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1、5.1 二极管第5章 常用半导体器件5.1 5.1 二极管二极管1PN结及其特性结及其特性2二极管的结构与伏安特性二极管的结构与伏安特性目录CONTENTS3二极管的主要参数与应用二极管的主要参数与应用4特殊二极管及其应用特殊二极管及其应用5.1 5.1 二极管二极管PN结及其特性结及其特性特殊二极管及其应用特殊二极管及其应用二极管的结构与伏安特性二极管的结构与伏安特性 二极管的主要参数与应用二极管的主要参数与应用半导体的导电特性半导体的导电特性掺杂性：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：光敏性：当受到光照时，导电能力明显
2、变化当受到光照时，导电能力明显变化热敏性：热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强当环境温度升高时，导电能力显著增强5.1 5.1 二极管二极管PN结及其特性结及其特性特殊二极管及其应用特殊二极管及其应用二极管的结构与伏安特性二极管的结构与伏安特性 二极管的主要参数与应用二极管的主要参数与应用1 1 本征半导体本征半导体纯净的半导体称为本征半导体。纯净的半导体称为本征半导体。硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构共价健共价健 Si Si Si Si价电子价电子半导体的导电性能是由其原子结构决定的，就半导体的导电性能是由其原子结构决定的，就元素半导体硅和锗而言，其原子序数分别为元素半导体硅和
3、锗而言，其原子序数分别为3232和和1414，它们最外层的电子（价电子）数均为，它们最外层的电子（价电子）数均为4 4，原子结构中每一个原子与相邻四个原子结合，原子结构中每一个原子与相邻四个原子结合，形成共价键结构。形成共价键结构。5.1 5.1 二极管二极管PN结及其特性结及其特性特殊二极管及其应用特殊二极管及其应用二极管的结构与伏安特性二极管的结构与伏安特性 二极管的主要参数与应用二极管的主要参数与应用本征激发本征激发当材料获得一定能量（温度增高或光照）后，共价键内的当材料获得一定能量（温度增高或光照）后，共价键内的电子将成为自由电子（带负电），整个中性原子因失去一电子将成为自由电子（带负
4、电），整个中性原子因失去一个电子而带正电，于是在共价键中就留下一个空位，称为个电子而带正电，于是在共价键中就留下一个空位，称为空穴，故空穴带正电，我们把这种现象，称之为本征激发空穴，故空穴带正电，我们把这种现象，称之为本征激发。本征激发现象本征激发现象载流子载流子在外电场作用下，自由电子和空穴都可产生定向移动而形在外电场作用下，自由电子和空穴都可产生定向移动而形成电流，因而把自由电子和空穴都称为成电流，因而把自由电子和空穴都称为 载流子载流子（能够参与（能够参与导电的带电粒子）。导电的带电粒子）。1 1 本征半导体本征半导体注意：注意： (1) 本征半导体中载流子数目极少本征半导体中载流子数目
5、极少, 其导电性能很差；其导电性能很差； (2) 温度愈高，温度愈高， 载流子的数目愈多载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就愈好。半导体的导电性能也就愈好。 所以，所以，温度对半导体器件性能影响很大。温度对半导体器件性能影响很大。5.1 5.1 二极管二极管PN结及其特性结及其特性特殊二极管及其应用特殊二极管及其应用二极管的结构与伏安特性二极管的结构与伏安特性 二极管的主要参数与应用二极管的主要参数与应用（1）N型半导体型半导体 2 2 掺杂半导体掺杂半导体 掺杂后自由电子数目大量增加，自由掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电电子导电成为这种半导体的主要导电方式，
6、称为电子半导体或方式，称为电子半导体或N型半导体。型半导体。掺入五价元素掺入五价元素 Si Si Si Si p+多余多余电子电子磷原子磷原子在常温下在常温下即可变为即可变为自由电子自由电子失去一个电子失去一个电子变为正离子变为正离子 在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）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。形成杂质半导体。在在N 型半导体中自由电子是多数载流型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。子，空穴是少数载流子。5.1 5.1 二极管二极管PN结及其特性结及其特性特殊二极管及其应用特殊二极管及其应用二极管的结构与伏安特性二极管的结构与伏安特性 二极管的
7、主要参数与应用二极管的主要参数与应用2 2 掺杂半导体掺杂半导体 （2）P型半导体型半导体 掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称为空为这种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或穴半导体或 P P型半导体。型半导体。掺入三价元素掺入三价元素 Si Si Si Si在在P P型半导体中空穴是多数载流子，自型半导体中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。由电子是少数载流子。B硼原子硼原子空穴空穴无论无论N N型或型或P P型半导体都是型半导体都是电中性电中性的，的，对外不显电性。对外不显电性。5.1 5.1 二极管二极管PN结及其特性结
8、及其特性特殊二极管及其应用特殊二极管及其应用二极管的结构与伏安特性二极管的结构与伏安特性 二极管的主要参数与应用二极管的主要参数与应用1. 在杂质半导体中多子的数量与在杂质半导体中多子的数量与 有关。有关。 A. 掺杂浓度掺杂浓度 B.温度温度2. 在杂质半导体中少子的数量与在杂质半导体中少子的数量与 有关。有关。 A. 掺杂浓度掺杂浓度 B.温度温度3. 当温度升高时，少子的数量当温度升高时，少子的数量 。 A. 减少减少 B. 不变不变 C. 增多增多ABC4. 在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，P 型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是 ， N 型半导体中的电流主要是型半导体
9、中的电流主要是 。 A. 电子电流电子电流 B.空穴电流空穴电流 BA 思考题思考题5.1 5.1 二极管二极管PN结及其特性结及其特性特殊二极管及其应用特殊二极管及其应用二极管的结构与伏安特性二极管的结构与伏安特性 二极管的主要参数与应用二极管的主要参数与应用3 PN结结 在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质,分别形成分别形成P型半导体和型半导体和N型型半导体。此时将在它们交界面处形成半导体。此时将在它们交界面处形成PN结，结，PN结具有单向导电性结具有单向导电性。（1）PN结的形成结的形成热平衡状态下热平衡状态下PN结中载流子的结中载流子的扩散运
10、动扩散运动=漂移运动漂移运动5.1 5.1 二极管二极管PN结及其特性结及其特性特殊二极管及其应用特殊二极管及其应用二极管的结构与伏安特性二极管的结构与伏安特性 二极管的主要参数与应用二极管的主要参数与应用（2）PN结的单向导电性结的单向导电性 当给当给PN结加正向电压，即结加正向电压，即P区接区接外加电源的正极，外加电源的正极，N区接负极，外电区接负极，外电场和内电场方向相反，内电场被削场和内电场方向相反，内电场被削弱，整个空间电荷区就会变窄，多弱，整个空间电荷区就会变窄，多数载流子的扩散运动增强，形成了数载流子的扩散运动增强，形成了较大的扩散电流，空穴和电子虽然较大的扩散电流，空穴和电子虽
11、然带不同极性的电荷，但由于他们的带不同极性的电荷，但由于他们的运动方向相反，则电流方向一致，运动方向相反，则电流方向一致，这种状态称为这种状态称为PN结的导通状态，这结的导通状态，这时的电流称为正向电流。时的电流称为正向电流。 PPNN变宽 内电场方向内电场方向外电场方向外电场方向+I0IPN结加正向电压结加正向电压PN结加反向电压结加反向电压变窄 +3 PN结结扩散运动扩散运动漂移运动漂移运动扩散运动扩散运动漂移运动漂移运动扩散运动扩散运动V阴阴或或 UD为正为正( 正向偏置正向偏置 )，二极管导通，二极管导通若若 V阳阳 V阴阴 二极管导通二极管导通若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管
12、压降，二极管可看作短路，UAB = 6V否则，否则， UAB低于低于6V一个管压降，为一个管压降，为6.3或或6.7V（1）钳位）钳位分析：分析：取取 B 点作参考点，断开二极管，分点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。析二极管阳极和阴极的电位。D6V12V3k BAUAB+5.1 5.1 二极管二极管PN结及其特性结及其特性特殊二极管及其应用特殊二极管及其应用二极管的结构与伏安特性二极管的结构与伏安特性 二极管的主要参数与应用二极管的主要参数与应用2 二极管的应用二极管的应用ui 8V，二极管截止，可看作开路，二极管截止，可看作开路 uo = 8Vui 8V，二极管导通，可看作
13、短路，二极管导通，可看作短路 uo = ui已知：已知： ，二极管是理想的，试画出二极管是理想的，试画出 uo 波形。波形。V sin18itu 8Vuit 18V参考点参考点分析：二极管阳极电位为分析：二极管阳极电位为 8 VD8VRuoui+（2）限幅）限幅5.1 5.1 二极管二极管PN结及其特性结及其特性特殊二极管及其应用特殊二极管及其应用二极管的结构与伏安特性二极管的结构与伏安特性 二极管的主要参数与应用二极管的主要参数与应用RL CAC 220Vu2VD1UoVD3VD4bVD2a+图5.1.6 单相桥式整流滤波电路+2 二极管的应用二极管的应用二极管在整流电路中的应用。在图二极管
14、在整流电路中的应用。在图所示的电路中，二极管所示的电路中，二极管VD1VD4组组成桥式整流电路，电容成桥式整流电路，电容C为电容滤为电容滤波。波。 单相桥式整流滤波电路单相桥式整流滤波电路（3）整流）整流总结总结5.1 5.1 二极管二极管PN结及其特性结及其特性特殊二极管及其应用特殊二极管及其应用二极管的结构与伏安特性二极管的结构与伏安特性 二极管的主要参数与应用二极管的主要参数与应用1. 二极管的主要参数二极管的主要参数 最大整流电流、反向工作峰值电压最大整流电流、反向工作峰值电压 反向峰值电流、最高工作频率反向峰值电流、最高工作频率2. 二极管的应用二极管的应用 钳位、限幅、整流等钳位、
15、限幅、整流等5.1 5.1 二极管二极管PN结及其特性结及其特性特殊二极管及其应用特殊二极管及其应用二极管的结构与伏安特性二极管的结构与伏安特性 二极管的主要参数与应用二极管的主要参数与应用1 稳压二极管稳压二极管 稳压管使用时，它的阴极接外加电压的正端，阳极接负端，管子反向偏置，工作在反向稳压管使用时，它的阴极接外加电压的正端，阳极接负端，管子反向偏置，工作在反向击穿状态，利用它的反向击穿特性稳定直流电压。击穿状态，利用它的反向击穿特性稳定直流电压。+VZ 稳压管图形符号稳压管图形符号稳压二极管实物图稳压二极管实物图 伏安特性曲线伏安特性曲线5.1 5.1 二极管二极管PN结及其特性结及其特
16、性特殊二极管及其应用特殊二极管及其应用二极管的结构与伏安特性二极管的结构与伏安特性 二极管的主要参数与应用二极管的主要参数与应用UO+UIVZ+IRRRLIZIO 并联稳压电路并联稳压电路RL(Io)UOIZIR 当当UI或或RL变化时，电路能自动地调整变化时，电路能自动地调整IZ的大小，以改变的大小，以改变R上的电压降上的电压降IRR，达到维持，达到维持输出电压输出电压Uo(UZ)恒定的目的。恒定的目的。1 稳压二极管稳压二极管（1 ）UI变化时变化时（2 ）RL变化时变化时UI UO(UZ)IZ IR UO= UI -UR IR= IZ +IO UOUOUZ+并联稳压电路并联稳压电路5.1
17、 5.1 二极管二极管PN结及其特性结及其特性特殊二极管及其应用特殊二极管及其应用二极管的结构与伏安特性二极管的结构与伏安特性 二极管的主要参数与应用二极管的主要参数与应用+光电二极管的结构和图形符号光电二极管的结构和图形符号PNPN结光无反射平面电子空穴对+UiRL（a）结构）结构（b）图形符号）图形符号 光电二极管是一种光接收器件，它的管壳上有一个玻璃窗口以便接受光照，当光线辐光电二极管是一种光接收器件，它的管壳上有一个玻璃窗口以便接受光照，当光线辐射于射于PN结时，提高了半导体的导电性，在反偏电压作用下产生反向电流。反向电流随光照结时，提高了半导体的导电性，在反偏电压作用下产生反向电流。
18、反向电流随光照强度的增加而上升。强度的增加而上升。部分光电二极管实物图部分光电二极管实物图2 光电光电二极管二极管5.1 5.1 二极管二极管PN结及其特性结及其特性特殊二极管及其应用特殊二极管及其应用二极管的结构与伏安特性二极管的结构与伏安特性 二极管的主要参数与应用二极管的主要参数与应用 光电二极管的图形符号及应用光电二极管的图形符号及应用+(a)图形符号图形符号(b)七段显示器七段显示器接收电路接收电路（d）光电耦合器）光电耦合器（c）光电传输系统）光电传输系统RLED发射电路发射电路光缆R 发光二极管是一种光发射器件，是一种把电能直接转换成光能的固体发光器件。它是发光二极管是一种光发射器件，是一种把电能直接转换成光能的固体发光器件。它是一种新型冷光源一种新型冷光源，通常用砷化镓、磷化镓等化合物制成。它工作在特性曲线的正向导通区，通常用砷化镓、磷化镓等化合物制成。它工作在特性曲线的正向导通区，当发光二极管通以正向电流时，将发出光来当发光二极管通以正向电流时，将发出光来。3 发光二极管发光二极管5.1 5.1 二极管二极管PN结及其特性结及其特性特殊二极管及其应用特殊二极管及其应用二极管的结构与伏安特性二极管的结构与伏安特性 二极管的主要参数与应用二极管的主要参数与应用 1、稳压二极管、稳压二极管 2、光电二极管、光电二极管 3、发光二极管、发光二极管 总结总结