流电流(最大正向平752.4

二极管基本电路及其分析方法简单二极管电路的图解分析方法

二极管电路的简化模型分析方法2.4二极管基本电路及其分析方法简单二极管电路的图解分析方76国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：5V)/1mA=200Ω2代表二极管，3代表三极管。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。分别用理想模型和恒压降模型求解，当vI=6sintV时，绘出相应的输出电压vO的波形。（a）V-I特性（b）电路模型因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。自由电子是少数载流子，由热激发形成。代表器件的材料，A为N型Ge，B为P型Ge，C为N型Si，D为P型Si。二极管电路的简化模型分析方法影响工作频率的原因—PN结的电容效应N区中的电子（都是多子）向对方运动（扩散运动）。５V等等,但这并不意味着同一个管子的稳定电压的变化范围有如此大。本征半导体中电流由两部分组成：二极管V-I特性的建模自由电子是少数载流子，由热激发形成。高频时，因容抗小，使结电容分流，导致单向导电性变差。1、折线模型中管压降不是恒定的，而是随着通过二极管的电流的增加而增加国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：当VDD=10V时，通常将输出电压uo开始不变的电压值称为限幅电平,当输入电压高于限幅电平时,输出电压保持不变的限幅称为上限幅；５V等等,但这并不意味着同一个管子的稳定电压的变化范围有如此大。电源和负载的变化将导致电路的电压不稳，利用稳压管稳定电压。二极管电路的简化模型分析方法当VDD=10V时，在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和N型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN结。先断开D，以O为基准电位，而另一个二极管被正向偏置,温度系数为负值,二者互相补偿,使１、２两端之间的电压随温度的变化很小。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。一般情况下,稳定电压大于７V的稳压管,α为正值,即当温度升高时,稳定电压值增大。１V,有的可能是６.自由电子是少数载流子，由热激发形成。(2)面接触型二极管电路如图所示，求AO的电压值PN结面积大，用于工频大电流整流电路。通常手册上给出的ｒｚ值是在规定的稳定电流之下测得的。（a）V-I特性（b）电路模型内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。影响工作频率的原因—PN结的电容效应分别用理想模型和恒压降模型求解，当vI=6sintV时，绘出相应的输出电压vO的波形。在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：简单二极管电路的图解分析方法

二极管是一种非线性器件，因而其电路一般要采用非线性电路的分析方法，相对来说比较复杂，而图解分析法则较简单，但前提条件是已知二极管的V-I特性曲线。国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：５V等等,但这并不77解：由电路的KVL方程，可得即是一条斜率为-1/R的直线，称为负载线Q的坐标值（VD，ID）即为所求。Q点称为电路的工作点例电路如图所示，已知二极管的V-I特性曲线、电源VDD和电阻R，求二极管两端电压vD和流过二极管的电流iD。解：由电路的KVL方程，可得即是一条斜率为-1/R的直线78二极管电路的简化模型分析方法1.二极管V-I特性的建模（1）理想模型（a）V-I特性（b）代表符号（c）正向偏置时的电路模型（d）反向偏置时的电路模型适用条件：电源电压远大于二极管的管压降二极管电路的简化模型分析方法1.二极管V-I特性的建模（179二极管电路的简化模型分析方法（2）恒压降模型（a）V-I特性（b）电路模型适用条件：二极管电流iD远大于1mA,应用较广。正偏导通，管压降是恒定的0.7V二极管电路的简化模型分析方法（2）恒压降模型（a）V-I特性80（3）折线模型（a）V-I特性（b）电路模型适用条件：电源电压比较低的时候，折线模型适合。1、折线模型中管压降不是恒定的，而是随着通过二极管的电流的增加而增加2、折线模型中电池电压为二极管门槛电压VTH=0.5V3、电阻rD设定：当二极管导通电流为1mA时，管压降为0.7V。电阻rD=(0.7V-0.5V)/1mA=200Ω（3）折线模型（a）V-I特性（b）电路模型适用条件：81二极管电路的简化模型分析方法2．模型分析法应用举例（1）整流电路（a）电路图（b）vs和vo的波形二极管电路的简化模型分析方法2．模型分析法应用举例（1）整流82u2>0时D1,D3导通D2,D4截止电流通路:A

D1RLD3Bu2<0时D2,D4导通D1,D3截止电流通路:BD2RLD4A输出是脉动的直流电压！u2桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形uD4,uD2uD3,uD1uou2D4D2D1D3RLuoABu2>0时D1,D3导通u2<0时D2,D4导通输出是脉832．模型分析法应用举例（2）静态工作情况分析理想模型（R=10k）

当VDD=10V时，恒压模型（硅二极管典型值）折线模型（硅二极管典型值）设（a）简单二极管电路（b）习惯画法2．模型分析法应用举例（2）静态工作情况分析理想模型（R=184

当输入信号电压在一定范围内变化时,输出电压随输入电压相应变化；而当输入电压超出该范围时,输出电压保持不变,这就是限幅电路。通常将输出电压uo开始不变的电压值称为限幅电平,当输入电压高于限幅电平时,输出电压保持不变的限幅称为上限幅；当输入电压低于限幅电平时,输出电压保持不变的限幅称为下限幅。2．模型分析法应用举例（3）限幅电路当输入信号电压在一定范围内变化时,输出电压随852．模型分析法应用举例（3）限幅电路

电路如图，R=1kΩ，VREF=3V，二极管为硅二极管。分别用理想模型和恒压降模型求解，当vI=6sintV时，绘出相应的输出电压vO的波形。2．模型分析法应用举例（3）限幅电路电路如图，862．模型分析法应用举例（4）开关电路电路如图所示，求AO的电压值解：

先断开D，以O为基准电位，即O点为0V。

则接D阳极的电位为-6V，接阴极的电位为-12V。阳极电位高于阴极电位，D接入时正向导通。导通后，D的压降等于零，即A点的电位就是D阳极的电位。所以，AO的电压值为-6V。2．模型分析法应用举例（4）开关电路电路如图所示，求AO的电87UIIZIZmaxUZIZ稳压误差曲线越陡，电压越稳定。+-UZ动态电阻：rz越小，稳压性能越好。2.5特殊二极管

齐纳二极管(稳压二极管)1.符号及稳压特性

利用二极管反向击穿特性实现稳压。稳压二极管稳压时工作在反向电击穿状态。UZ=8V，rz最小，稳压管的稳定性最好UIIZIZmaxUZIZ稳压误差曲线越陡，电压越稳定。88(1)稳定电压VZ(2)动态电阻rZ

在规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电压。rZ=VZ/IZ(3)最大耗散功率

PZM(4)最大稳定工作电流

IZmax和最小稳定工作电流IZmin(5)稳定电压温度系数——VZ2.稳压二极管主要参数齐纳二极管(1)稳定电压VZ(2)动态电阻rZ在规891.稳定电压Uz

稳定电压是稳压管工作在反向击穿区时的稳定工作电压。由于稳定电压随着工作电流的不同而略有变化,因而测试Uz时应使稳压管的电流为规定值。稳定电压Ｕｚ是根据要求挑选稳压管的主要依据之一。不同型号的稳压管,其稳定电压值不同。同一型号的管子,由于制造工艺的分散性,各个管子的Ｕｚ值也有差别。例如稳压管２DW7C,其Ｕｚ＝６.1～６.５V,表明均为合格产品,其稳定值有的管子是６.１V,有的可能是６.５V等等,但这并不意味着同一个管子的稳定电压的变化范围有如此大。1.稳定电压Uz90

2.动态电阻rz

ｒｚ是稳压管工作在稳压区时,两端电压变化量与电流变化量之比,即ｒｚ＝ΔＵ／ΔＩ。ｒｚ值越小,则稳压性能越好。同一稳压管,一般工作电流越大时,ｒｚ