《汽车电工电子技术》课件-5.1半导体二极管认识与检测

汽车电工电子技术

半导体二极管的认知与检测主讲：某某某时间：202X.X目

录01项目情境02学习目标03知识构建04任务实施05小结CAR-REPORTPART0101项目情境电子维修车间真实案例充电器无输出故障现象某品牌手机充电器输出电压归零，经检测发现整流二极管1N4007击穿，导致交流电无法转换为直流电。二极管失效模式分析案例数据显示：整流二极管失效占比达38%，其中反向击穿占62%（击穿电压超50V时失效），正向开路占28%。维修方案实施更换同规格整流二极管后，输出电压恢复至5.1V±0.2V标准范围，充电电流稳定在2A。CAR-REPORTPART0202学习目标学习目标素质目标

培养严谨的实验态度，如实记录数据，规范操作工具。​

增强团队协作意识，树立电子测量安全与职业规范意识。知识目标能力目标

能用万用表正确判别二极管极性、好坏，完成基础参数测量2.能分析检测中出现的异常情况，初步判断二极管故障类型。

理解半导体二极管的结构、单向导电性及伏安特性，知晓常见类型与关键参数。​

掌握二极管的基本检测原理，明确不同类型二极管的应用场景差异。CAR-REPORTPART0303知识构建半导体性能

金属导体的电阻率一般在10-5

cm量级；塑料、云母等绝缘体的电阻率通常是1022~1014

cm量级；半导体的电阻率则在109~10-2

cm量级。

半导体的导电能力虽然介于导体和绝缘体之间，但半导体的应用却极其广泛，这是由半导体的独特性能决定的半导体性能光敏性——半导体受光照后，其导电能力大大增强；热敏性——受温度的影响，半导体导电能力变化很大；掺杂性——在半导体中掺入少量特殊杂质，其导电能力极大地增强。

半导体材料的独特性能是由其内部导电机理决定的。本征半导体

最常用的半导体为硅(Si)和锗(Ge)。它们的共同特征是四价元素，即每个原子最外层电子数为4个。++Si(硅原子)Ge(锗原子)Si+4Ge+4因为原子呈电中性，所以简化模型图中的原子核只用带圈的+4符号表示即可。天然硅和锗不能制成半导体器件的。必须先经过高度提纯，形成晶格结构完全对称的本征半导体。本征半导体

本征半导体原子核最外层的价电子都是4个，称为四价元素，它们排列成非常整齐的晶格结构。在本征半导体的晶格结构中，每一个原子均与相邻的四个原子结合，即与相邻四个原子的价电子两两组成电子对，构成共价键结构。＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4实际上半导体的晶格结构是三维的晶格结构共价键结构本征半导体＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4从共价键晶格结构来看，每个原子外层都具有8个价电子。但价电子是相邻原子共用，所以稳定性并不能象绝缘体那样好。在游离走的价电子原位上留下一个不能移动的空位，叫空穴。受光照或温度上升影响，共价键中价电子的热运动加剧，一些价电子会挣脱原子核的束缚游离到空间成为自由电子。

由于热激发而在晶体中出现电子空穴对的现象称为本征激发。＋＋本征半导体半导体的导电机理与金属导体导电机理的本质区别：金属导体中只有自由电子一种载流子参与导电；而半导体中则是本征激发下的自由电子和复合运动形成的空穴两种载流子同时参与导电。两种载流子电量相等、符号相反，即自由电子和空穴的运动方向相反。＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4

自由电子运动可以形容为没有座位人的移动；空穴运动则可形容为有座位的人依次向前挪动座位的运动。半导体内部的这两种运动总是共存的，且在一定温度下达到动态平衡。杂质半导体

在硅(或锗)的晶体中掺入磷(或其他的五价元素)时，只是某些位置上的硅(或锗)原子被磷原子所取代，磷原子参加共价键结构只需四个价电子，多余的第五个电子很容易挣脱磷原子核的束缚而成为自由电子。1.N型半导体自由电子数目大大增加，这种半导体主要以自由电子导电为主，故N型半导体被称为电子半导体。在N型半导体中，自由电子是多数载流子，而空穴则是少数载流子多余自由电子杂质半导体

在硅晶体中掺入少量硼。每个硼原子只有三个价电子，在构成共价键时，缺少一个电子而产生一个空位(空穴)，当相邻原子中的价电子受激发时，就有可能填补这个空穴，而在该相邻原子中出现一个空穴，每个硼原子能提供一个空穴，于是在半导体中就出现了大量空穴。2.P型半导体这种半导体以空穴导电为主，称为P型半导体或空穴半导体。在P型半导体中多数载流子是空穴，少数载流子是自由电子。PN结少子的漂移运动空间电荷区称为PN结1.PN结的形成多子的扩散运动内电场PN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

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PN结空间电荷区称为PN结注意事项：

空间电荷区中没有载流子；空间电荷区中的内电场阻碍多子的扩散运动；少子数量有限，它们形成的电流很小。内电场PN－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－PN结

(1)PN结加正向电压（正向偏置）PN结变窄P接正、N接负

外电场IF

内电场被削弱，多子的扩散加强，形成较大的扩散电流，即正向电流。

PN结加正向电压时，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PN结

当外电压较小时，并不能完全削弱内电场，此时，只有很小的电流，只有外电压增加到某一值时，才产生较大的扩散电流，该电压称为PN结的死区电压。外电场IF内电场PN－－－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++++–硅材料PN结死区电压0.5V，锗材料PN结死区电压0.1V

(1)PN结加正向电压（正向偏置）2.PN结的单向导电性P接正、N接负

PN结PN结变宽外电场内电场加强，少子的漂移加强，由于少子数量很少，形成很小的漂移电流，即反向电流。IRP接负、N接正

–+

PN结加反向电压时，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+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－(2)PN结加反向电压（反向偏置）PN结

综上：

PN结正偏时导通，正向电阻很小；

PN结反偏时截止，反向电阻很大。由此可见，PN结具有单向导电性。PN结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，PN结处于导通状态。PN结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，PN结处于截止状态。正向特性反向特性2.PN结的单向导电性二极管结构点接触型面接触型

结面积小、结电容小、正向电流小。用于检波和变频等高频电路。

结面积大、正向电流大、结电容大。用于工频大电流整流电路。按材料分：硅二极管和锗二极管；按结构分：点接触型和面接触型；按用途分：普通二极管、整流二极管、稳压

二极管、光敏二极管和发光二极管等。二极管结构金属触丝阳极引线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)面接触型二极管的结构示意图二极管的外型图及图形符号阴极阳极VD箭头表示正向电流方向二极管结构二极管的外型图及图形符号阴极阳极VD箭头表示正向电流方向二极管的伏安特性加在二极管两端的电压与流过二极管的电流之间的关系，即

。正向特性硅管0.5V锗管0.1V导通压降外加电压大于死区电压二极管才能导通。正向特性特点：非线性硅0.6~0.7V锗0.2~0.3VUI死区电压PN–+实际特性二极管的伏安特性1.正向特性近似特性:

当电源电压与二极管导通时的正向电压降相差不多时，正向压降不可忽略。理想特性:

当电源电压远大于二极管导通时正向压降时，二极管可看成理想二极管。

加正向电压时，二极管导通，正向压降和正向电阻为零，二极管相当于短路；加反向电压时，二极管截止，反向电流等于零，反向电阻等于无穷大，二极管相当于开路。二极管具有正向导通、反向截止和反向击穿特性。UIOUDUIO二极管的伏安特性2.反向特性反向击穿电压U(BR)

外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿失去单向导电性。反向特性特点：非线性UIPN+–反向电流在一定电压范围内保持常数二极管加反向电压时，由少数载流子漂移而形成的反向电流很小。且在一定电压范围内基本不随反向电压而变化。

反向电流只随着温度升高而增加。

一般硅二极管的反向电流为一到几十微安，锗二极管的反向电流为几十到几百微安。

由二极管的正向特性及反向特性可以看出其单向导电性。二极管的伏安特性当反向电压达到一定值时，反向电流突然增大，二极管失去单向导电性,即被击穿。二极管被击穿一般不能恢复原来的特性。3.反向击穿特性

击穿发生在空间电荷区，发生的原因一种是当反向电压高到一定数值时，因外电压过强，而把共价键中的价电子强行拉出。造成很大的反向电流。另一种是强电场引起自由电子加速后与原子碰撞，将价电子轰击出共价键而产生新的电子空穴对，使少数载流子的数量增加，形成很大的反向电流。二极管的主要参数

二极管的参数是表征二极管的性能及其适用范围的重要数据，是选择、使用二极管的主要依据。1.最大整流电流

IOM指二极管长期工作时，允许通过二极管的最大正向平均电流，使用时不能超过最大整流电流，否则会使二极管迅速损坏。2.最大反向工作电压URM指二极管不被击穿所允许的最大反向电压，一般取击穿电压的1/3~2/3作为最大反向电压URM。3.最大反向电流

IRM指二极管加最大反向电压时的反向电流。反向电流越小，二极管的单向导电性越好。CAR-REPORTPART0404任务实施二极管的简易判别

使用二极管时，需要判别二极管的好坏与极性，一般二极管可以从外表判别，但如果从外表不能判别，需要借助万用表（指针表或数字表）进行判别。晶体二极管有两个电极，且正向电阻小，反向电阻大，根据这一特点，我们可用万用表的电阻挡来大致判别二极管的好坏和极性。二极管的简易判别

如果正反向测量值均为2.7V，则二极管内部已经断路；如果正反向测量值均为很小或零，则二极管内部已短路。

以上两种情况均不能继续使用。将数字式万用表拔到“二极管测试”挡，两表笔分别正接或反接在被测二极管的两端，测其电压值。一只特性良好的二极管其正向值为0.5V或0.3V左右(硅二极管0.5V，锗二极管为0.3V)，反向值为2.7V。使用数字万用表判别(1)好坏判别二极管的简易判别(2)极性判别在测得二极管的正向值为0.5V或0.3V左右时，红表笔所接的一端为二极管的正极，黑表笔所接一端为二极管的负极。注意：在测量正反向电阻时，指针式万用表和数字式万用表的两表笔与表内电池的极性连接相反；在使用不同欧姆挡测量同一二极管的电阻时，其测得值不同（由万用表内部电路决定了不同挡位两表笔间的电压不同）。

以上判别适用于应用广泛的低频小功率二极管，若对汽车交流发电机中大功率整流二极管进行判别时，指针式万用表可用“

”或“

”（该系列二极管整流电流较大，反向峰值电压较高）。普通二极管及其在汽车上的应用限幅作用利用二