电子技术应用课件 任务1.1 二极管器件的认知与检测

二极管器件的认知与检测1.1.1半导体基本知识锗硅半导体:导电性能介于导体与绝缘体之间的物质，如硅和锗。它们的原子最外层都有四个价电子。

本征半导体：完全纯净的半导体晶体。

将硅或锗提纯后，其原子结构排列成晶体状，称单晶硅和单晶锗。

二极管器件的认知与检测

在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价电子。

硅和锗的晶体结构特点：（１）导电性能不如导体。（２）自由电子是半导体中的载流子之一。（３）空穴是半导体中的载流子之二。

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。二极管器件的认知与检测半导体的导电特性：(可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变(可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化(可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等)。热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强二极管器件的认知与检测

在本征半导体中掺入微量有用杂质后的半导体称为杂质半导体。杂质半导体可分为空穴（P）型半导体和电子（N）型半导体两大类。P型半导体：在硅（或锗）的晶体内掺入微量的三价元素硼（或铝），成为P型半导体。

N型半导体：在硅（或锗）的晶体内掺入微量的五价元素磷（或砷），成为N型半导体。

P型N型+5N型半导体内部结构N型半导体内部载流子二极管器件的认知与检测

1.在杂质半导体中多子的数量与

（a.掺杂浓度、b.温度）有关。

2.在杂质半导体中少子的数量与（a.掺杂浓度、b.温度）有关。

3.当温度升高时，少子的数量

（a.减少、b.不变、c.增多）。abc

4.在外加电压的作用下，P型半导体中的电流主要是

，N型半导体中的电流主要是。（a.电子电流、b.空穴电流）

ba二极管器件的认知与检测讨论题

半导体的导电机理与金属导体的导电机理有本质的区别：金属导体中只有一种载流子—自由电子参与导电，半导体中有两种载流子—自由电子和空穴参与导电，而且这两种载流子的浓度可以通过在纯净半导体中加入少量的有用杂质加以控制。半导体导电机理和导体的导电机理有什么区别？

杂质半导体中的多子和少子性质取决于杂质的外层价电子。若掺杂的是五价元素，则由于多电子形成N型半导体：多子是电子，少子是空穴；如果掺入的是三价元素，就会由于少电子而构成P型半导体。P型半导体的共价键结构中空穴多于电子，且这些空穴很容易让附近的价电子跳过来填补，因此价电子填补空穴的空穴运动是主要形式，所以多子是空穴，少子是电子。杂质半导体中的多数载流子和少数载流子是怎样产生的？为什么P型半导体中的空穴多于电子？

N型半导体中具有多数载流子电子，同时还有与电子数量相同的正离子及由本征激发的电子—空穴对，因此整块半导体中正负电荷数量相等，呈电中性而不带电。N型半导体中的多数载流子是电子，能否认为这种半导体就是带负电的？为什么？1.1.2PN结及其单向导电性（1）本征半导体中受热激发产生的电子空穴对很少。（2）N型半导体中电子是多子(由掺杂形成)，空穴是少子(由热激发形成)。（3）P型半导体中空穴是多子(由掺杂形成)，电子是少子(由热激发形成)。

PN结:

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。二极管器件的认知与检测PN结的形成演示

多子扩散

形成空间电荷区产生内电场

少子漂移促使阻止

扩散与漂移达到动态平衡形成一定宽度的PN结1.PN结的形成二极管器件的认知与检测多子的扩散运动内电场少子的漂移运动浓度差P型半导体N型半导体

内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。

扩散的结果使空间电荷区变宽。空间电荷区也称PN结

扩散和漂移这一对相反的运动最终达到动态平衡，空间电荷区的厚度固定不变。－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－形成空间电荷区二极管器件的认知与检测

(1)PN结加正向电压（正向偏置）PN结变窄外电场IF外电场的方向与内电场方向相反,外电场削弱内电场,使PN结变薄，呈现出很小的电阻，称PN结导通。

PN结加正向电压(P接正、N接负

)时，PN结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，PN结处于导通状态。内电场PN－－－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++++–2.PN结的单向导电性二极管器件的认知与检测(2)PN结加反向电压（反向偏置）外电场

P接负、N接正

内电场PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－–+二极管器件的认知与检测PN结变宽(2)PN结加反向电压（反向偏置）外电场内外电场方向相同,外电场加强内电场,使PN结变厚，呈现出很大的电阻，称PN结截止。IR少子的数目随温度升高而增多，故反向电流将随温度增加。–+

PN结加反向电压(P接负、N接正

)时，PN结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，PN结处于截止状态。内电场PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－结论:PN结具有单向导电性二极管器件的认知与检测1.1.3二极管部分要解决的问题1、二极管的符号2、二极管的特性3、常用二极管的功能及应用二极管器件的认知与检测阴极引线阳极引线二氧化硅保护层P型硅N型硅(

c

)平面型金属触丝阳极引线N型锗片阴极引线外壳(

a

)

点接触型铝合金小球N型硅阳极引线PN结金锑合金底座阴极引线(

b

)面接触型阴极阳极(

d

)

符号D1.1.3.1半导体二极管1.分类、结构与符号二极管器件的认知与检测2.二极管的伏安特性

二极管两端的电压与通过的电流的关系曲线，称二极管的伏安特性。

（1）正向特性（2）反向特性（3）反向击穿UI死区电压:硅管0.5V,锗管0.1V导通压降:硅管0.6~0.7V锗管0.2~0.3V反向击穿电压UBR（1）最大整流电流二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。（2）最高反向工作电压二极管反向击穿时的电压值。手册上给出的最高反向工作电压一般是反向击穿电压的一半。IFURM二极管的主要参数二极管器件的认知与检测1.1.3.2特殊二极管1.稳压二极管

稳压二极管简称稳压管。是一种用特殊工艺制造的面结合型二极管，电路符号及伏安特性如右图所示。曲线越陡，动态电阻越小，稳压管的稳压性能越好。2.发光二极管（LED）UZIZIZM

UZ

IZ使用时要加限流电阻UIO_+发光二极管二极管器件的认知与检测3.光电二极管

利用半导体的光敏特性制造而成。在电路中，给光电二极管加反向电压，无光照射时，因PN结反偏，电流很小；当有光照射时，产生“光电流”，其大小与光照强度成正比。光电二极管二极管器件的认知与检测1.1.3.3应用实例1．整流应用（如右图所示）所谓整流是指将交流电变为直流电。利用二极管的单向导电性可组成各种整流电路。

–++–aTrDuoubRLiou

tOuoO二极管器件的认知与检测2．限幅应用将输出电压限制在某一电压值以内的电路称为限幅电路。

二极管器件的认知与检测3．检波应用从高频载波信号中将低频信号取出来，称为解调或检波。（如下图所示）

4．保护应用保护其他元件免受过高电压的损害。

二极管器件的认知与检测分析图中VD1、VD2的工作状态和输出电压。

由图可知，虽然VD1、VD2均承受正向电压，但VD2承受的正向电压高于VD1承受的正向电压，故VD2优先VD1导通，这时输出电压=0.7V，