半导体二极管及其应用电路.ppt

1、半导体二极管及其应用电路，主要内容：1.1半导体基础知识1.2半导体二极管1.3特殊二极管1.4半导体二极管的应用1.5概述，1.1半导体基础知识，1.1.1半导体的导电特性1.1.2 PN结，1.1.1半导体的导电特性，自然界中的各种物质根据其导电性可分为导体、半导体和绝缘体。半导体的导电性介于导体和绝缘体之间。常见的半导体材料是硅和锗，它们都是四价元素。硅比锗具有更好的热稳定性。1.1.1半导体的导电特性。1.半导体的特性。1.热敏性。2.光敏性。3.掺杂温度、光和杂质元素是否掺杂对半导体的导电性有很大影响。当半导体温度升高，光照增强，掺杂杂质元素时，其电导率将大大提高。1.1.1半导体的

2、导电特性2。本征半导体根据是否掺杂杂质可以分为本征半导体和杂质半导体。结构完整的纯半导体晶体称为本征半导体。在绝对0K(-273)，本征半导体基本上是不导电的。1.1.1半导体的导电特性，(1)本征半导体的原子结构和共价键中的两个电子由相邻的原子组成，每个原子有一个价电子，称为束缚电子。1.1.1半导体的导电特性(2)内在激发现象当温度升高或受到光的照射时，共价键中的价电子获得足够的能量从共价键中脱离出来，成为自由电子；同时，在原始共价键的相应位置留下空位，称为空穴，电子-空穴对形成1.1.1半导体的导电特性。在外电场或其他能量源的作用下，相邻的价电子和空穴产生相对的填充运动。这样，电子和空穴

3、相对运动，它们的运动方向相反，电流方向相同。可以看出，本征半导体中有两种载流子：自由电子和空穴，而导体中只有一种载流子：自由电子，这是半导体和导体的本质区别。1.1.1半导体的导电特性和3。杂质半导体在本征半导体中添加微量杂质会显著改变其导电性能。根据掺杂杂质的不同性质，杂质半导体可分为两种类型：电子(氮型)半导体和空穴(磷型)半导体。(1) p型半导体-掺杂有痕量的三价元素(如硼)，1.1.1半导体的导电特性，因此，三价元素原子获得一个电子并变成不可移动的负离子，而半导体仍然是电中性的。p型半导体的特点：大多数载流子是空穴；少数载流子是自由电子。1.1.1半导体的导电特性，(2)氮型半导体-

4、掺杂有痕量五价元素(如磷)的氮型半导体：多重态-自由电子少数载流子-空穴，1.1.1半导体的导电特性，注：杂质半导体中多数载流子的浓度与掺杂浓度有关；然而，少数载流子是由本征激发产生的，因此它们的浓度与掺杂无关，而只与温度等激发因素有关。1.1.2 PN结，在本征半导体的两侧形成PN结，分别形成P型和N型半导体，并且在两个载流子之间的界面处将有载流子的相对运动。扩散运动-由于浓度不同，多数载流子的运动。1.1.2 PN结，由于扩散，磷和氮区域的原始电中性被破坏，在磷区域附近留下不动的负离子，在氮区域附近留下相等的正离子。在磷区和氮区界面两侧形成的正负离子薄层称为空间电荷区，其中没有载流子。由于

5、空间电荷区的出现，建立了PN结的内部电场。漂移运动-内部电场作用引起的载流子运动。1.1.2 PN结，当两个opp此时，它被称为PN结加正向偏置电压，简称为“正向偏置”。它变得更薄，1.1.2 PN结。当PN结正向偏置时，空间电荷面积消失(施加的电场足够大)，导电面积增加。因此，PN结的正向电阻小，正向电流大。因此，PN结是正向偏置的。此时，它被称为PN结加反向偏置电压，简称为“反向偏置”。1.1.2 PN结，由于PN结变得更厚，非导电面积增加，因此，PN结的反向电阻非常大，反向电流非常小，基本上为0。因此，PN结反向偏置关闭。PN结的单边导电率：正向导通，反向偏置关断，1.1结有两种击穿现象

6、：(1)热击穿：是不可逆的，应避免；(2)电击穿：是可逆的，分为雪崩击穿和齐纳击穿；(1 . 1 . 2)PN结，(1)雪崩击穿当反向电压足够高(一般为U6V)时，pn结内部电场很强，加速了参与漂移的载流子与中性原子碰撞，使其成为价电子。这种击穿被称为雪崩击穿。1.1.2 PN结。(2)对于高掺杂浓度的半导体，齐纳击穿非常薄。只要增加一个小的反向电压(U4V)，耗尽层就可以获得大的场强，足以将价电子从共价键中拉出，获得更多的电子-空穴对，这使得反向电流急剧增加。1.1半导体基础知识概述在本征半导体中，电子和空穴总是成对出现。杂质半导体包括p型和n型。在P型半导体中，许多载流子是空穴，少数载流子

7、是电子。在N型半导体中，许多载流子是电子，少数载流子是空穴。在P型和N型半导体的结处形成的空间电荷区为PN结，其主要特征为正向偏置导通和反向偏置截止的单向导通，1.2半导体二极管，1.2.1二极管结构及其在电路中的代表符号1.2.2二极管的伏安特性曲线1.2.3二极管的主要参数1.2.4二极管的命名1.2.5二极管的判别，1.2.1二极管的结构和符号，二极管本质上是一个PN结。它在电路中的代表符号与PN结相同。P极也叫阳极，n极也叫阴极和阴极。1.2.1二极管的结构和符号，根据制造结构的不同，常见的二极管有点接触型、面接触型和平面型。(一)点接触型，(一)其中，硅二极管的热稳定性比锗二极管好得

8、多。它可以分为普通二极管、整流二极管、检测二极管、稳压二极管、开关二极管、光电二极管等。1.2.2二极管的伏安特性，伏安特性是指二极管两端的电压和流经二极管的电流之间的关系。正向特性是指二极管正向偏置时的伏安特性，如图中红色曲线所示。1.2.2二极管：直流电压的V-I特性和正向特性很小，不足以使二极管导通，i=0。此时，伏安曲线的相应区域称为死区，直流电压逐渐增加，二极管开始导通。此时，电压变为阈值电压Uth硅管Uth=0.5V锗管Uth=0.1V当直流电压继续增加时，二极管完全导通。接通后，两端电压基本上是一个恒定值，称为二极管正向导通压降VD，硅管=0.7V，锗管=0.3V，1.2.2二极

9、管的伏安特性，第二反向特性是指二极管反向偏置时的伏安特性，如图中绿色曲线所示。当对二极管施加反向电压时，反向电流非常小，并且在很宽的反向电压范围内，反向电流几乎是恒定的。因此，该电流值称为二极管的反向饱和电流。，1.2.2二极管的伏安特性，三个二极管的等效电路模型(1)当理想电路模型被反向偏置时，反向电流大约为零，这相当于关断(开路)。当-u正向偏置时，其管压降为0.7V，相当于开关闭合(短路)。二极管的u -，1.2.2 V-I特性。相当于关闭(开路)。当-u正向偏置时，管压降VD不被忽略，正向电阻很小，约为0，这相当于电压源的主要参数。u-VD -，1.2.3二极管，VD尺寸和方向从p到n

10、。该器件的参数是其特性的定量描述。它是正确使用和合理选择设备的基础。1.二极管DC参数(1)最大整流电流IFM (2)最大反向工作电压URM (3)反向电流IR (4) DC电阻rd，1.2.3二极管主要参数，2。二极管的交流参数(1)交流电阻rd交流电阻RD是工作点Q附近电压和电流变化的比值，即：势垒电容CB势垒电容的影响主要体现在反向偏置状态。扩散电容这种等效电容是由载流子的扩散运动随外部电压变化而引起的。1.2.3二极管的主要参数，(3)最大工作频率fM二极管的最大工作频率fM主要由结电容的大小决定。如果工作频率超过最高工作频率fM，二极管的单向导电性就会变差。1.2.4二极管命名。中国

11、国内半导体器件的命名方法采用国家标准GB249-74。1.2.4二极管的命名，1.2.5二极管的检测和鉴别，1。鉴别方法：鉴别方法：通过二极管外壳上的符号和标记。例如，标记端通常是n极。检测方法：用万用表的欧姆档在R100档或R1k档范围内测量正向和反向电阻(一般不使用R1档，因为电流太大；然而，R10k档的电压过高，可能会导致电子管击穿。)，1.2.5二极管的检测和鉴别，1.2.5二极管的检测和鉴别，2。检测方法的鉴别(1)二极管好坏的鉴别。如果测得的反向电阻很大(几百千欧姆以上)，而测得的正向电阻很小(几千欧姆以下)，则表明二极管性能良好。如果测得的反向电阻和正向电阻较小，则表明二极管短路

12、和损坏。如果测得的反向电阻和正向电阻都很大，则表明二极管损坏。1.2.5二极管的检测和鉴别(2)二极管正负极性的判断将万用表的红色和黑色探头分别连接到二极管的两个电极上。如果测得的电阻值很小(几千欧姆以下)，黑色探针连接的电极为二极管的正极，红色探针连接的电极为二极管的负极。如果测得的电阻值很大(几百千欧姆以上)，连接到黑色探针的电极是二极管的负电极，连接到红色探针的电极是二极管的正电极。1.3特殊二极管，1.3.1硅稳压二极管，1.3.2光电二极管和光电池，1.3.3发光二极管，1.3.1硅稳压二极管，是一种用特殊工艺制造的结型硅二极管，通常工作在反向击穿状态。2.稳压器的主要参数(1)稳定

13、电压UZ (2)最小稳定电流IZmin (3)最大稳定电流IZmax (4)额定功耗PZ (5)动态电阻rZ (6)温度系数z，1.3.1硅稳压器二极管，3。并联电压调节器电路：常用于电压调节器的应用，例如， UuIZI(=IZ电流)UuUu(=电流)基本不变。当ui固定，RL变化时，稳压管两端的电压基本不变，起到稳压的作用。1.3.2光电二极管和光电池，1。光电二极管光电二极管，也称为光电二极管，可以将光信号转换成电信号。它在反向偏置状态下工作。反向电流与照度成正比。1.3.2光电二极管和光电池，光电二极管的简单使用，1.3.2光电二极管和光电池，2 .光电池硅光电池是将光能直接转换成电能的

14、半导体器件，也称为太阳能电池。光电管控制电路，当光电管PC1、PC2被光照射产生电势时，单向晶闸管SK导通，如果开关K1闭合，此时将向负载施加9V DC电压。1.3.3发光二极管发光二极管(LED)是一种将电能转化为光能的特殊二极管，通常用作显示设备。发光二极管的代表符号，1.3.3发光二极管，发光二极管应用电路(1)，1.3.3发光二极管，发光二极管应用电路(2)，1.4半导体二极管的应用，1.4.1整流电路1.4.2检测电路1.4.3限幅电路1.4.4箝位电路1，二极管半波整流电路1.4.2检测电路，在接收机中，从高频调制信号中检测低频信号的过程称为检测。其基本工作原理是利用二极管单向导通

15、两端电压和电容不会突然变化的特性。1.4.3限制电路将输出电压电平限制在预设电平范围内，用于限制输入信号的峰值，并选择性地传输部分电压，称为限制电路、二极管限制电路、1.4.4箝位电路、将输入信号的顶部或底部箝位在某个DC电平的电路，称为箝位电路、二极管箝位电路、1.5摘要、1。半导体本征半导体的特点是低电导率、热敏性、光敏性、掺杂等。此外，掺杂对电导率有很大影响。2.半导体中有两种载流子：自由电子和空穴，自由电子带负电荷，空穴带正电荷。1.5摘要3。杂质半导体的特点是高导电性。杂质半导体有两种类型：大多数n型半导体是自由电子，少数载流子是空穴；p型半导体的多数载流子是空穴，少数载流子是自由电子。4.多原子浓度与掺杂浓度有关，少数载流子浓度与温度等激发因素有关。5.PN结具有单向导电性，是各种半导体器件的基础。1.5摘要2。二极管1的基本特性。二