《汽车电学基础》-项目七 半导体二极管和整流电路1

学习单元1半导体二极管学习目标

1.了解半导体二极管概念和特性2.掌握半导体二极管导电原理和PN结结构3.掌握二极管单向导电性、伏安特性曲线4.了解二极管主要参数学习项目二

直流电路学习单元1半导体二极管一、半导体导电原理硅（Si）和锗（Ge）都是4价元素，原子的最外层轨道上有4个价电子。每个原子周围有四个相邻的原子，原子之间通过共价键紧密结合在一起。两个相邻原子共用一对电子。图7-1半导体晶体共价键结构学习单元1半导体二极管室温或者外界加热条件下，在热运动的作用下少数价电子挣脱共价键的束缚成为自由电子，同时在共价键中留下一个空位，这个空位称为空穴，这个过程称为“热激发”。有了空穴，邻近共价键中的价电子很容易过来填补这个空穴，这样空穴便转移到邻近共价键中。新的空穴又会被邻近的价电子填补。带负电荷的价电子依次填补空穴的运动，从效果上看，相当于带正电荷的空穴作相反方向的运动。可见，热激发后产生两种形式的载流子：电子载流子和空穴载流子，如图7-2所示。此时如果该半导体受到外加电场的作用后，半导体中的电子载流子就会因电场力的作用而做定向运动，从而形成电子流电流。学习单元1半导体二极管图7-2半价电子运动过程学习单元1半导体二极管二、半导体特性热敏性：当环境温度升高一些时，半导体的导电能力就显著地增加；当环境温度下降一些时，半导体的导电能力就显著地下降，这种特性称为半导体的“热敏性”。光敏性：当有光线照射在某些半导体时，这些半导体就像导体一样，导电能力很强；当没有光线照射时，这些半导体就像绝缘体一样不导电，这种特性称为半导体的“光敏性”。掺杂性：在纯净的半导体中适当地掺入一定种类的极微量的杂质，半导体的导电性能就会成百万倍的增加—-这是半导体最显著、最突出的特性。例如，晶体管就是利用这种特性制成的。学习单元1半导体二极管三、PN结纯净的半导体称为本征半导体。在本征半导体中加入一定类型的微量杂质，能使半导体的导电能力成百万倍的增加。加入了杂质的半导体可以分为两种类型：一种是在本征半导体硅或锗中掺入硼、铝等3价元素，在这类掺杂后的半导体其导电作用主要靠空穴运动，称为空穴半导体或P型半导体，其中空穴为多数载流子，热激发形成的自由电子是少数载流子；另一种是在本征半导体硅或锗中掺入磷、砷等5价元素，由于这类元素的原子最外层有5个价电子，故在构成的共价键结构中，由于存在多余的价电子而产生大量自由电子，这种半导体主要靠自由电子导电，称为电子半导体或N型半导体，其中自由电子为多数载流子，热激发形成的空穴为少数载流子。无论是P型半导体还是N型半导体都是中性的，对外不显电性。学习单元1半导体二极管半导体中载流子有漂移运动和扩散运动两种运动方式。载流子在电场作用下的定向运动称为漂移运动。在半导体中，如果载流子浓度分布不均匀，因为浓度差，载流子将会从浓度高的区域向浓度低的区域运动，这种运动称为扩散运动。将一块半导体的一侧掺杂成P型半导体，另一侧掺杂成N型半导体，在两种半导体的交界面处将形成一个特殊的薄层，称为PN结，学习单元1半导体二极管半导体中载流子有漂移运动和扩散运动两种运动方式。载流子在电场作用下的定向运动称为漂移运动。在半导体中，如果载流子浓度分布不均匀，因为浓度差，载流子将会从浓度高的区域向浓度低的区域运动，这种运动称为扩散运动。将一块半导体的一侧掺杂成P型半导体，另一侧掺杂成N型半导体，在两种半导体的交界面处将形成一个特殊的薄层，称为PN结，学习单元1半导体二极管四、二极管单向导电性一个PN结加上相应的电极引线并用管壳封装起来，就构成了半导体二极管，简称二极管。半导体二极管按其结构不同可分为点接触型和面接触型两类。点接触型二极管PN结面积很小，结电容很小，多用于高频检波及脉冲数字电路中的开关元件。面接触型二极管PN结面积大，结电容也小，多用在低频整流电路中。二极管的结构和图形符号如图7-4所示。学习单元1半导体二极管在PN结上外加反向电压，也叫反向偏置，外加电场与内电场方向相同，增强了内电场，多子扩散难以进行，电子在电场作用下形成反向电流IR，因为是少子漂移运动产生的，IR很小，，此时灯泡不亮，这时称二极管处于截止状态。即二极管具有的单向导电性。7-5正向导通7-6反向截止学习单元1半导体二极管五、二极管伏安特性曲线通常死区电压硅管约为0.5V，锗管约为0.2V。图7-7二极管伏安特性曲线学习单元1半导体二极管为了方便分析，设正向电阻为零，正向导通时为短路特性，二极管正向电阻较小，正向电流较大，相当于一个闭和的开关，正向压降忽略不计；反向电阻为无穷大，反向电流很小，相当于一个断开的开关，这种二极管称为理想二极管。但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。另外，二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。学习单元1半导体二极管六、二极管主要参数①最大整流电流

：指二极管长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。②反向击穿电压

：二极管反向电流急剧增大到出现击穿现象时的反向电压值。③最大反向工作电压

：二极管运行时允许承受的最大反向电压（约为