1-1-半导体基础知识——二极管

1、项目0半导体基础知识,实验2二极管的单向导电性,结论：当二极管两端电压为正向电压时，二极管将 ； 当二极管两端电压为反向电压是，二极管将 ； 故二极管具有 性，且正向导通时，导通 电压降约为 V。,半导体基础,导体：一般为低价元素，如铜、铁、铝 绝缘体：一般为高价元素（如惰性气体）或高分子物质（如塑料和橡胶）。 半导体：其导电性介于导体和绝缘体之间（如硅和锗以及砷化镓）,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。,光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化,热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强,(可做成各种光敏元件，如光敏

2、电阻、光敏二极管、光敏三极管等),(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）,半导体的结构本征半导体,5,晶体中原子的排列方式,硅单晶中的共价健结构,共价健,共价键中的两个电子，称为价电子。,完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。,原子结构及共价键,6,掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为主要的导电方式，称为电子半导体或N型半导体。,掺入五价元素,多余电子,磷原子,在常温下即可变为自由电子,失去一个电子变为正离子,在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）,形成杂质半导体。,1）N型半导体,半导体的结构杂质半导体,7,掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这

3、种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或 P型半导体。,掺入三价元素,硼原子,接受一个电子变为负离子,空穴,半导体的结构杂质半导体,2）P型半导体,PN结的特性,8,形成空间电荷区,1）PN结外加正向电压（正向偏置）,9,PN 结变窄,P接正、N接负,IF,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。,2）PN结外加反向电压（反向偏置）,10,PN 结变宽,P接负、N接正,PN 结加反向电压时，PN结变宽，反向电流极小，反向电阻较大，PN结处于截止状态。,IR,半导体二极管,VD,实验3 二极管的伏安特性曲线测试,二极管的伏安特性,二极管的伏安特性,伏安特

4、性,限流电阻,V,A,二极管的伏安特性,14,硅管0.5V 锗管0.2V,反向击穿电压U(BR),导通压降,外加电压大于死区电压，二极管才能导通。,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。,正向特性,反向特性,特点：非线性,硅0.7V 锗0.3V,死区电压,反向电流在 一定电压范围 内保持常数 （很小，A级）,二极管模型,15,伏安特性的实际，近似与理想情况对比：,二极管模型,实例1-1 一个简单的二极管电路如图所示，R=10k，VDD=5V，分别用理想模型、恒压降模型，求电路的ID和VD的值。,解：,使用理想模型,使用恒压降模型,二极管模型,实例1-2 硅二极管电路如图所示，

5、试分别用二极管的理想模型、恒压降模型计算电路中的电流ID和输出电压UD。,ID,R,VD1 12V,2K,VD2 16V,UO,解：,二极管限幅电路,ui,t,VPP=8V，f=100HZ,二极管的主要参数,19,1、额定正向平均电流IF :长期使用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URM :是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二极管反向击穿电压UBR的一半或三分之二。,3、最大反向电流IR： 指二极管加UR时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差， IR受温度的影响，温度越高反向电流越大。,以下各参数是选择二极管的依据,4、最高工作频率fM：指二极管

6、允许工作的最高频率，当外加信号频率高于此值时，二极管将失去单向导电性。,特殊二极管,稳压二极管,21,符号,伏安特性,稳压管反向击穿后，电流变化很大，但其两端电压变化很小，利用此特性，在电路中可起稳压作用。,UZ,IZmin,IZmax, UZ, IZ,（1）稳压管结构及工作特性,1) 稳定电压U Z: 稳压管反向击穿后的稳定电压值。,2) 稳定电流I Z： 稳压管正常工作时的参考电流。电流高于此值时，管子才能起到稳压作用。IZmin实际就取IZ。,（2）稳压管的主要参数,稳压二极管,3) 最大耗散功率PZM ： 稳压管允许的最大功耗。由该参数可以求最大稳定电流IZmax。,4） 动态电阻Rz： 工作在稳压区时，端电压变化量与其电流变化量之比。其值越小，稳压性能越好。,稳压二极管,光电二极管,电路符号：在普通二极管电路符号的边上加两个朝向管子的箭头。,特性：无光照时与普通二极管一样具有单向导电性。使用时，光电二极管的PN结应工作在反向偏置状态，在光信号的照射下，反向电流随光照强度的增加而上升。,用途：用于测量光照强度、做光电池。,光电二极管,发光二极管,发光二极管有许多外形、尺寸、亮度、