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1、第14章二极管和晶体管备第1页，共98页，编辑于2022年，星期一 电子学发展史电子学发展史1750年，年，富兰克林富兰克林指出：雷电与摩擦生电是一回事指出：雷电与摩擦生电是一回事1785年，年，库仑库仑总结出电荷的力学定理总结出电荷的力学定理1800年，年，伏打创立了电位差理论伏打创立了电位差理论1820年，年，奥斯特奥斯特发现导线通电磁针偏转发现导线通电磁针偏转1831年，法拉第完成磁生电实验年，法拉第完成磁生电实验1865年，年，麦克斯韦发表电磁理论公式麦克斯韦发表电磁理论公式1888年，年，赫兹赫兹证明了电磁波的存在证明了电磁波的存在1896年，年，马可尼马可尼发明电报，获发明电报，获
2、1908年诺贝尔奖年诺贝尔奖1897年，年，汤姆荪发现电子，获汤姆荪发现电子，获1906年诺贝尔奖年诺贝尔奖1947年，年，萧克利、巴丁、布拉顿萧克利、巴丁、布拉顿发明晶体管，获发明晶体管，获56年诺贝尔奖年诺贝尔奖1958年，基尔比年，基尔比发明集成电路，获发明集成电路，获2000年诺贝尔奖年诺贝尔奖第2页，共98页，编辑于2022年，星期一从从20世纪初开始，人们相继发现了真空和半导体世纪初开始，人们相继发现了真空和半导体电子器件，以电子器件，以检波检波、放大放大及及开关开关等功能为核心的等功能为核心的电子技电子技术术得到迅速发展。得到迅速发展。从从1948美国贝尔实验室发明半导体晶体管以
3、来，美国贝尔实验室发明半导体晶体管以来，半导体电子器件逐步取代电子管而成为应用电子技术的半导体电子器件逐步取代电子管而成为应用电子技术的主角，经历了分立器件、集成电路、大规模和超大规模主角，经历了分立器件、集成电路、大规模和超大规模的集成电路。其应用领域遍及广播、通讯、测量、控制的集成电路。其应用领域遍及广播、通讯、测量、控制；今天，计算机已经以高技术的载体进入到各个；今天，计算机已经以高技术的载体进入到各个领域，为人类文明的发展树立了一座宏伟的里程碑。领域，为人类文明的发展树立了一座宏伟的里程碑。第3页，共98页，编辑于2022年，星期一电子技术由模拟电子技术和数字电子技术两部分构成。两者的
4、区别：处理的信号电子技术基础知识包括半导体二极管、半导体三极管、场效应管、部分典型集成电路等元器件。第4页，共98页，编辑于2022年，星期一电炉箱恒温自动控制系统电炉箱恒温自动控制系统第5页，共98页，编辑于2022年，星期一光源光源产品产品传送带传送带光电元件光电元件脉冲产生脉冲产生整整 形形十二进制十二进制计数器计数器件数件数十进制十进制计数器计数器十进制十进制计数器计数器十进制十进制计数器计数器箱数箱数译码器译码器译码器译码器译码器译码器563LED数码管数码管个位个位十位十位百位百位产产品品自自动动装装箱箱计计数数生生产产线线第6页，共98页，编辑于2022年，星期一第第14章章 二
5、极管和晶体管二极管和晶体管14.3 二极管二极管二极管二极管14.4 14.4 稳压二极管稳压二极管稳压二极管稳压二极管14.5 14.5 晶体管晶体管晶体管晶体管14.2 PN14.2 PN结及其单向导电性结及其单向导电性结及其单向导电性结及其单向导电性14.1 14.1 半导体的导电特性半导体的导电特性14.6 14.6 光电器件光电器件第7页，共98页，编辑于2022年，星期一学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况，对学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况，对学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况，对学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况，对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理
6、的近似，以便器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似，以便器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似，以便器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似，以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标，对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标，就不要过分追究精确的数值。就不要过分追究精确的数值。器件是非线性的、特性有分散性、器件是非线性的、特性有分散性、器件是非线性的、特性有分散性、器件是非线性的、特性有分散性、RC RC 的值有误差
7、、的值有误差、的值有误差、的值有误差、工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和正确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器件的正确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器件的正确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器件的正确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器件的目的在于应用。目的在于应用。目的在
8、于应用。目的在于应用。第8页，共98页，编辑于2022年，星期一导体：导体：自然界中很容易导电的物质称为自然界中很容易导电的物质称为导体导体，金属一般都，金属一般都是导体。是导体。绝缘体：绝缘体：有的物质几乎不导电，称为有的物质几乎不导电，称为绝缘体绝缘体，如橡皮、，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。陶瓷、塑料和石英。半导体：半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为间，称为半导体半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。物、氧化物等。14.1 半导体的导电特性半导体的导电特性第9页，共98页，编辑于2022年，星
9、期一半导体的导电特性：半导体的导电特性：半导体的导电特性：半导体的导电特性：(可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。掺杂性掺杂性掺杂性掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电 能力明显改变能力明显改变能力明显改变能力明显改变(可做成各种不同用途的半导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）。体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。体器件，如二极管、三
10、极管和晶闸管等）。光敏性：光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化当受到光照时，导电能力明显变化当受到光照时，导电能力明显变化当受到光照时，导电能力明显变化 (可做可做 成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管等管、光敏三极管等管、光敏三极管等管、光敏三极管等)。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，导电能力显著增强为什么具有这些导电特性？为什么具有这些导电特性？这是由半导体材料的
11、原子结构和原子之间结合方式决定的这是由半导体材料的原子结构和原子之间结合方式决定的这是由半导体材料的原子结构和原子之间结合方式决定的这是由半导体材料的原子结构和原子之间结合方式决定的第10页，共98页，编辑于2022年，星期一14.1.1 本征半导体本征半导体 完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结
12、构硅单晶中的共价健结构共价健共价键中的两个电子，称为共价键中的两个电子，称为价电子价电子价电子价电子。SiSiSiSi价电子第11页，共98页，编辑于2022年，星期一SiSiSiSi价电子 价电子在获得一定能量价电子在获得一定能量价电子在获得一定能量价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即（温度升高或受光照）后，即（温度升高或受光照）后，即（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为可挣脱原子核的束缚，成为可挣脱原子核的束缚，成为可挣脱原子核的束缚，成为自自自自由电子由电子由电子由电子（带负电），同时共价（带负电），同时共价（带负电），同时共价（带负电），同时共价键中留下一个空位
13、，称为键中留下一个空位，称为键中留下一个空位，称为键中留下一个空位，称为空穴空穴空穴空穴（带正电）（带正电）（带正电）（带正电）。本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理这一现象称为本征激发。这一现象称为本征激发。空穴 温度愈高，晶体中产生温度愈高，晶体中产生温度愈高，晶体中产生温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。的自由电子便愈多。的自由电子便愈多。的自由电子便愈多。自由电子 在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子中出现一
14、个空穴，其结果相当于空穴的运动（相而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。当于正电荷的移动）。当于正电荷的移动）。当于正电荷的移动）。第12页，共98页，编辑于2022年，星期一本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理 当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流分电流分电流分
15、电流 (1)(1)自由电子作定向运动自由电子作定向运动 电子电流电子电流 (2)(2)价电子递补空穴价电子递补空穴价电子递补空穴价电子递补空穴 空穴电流空穴电流空穴电流空穴电流注意：注意：注意：注意：(1)(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极少本征半导体中载流子数目极少本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差；其导电性能很差；其导电性能很差；其导电性能很差；(2)(2)温度愈高，温度愈高，温度愈高，温度愈高，载流子的数目愈多载流子的数目愈多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半导体的导电性能也就半导体的导电性能也就半导体的导电性能也就愈好。愈好。愈好。愈
16、好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。所以，温度对半导体器件性能影响很大。所以，温度对半导体器件性能影响很大。所以，温度对半导体器件性能影响很大。自由电子和自由电子和空穴都称为载流子。空穴都称为载流子。空穴都称为载流子。空穴都称为载流子。自由电子和自由电子和自由电子和自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。半导体中载流子便维持一定的数目。第13页，共98页，编辑于2022年，星期一14.1.2 N型半导体和型半导体和 P 型半导体型
17、半导体 掺杂后自由电子数目大量掺杂后自由电子数目大量掺杂后自由电子数目大量掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这增加，自由电子导电成为这增加，自由电子导电成为这增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，种半导体的主要导电方式，种半导体的主要导电方式，种半导体的主要导电方式，称为电子半导体或称为电子半导体或称为电子半导体或称为电子半导体或N N型半导型半导型半导型半导体。体。体。体。掺入五价元素掺入五价元素SiSiSiSip+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）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
18、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）,形成形成形成形成杂质半导体。杂质半导体。杂质半导体。杂质半导体。在在在在N 型半导体中型半导体中型半导体中型半导体中自由电子是自由电子是多数载流子，空穴是少数载流多数载流子，空穴是少数载流子。子。第14页，共98页，编辑于2022年，星期一14.1.2 N型半导体和型半导体和 P 型半导体型半导体 掺杂后空穴数目大量增掺杂后空穴数目大量增掺杂后空穴数目大量增掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半加，空穴导电成为这种半加，空穴导电成为这种半加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称导体的主要导电方式，称导体的主要导电方式，称
19、导体的主要导电方式，称为空穴半导体或为空穴半导体或为空穴半导体或为空穴半导体或 P P型半导型半导型半导型半导体。体。体。体。掺入三价元素掺入三价元素SiSiSiSi 在在 P P 型半导体中型半导体中空穴是多数空穴是多数空穴是多数空穴是多数载流子，自由电子是少数载流载流子，自由电子是少数载流载流子，自由电子是少数载流载流子，自由电子是少数载流子。子。子。子。B硼原子接受一个接受一个电子变为电子变为负离子负离子空穴无论无论无论无论N N型或型或型或型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。型半导体都是中性的，对外不显电性。型半导体都是中性的，对外不显电性。型半导体都是中性的，对外不显电性。第15
20、页，共98页，编辑于2022年，星期一小小结结：(1)本本征征半半导导体体中中有有两两种种载载流流子子导导电电，自自由由电电子子和和空空穴穴，但但载载流流子子数数目目极极少少,其其导导电电性性能能很很差差。温温度度愈愈高高，载载流流子子的的数目愈多数目愈多,半导体的导电性能也就愈好。半导体的导电性能也就愈好。(2)本本征征半半导导体体中中加加入入五五价价杂杂质质元元素素，便便形形成成N型型半半导导体体。其其中中电电子子是是多多数数载载流流子子，空空穴穴是是少少数数载载流流子子，此此外外还还有不参加导电的正离子。有不参加导电的正离子。(3)本本征征半半导导体体中中加加入入三三价价杂杂质质元元素素
21、，便便形形成成P型型半半导导体体。其其中中空空穴穴是是多多数数载载流流子子，电电子子是是少少数数载载流流子子，此此外外还还有有不不参参加导电的负离子。加导电的负离子。(4)杂杂质质半半导导体体中中，多多子子浓浓度度决决定定于于杂杂质质浓浓度度，少少子子由由本本征征激激发发产生，其浓度与温度有关。产生，其浓度与温度有关。第16页，共98页，编辑于2022年，星期一 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 （a.掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、b.b.温度）有关。温度）有关。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 （a.a.掺杂浓度、掺杂浓度、b.b.温
22、度）有关。温度）有关。3.3.当温度升高时，少子的数量当温度升高时，少子的数量当温度升高时，少子的数量当温度升高时，少子的数量 （a.a.减少、减少、减少、减少、b.b.不变、不变、c.c.增多）。增多）。增多）。增多）。a ab bc c 4.4.在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，P 型半导体中的电流型半导体中的电流主要是主要是 ，N N 型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是 。（a.a.电子电流、电子电流、电子电流、电子电流、b.b.空穴电流）空穴电流）空穴电流）空穴电流）b ba a第17页，共98页，编辑于2022年，星期一 1
23、.1.电子导电和空穴导电有什么区别？空穴电流是不是由电子导电和空穴导电有什么区别？空穴电流是不是由电子导电和空穴导电有什么区别？空穴电流是不是由电子导电和空穴导电有什么区别？空穴电流是不是由自由电子递补空穴所形成的？自由电子递补空穴所形成的？自由电子递补空穴所形成的？自由电子递补空穴所形成的？练习练习练习练习和思考：和思考：和思考：和思考：答：答：答：答：电子导电是指带一个电量负电荷的自由电子在外电场电子导电是指带一个电量负电荷的自由电子在外电场电子导电是指带一个电量负电荷的自由电子在外电场电子导电是指带一个电量负电荷的自由电子在外电场的作用下，产生定向运动形成电流的过程。的作用下，产生定向运
24、动形成电流的过程。的作用下，产生定向运动形成电流的过程。的作用下，产生定向运动形成电流的过程。而空穴导电是指共价键中的价电子挣脱共价键的束而空穴导电是指共价键中的价电子挣脱共价键的束而空穴导电是指共价键中的价电子挣脱共价键的束而空穴导电是指共价键中的价电子挣脱共价键的束缚，填补空穴，好像空穴在运动，而形成电流的过程。缚，填补空穴，好像空穴在运动，而形成电流的过程。缚，填补空穴，好像空穴在运动，而形成电流的过程。缚，填补空穴，好像空穴在运动，而形成电流的过程。空穴电流不是自由电子递补空穴所形成的，而是空穴电流不是自由电子递补空穴所形成的，而是共价键中的价电子递补空穴所形成的。共价键中的价电子递补
25、空穴所形成的。第18页，共98页，编辑于2022年，星期一练习练习练习练习和思考：和思考：和思考：和思考：2.2.杂质半导体中的多数载流子和少数载流子是怎样产生杂质半导体中的多数载流子和少数载流子是怎样产生杂质半导体中的多数载流子和少数载流子是怎样产生杂质半导体中的多数载流子和少数载流子是怎样产生的？为什么杂质半导体中少数载流子的浓度比本征载流子的？为什么杂质半导体中少数载流子的浓度比本征载流子的？为什么杂质半导体中少数载流子的浓度比本征载流子的？为什么杂质半导体中少数载流子的浓度比本征载流子的浓度小？的浓度小？的浓度小？的浓度小？答：答：大量的多数载流子会与少数载流子复合，复合的数大量的多数
26、载流子会与少数载流子复合，复合的数大量的多数载流子会与少数载流子复合，复合的数大量的多数载流子会与少数载流子复合，复合的数量要比本征半导体两种载流子复合的数量多，因此，杂量要比本征半导体两种载流子复合的数量多，因此，杂量要比本征半导体两种载流子复合的数量多，因此，杂量要比本征半导体两种载流子复合的数量多，因此，杂质半导体的少数载流子比本征半导体的少数载流子浓度质半导体的少数载流子比本征半导体的少数载流子浓度质半导体的少数载流子比本征半导体的少数载流子浓度质半导体的少数载流子比本征半导体的少数载流子浓度小。小。小。小。第19页，共98页，编辑于2022年，星期一练习练习练习练习和思考：和思考：和
27、思考：和思考：3.N3.N型半导体的自由电子多于空穴，而型半导体的自由电子多于空穴，而P P型半导体中型半导体中型半导体中型半导体中的空穴多于自由电子，是否的空穴多于自由电子，是否的空穴多于自由电子，是否的空穴多于自由电子，是否N型半导体带负电，而型半导体带负电，而型半导体带负电，而型半导体带负电，而P型半导型半导型半导型半导体带正电？体带正电？体带正电？体带正电？答：答：以以N型半导体为例，由于掺杂后自由电子数目大型半导体为例，由于掺杂后自由电子数目大量增加，当这些带负电的自由电子离开原子核后，原量增加，当这些带负电的自由电子离开原子核后，原子核所在的晶格上就带生了等量的正电荷，这个电荷子核
28、所在的晶格上就带生了等量的正电荷，这个电荷叫空间电荷。从整个晶体来看，它仍然是不带电的。叫空间电荷。从整个晶体来看，它仍然是不带电的。空间电荷与带正电的空穴不同的是它是不能移动的。空间电荷与带正电的空穴不同的是它是不能移动的。空间电荷与带正电的空穴不同的是它是不能移动的。空间电荷与带正电的空穴不同的是它是不能移动的。第20页，共98页，编辑于2022年，星期一不论是不论是不论是不论是P型半导体还是型半导体还是型半导体还是型半导体还是N N型半导体，都只能看做是型半导体，都只能看做是型半导体，都只能看做是型半导体，都只能看做是一般的导电材料，不具有半导体器件的任何特点。一般的导电材料，不具有半导
29、体器件的任何特点。一般的导电材料，不具有半导体器件的任何特点。一般的导电材料，不具有半导体器件的任何特点。半导体器件的核心是半导体器件的核心是PNPN结，是采取一定的工艺结，是采取一定的工艺结，是采取一定的工艺结，是采取一定的工艺措施在一块半导体晶片的两侧分别制成措施在一块半导体晶片的两侧分别制成措施在一块半导体晶片的两侧分别制成措施在一块半导体晶片的两侧分别制成P P型半导体和型半导体和型半导体和型半导体和N N型型型型半导体，在两种半导体的交界面上形成半导体，在两种半导体的交界面上形成半导体，在两种半导体的交界面上形成半导体，在两种半导体的交界面上形成PNPN结。结。结。结。各种各样的半导
30、体器件都是以各种各样的半导体器件都是以各种各样的半导体器件都是以各种各样的半导体器件都是以PN结为核心而制成结为核心而制成结为核心而制成结为核心而制成的，正确认识的，正确认识的，正确认识的，正确认识PNPN结是了解和运用各种半导体器件的关结是了解和运用各种半导体器件的关结是了解和运用各种半导体器件的关结是了解和运用各种半导体器件的关键所在。键所在。键所在。键所在。14.2 PN结及其单向导电性结及其单向导电性第21页，共98页，编辑于2022年，星期一14.2.1 PN PN结的形成结的形成多子的扩散运动多子的扩散运动内电场内电场少子的漂移运动少子的漂移运动浓度差浓度差P P 型半导体型半导体
31、型半导体型半导体N N 型半导体型半导体型半导体型半导体内电场越强，漂移运内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间动越强，而漂移使空间电荷区变薄。电荷区变薄。扩散的结果使空间电荷区变宽。空间电荷区也称空间电荷区也称 PN 结结 扩散和漂移这扩散和漂移这扩散和漂移这扩散和漂移这一对相反的运动一对相反的运动一对相反的运动一对相反的运动最终达到动态平最终达到动态平最终达到动态平最终达到动态平衡，空间电荷区衡，空间电荷区衡，空间电荷区衡，空间电荷区的厚度固定不变。的厚度固定不变。的厚度固定不变。的厚度固定不变。+形成空间电荷区第22页，共98页，编辑于2022年，星期一扩散运动和漂移运动的动态平衡扩散运
32、动和漂移运动的动态平衡扩散增强扩散增强漂移运动增强漂移运动增强内电场增强内电场增强两者平衡两者平衡PNPN结宽度基本稳定结宽度基本稳定1.1.空间电荷区中没有载流子。空间电荷区中没有载流子。2.2.空间电荷区中内电场阻碍空间电荷区中内电场阻碍P P中的空穴和中的空穴和N区区 中的中的电子（电子（都是多子都是多子）向对方运动（）向对方运动（扩散运动扩散运动）。）。3.3.P 区中的电子和区中的电子和 N区中的空穴（区中的空穴（都是少子都是少子），数），数量有限，因此由它们形成的电流很小。量有限，因此由它们形成的电流很小。注意注意:第23页，共98页，编辑于2022年，星期一14.2.2 PN结的
33、单向导电性结的单向导电性 1.PN 1.PN 结加正向电压结加正向电压结加正向电压结加正向电压（正向偏置）（正向偏置）PN 结变窄结变窄 P接正、接正、N接负接负 外电场外电场IF 内电场被内电场被内电场被内电场被削弱，多子削弱，多子削弱，多子削弱，多子的扩散加强，的扩散加强，的扩散加强，的扩散加强，形成较大的形成较大的形成较大的形成较大的扩散电流。扩散电流。扩散电流。扩散电流。PN PN 结加正向电压时，结加正向电压时，结加正向电压时，结加正向电压时，PNPN结变窄，正向电流较大，结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，正向电阻较小，PN结处于导通状态。结处于导通状态。结处于导通状态。结处于导通
34、状态。内电场内电场PN+第24页，共98页，编辑于2022年，星期一2.PN 结加反向电压结加反向电压（反向偏置）（反向偏置）外电场外电场外电场外电场 P P接负、接负、接负、接负、N N接正接正接正接正 内电场内电场内电场内电场P PN N+第25页，共98页，编辑于2022年，星期一PN PN 结变宽结变宽结变宽结变宽2.PN 结加反向电压结加反向电压（反向偏置）（反向偏置）外电场外电场外电场外电场 内电场被加内电场被加强，少子的漂强，少子的漂移加强，由于移加强，由于少子数量很少，少子数量很少，形成很小的反形成很小的反向电流。向电流。IR P P接负、接负、接负、接负、N N接正接正接正接
35、正 温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。+PN 结加反向电压时，结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小，反结变宽，反向电流较小，反结变宽，反向电流较小，反结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，向电阻较大，向电阻较大，向电阻较大，PNPN结处于截止状态。结处于截止状态。结处于截止状态。结处于截止状态。内电场内电场内电场内电场P PN N+第26页，共98页，编辑于2022年，星期一PNPN结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，呈结加正向电压时，具有
36、较大的正向扩散电流，呈现低电阻，现低电阻，PNPN结导通；结导通；PNPN结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，呈现高电阻，呈现高电阻，PNPN结截止。结截止。由此可以得出结论：由此可以得出结论：PNPN结具有单向导电性。结具有单向导电性。第27页，共98页，编辑于2022年，星期一14.3 半导体二极管半导体二极管14.3.1 基本结构基本结构(a)(a)点接触型点接触型(b)(b)面接触型面接触型 结面积小、结结面积小、结结面积小、结结面积小、结电容小、正向电电容小、正向电电容小、正向电电容小、正向电流小。用于检波流小。用于检波流小。用于检波流小。
37、用于检波和变频等高频电和变频等高频电和变频等高频电和变频等高频电路。路。路。路。结面积大、正结面积大、正结面积大、正结面积大、正向电流大、结电向电流大、结电向电流大、结电向电流大、结电容大，用于工频容大，用于工频容大，用于工频容大，用于工频大电流整流电路。大电流整流电路。大电流整流电路。大电流整流电路。(c)(c)平面型平面型平面型平面型 用于集成电路制作工艺中。用于集成电路制作工艺中。PNPN结结面积可大可小，结结面积可大可小，结结面积可大可小，结结面积可大可小，用于大功率整流和开关电路中。用于大功率整流和开关电路中。用于大功率整流和开关电路中。用于大功率整流和开关电路中。第28页，共98页
38、，编辑于2022年，星期一阴极引线阴极引线阳极引线阳极引线二氧化硅保护层二氧化硅保护层P型硅型硅N型硅型硅(c)平面型平面型金属触丝金属触丝阳极引线阳极引线N型锗片型锗片阴极引线阴极引线外壳外壳(a )点接触型点接触型铝合金小球铝合金小球N型硅型硅阳极引线阳极引线PN结结金锑合金金锑合金底座底座阴极引线阴极引线(b )面接触型面接触型图图 1 半导体二极管的结构和符号半导体二极管的结构和符号 14.3 半导体二极管半导体二极管二极管的结构示意图二极管的结构示意图二极管的结构示意图二极管的结构示意图阴极阴极阳极阳极(d )符号符号D第29页，共98页，编辑于2022年，星期一半导体二极管实物图片
39、半导体二极管实物图片第30页，共98页，编辑于2022年，星期一半导体二极管图片第31页，共98页，编辑于2022年，星期一半导体二极管图片第32页，共98页，编辑于2022年，星期一14.3.2 伏安特性伏安特性硅管硅管0.5V,锗锗锗锗管管管管0.1V0.1V。反向击穿电压U(BR)导通压降 外加电压大于死区电压外加电压大于死区电压外加电压大于死区电压外加电压大于死区电压二极管才能导通。二极管才能导通。二极管才能导通。二极管才能导通。外加电压大于反向击外加电压大于反向击外加电压大于反向击外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，穿电压二极管被击穿，穿电压二极管被击穿，穿电压二极管被击穿，失去单
40、向导电性。失去单向导电性。失去单向导电性。失去单向导电性。正向特性反向特性特点：非线性特点：非线性特点：非线性特点：非线性硅硅硅硅0 0 0 0.60.8V锗锗锗锗0 0.20.3VUI死区电压PN+PN+反向电流在一定电压范围内保持常数。第33页，共98页，编辑于2022年，星期一二极管的单向导电性 1.二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负负负负 ）时，）时，）时，）时，二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较二
41、极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正向电流较大。小，正向电流较大。小，正向电流较大。小，正向电流较大。2.2.二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正正正正 ）时，）时，）时，）时，二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反向电流很小。大，反向电流很小。大，反向电流很小。大，反向电流很小。
42、3.3.外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单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。向导电性。向导电性。向导电性。4.4.4.4.二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。流愈大。流愈大。流愈大。问题：问题：问题：问题：如何判断二极管的好坏及其正负极性？如何判断二极管的好坏及其正负极性？如何判断二极管的好坏及其正负极性？如何判断二极管的好坏及其正
43、负极性？第34页，共98页，编辑于2022年，星期一14.3.3 主要参数主要参数1.1.最大整流电流最大整流电流最大整流电流最大整流电流 IOM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。均电流。2.2.反向工作峰值电压反向工作峰值电压反向工作峰值电压反向工作峰值电压URWMRWM是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二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极管反向击穿电压极管反向击穿电压极管反向击穿电压
44、U UBRBR的一半或三分之二。二极管击穿后的一半或三分之二。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。3.3.反向峰值电流反向峰值电流IRMRM指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，流大，说明管子的单向导电性差，流大，说明管子的单向导电性差，流大，说明管子的单向导电性差，I IRMRM受温度的影响，温受温度的影响，温受温度的影响，温受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流
45、较小度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向锗管的反向锗管的反向锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。电流较大，为硅管的几十到几百倍。电流较大，为硅管的几十到几百倍。电流较大，为硅管的几十到几百倍。第35页，共98页，编辑于2022年，星期一3.43.4二极管的电路模型二极管的电路模型 （补充）（补充）1 理想二极管：相当于开关，正向导通时，没有压降反相截止时没有电流。死区电压死区电压=0，正向压降，正向压降=0 2 二极管：考虑二极管的正向压降，但正向压降视为固定值。死区电压死区电压=0.5V，正向压降
46、，正向压降:硅管硅管0.7V，锗管，锗管0.3V3折线化模型：此时考虑二极管两端的压降在某一固定值上作微小变化时所引起的电流变化。(a)开关模型(b)固定正向压降模型(c)折线化模型二极管的低频模型第36页，共98页，编辑于2022年，星期一 二极管电路分析举例二极管电路分析举例 定性分析：定性分析：判断二极管的工作状态判断二极管的工作状态导通导通截止截止否则，正向管压降否则，正向管压降硅硅0 0.60.8V锗锗0.20.3V 分析方法：分析方法：分析方法：分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位将二极管断开，分析二极管两端电位的高低或所加电压的高低或所加电压的高低或所加电压的高低或所加电压
47、U UD的正负。的正负。若若若若 V V阳阳 V阴阴阴阴或或或或 U UD D为正为正为正为正(正向偏置正向偏置)，二极管导通，二极管导通，二极管导通，二极管导通若若 V V阳阳 VVV阴阴阴阴 二极管导通二极管导通二极管导通二极管导通若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，UABAB=6V6V否则，否则，UABAB低于低于低于低于6V一个管压降，为一个管压降，为6.3或或或或6.7V例例1：取取取取 B B 点作参考点，断点作参考点，断点作参考点，断点作参考点，断开二极管，分析二极管开二极管，分析二极管开二极管，分析二极管开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。阳极和阴
48、极的电位。阳极和阴极的电位。阳极和阴极的电位。在这里，二极管起钳位作用。在这里，二极管起钳位作用。在这里，二极管起钳位作用。在这里，二极管起钳位作用。D6V12V3k BAUAB+第41页，共98页，编辑于2022年，星期一两个二极管的阴极接在一起两个二极管的阴极接在一起两个二极管的阴极接在一起两个二极管的阴极接在一起取取 B 点作参考点，断开二极点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的管，分析二极管阳极和阴极的电位。电位。V1 1阳阳=6 V，V V2阳阳阳阳=0 V=0 V，V V1阴阴 =V V2 2阴阴=12 V12 VUD1D1=6V=6V，U UD2=12V U UD2D2
49、U UD1D1 D2 2 优先导通，优先导通，优先导通，优先导通，D1 1截止。截止。若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，U UABAB =0 V=0 V例例2:D D1 1承受反向电压为承受反向电压为承受反向电压为承受反向电压为6 V6 V流过流过流过流过 D D2 2 的电流为的电流为求：求：求：求：UABAB 在这里，在这里，D D2 2 起钳起钳起钳起钳位作用，位作用，位作用，位作用，D D1起隔离起隔离作用。作用。BD16V12V3k AD2UAB+第42页，共98页，编辑于2022年，星期一
50、ui i 8V 8V，二极管导通，可看作短路，二极管导通，可看作短路，二极管导通，可看作短路，二极管导通，可看作短路 uo o=8V ui 8V 8V，二极管截止，可看作开路，二极管截止，可看作开路 u uo o=u ui i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。8V例例例例3：ui18V参考点参考点二极管阴极电位为二极管阴极电位为二极管阴极电位为二极管阴极电位为 8 V8 VD D8V8VR Ru uo ou ui i+在这里，在这里，在这里，在这里，D D 起限幅起限幅(或削波或削波或削波或削波)作用。作用。作用。作用。第43页，共98页，编辑于202