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1、第1章半导体二极管及应用电路现在学习的是第1页，共54页教学目标了解半导体器件基础知识，掌握PN结的特性，掌握半导体二极管的结构、特性和主要参数，理解半导体二极管电路的分析方法和主要应用。现在学习的是第2页，共54页下一页1.1 1.1 半导体的特性半导体的特性由于半导体具有体积小、重量轻、使用寿命长、输入功率小和转换功率高等特点，故而得到广泛应用。我们知道自然界中的物质可分为三类：第一类、物质的电阻率小于103cm，具有良好的导电性，如铜、铝、铁、银等，称为导体。第二类、物质的电阻率很大，一般在109cm以上，是不能够导电的材料，如橡胶、塑料等，称为绝缘体。第三类、物质的电阻率介于导体与绝缘
2、体之间，通常在103109cm范围内，例如硅、锗、砷化镓、锌化铟等，也称为半导体。上一页现在学习的是第3页，共54页下一页半导体与导体和绝缘体的差别不仅在于它的电阻率介于导体和绝缘体之间，而是因为它具有不同于导体和绝缘体的独特性质。这些独特的性质集中体现在它的电阻率可以因某些外界因素的改变而明显地变化，具体表现在以下3个特性：1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。2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“热敏”特性。3当有光线照射在某些
3、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“光敏”特性。1.1 1.1 半导体的特性半导体的特性上一页现在学习的是第4页，共54页1.1 1.1 半导体的特性半导体的特性下一页半导体为什么会具有上述特性呢？主要是由其内部原子结构决定的。以硅和锗为例，其原子结构模型如图1.1所示：(a)Si(b)Ge+14+32硅和锗的外层电子都是4个，所以硅和锗都是四价元素。外层电子受原子核的束缚力最小，称为价电子。物质的化学性质是由最外层的价电子数决定的，半导体的导电性质也与价电子有关。图1.1Si、Ge的原子结构模型上一页现在学习的是第5
4、页，共54页下一页1.1.1 1.1.1 本征半导体本征半导体纯净的不含其他杂质的半导体称为本征半导体本征半导体。在T=0K和没有外界激发时，由于共价键中的价电子被束缚着，所以在本征半导体中，没有可以自由运动的带电粒子载流子，这时它相当于绝缘体。当温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱共价键的束缚，而参与导电，成为自由电子自由电子。这一现象称为本征激发本征激发，也称热激发热激发。自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，原子的电中性被破坏，呈现出正电性，其正电量与电子的负电量相等，人们常称呈现正电性的这个空位为空穴空穴。如图1.3所示：上一页现在学习的是第6
5、页，共54页下一页1.1.1 1.1.1 本征半导体本征半导体+4+4+4+4+4+4+4+4+4 图1.3 本征激发中的自由电子和空穴对电子空穴自由上一页现在学习的是第7页，共54页下一页1.1.1 1.1.1 本征半导体本征半导体载流子是物体内运载电荷的粒子，决定于物体的导电能力。在常温下本征半导体有两种载流子分别为空穴自由电子自由电子与空穴具有相同的电量，而自由电子带单位的负电荷，空穴的电荷符号则与自由电子的方向相反，并且空穴是半导体中所特有的带单位正电荷的粒子。本征激发的重要特征是自由电子和空穴两种载流子总是成对产生。当自由电子空穴产生的同时还出现另一个现象：自由电子和空穴在运动过程中
6、的随机相遇，使自由电子释放原来获取的激发能量，从导带跌入价带，填充共价键中的空穴，电子空穴对消失，这种现象称为复合复合。上一页现在学习的是第8页，共54页下一页1.1.1 1.1.1 本征半导体本征半导体本征激发和复合是本征半导体中电子空穴对的两种矛盾运动形式。在本征半导体中电子和空穴的浓度总是相等的。若设为本征半导体热平衡状态时的电子浓度，为空穴浓度，本征载流子的浓度可用下式表示：其中：A为常数，与半导体材料有关，Si的A=3.881016(cm3K2/3)，Ge的A=1.761016(cm3K2/3)；表明挣脱共价键所需要的能量,单位为eV（电子伏），Ge的=0.68eV,硅的=1.1eV
7、；T为温度（K）；k为玻耳兹曼常数，k=1.381023(JK1)；EXP是自然对数的底。（1.1.1）上一页现在学习的是第9页，共54页下一页1.1.1 1.1.1 本征半导体本征半导体在室温T=300K时，由式（111）可推算出：Si：ni=pi1.51010/cm3，Ge：ni=pi2.41013/cm。式（111）表明：T(或)半导体导电能力，由此特性可制作半导体热敏元器件；但(或)随T的变化会影响半导体器件的稳定性，因而在电子电路的设计和集成电路的制造工艺中经常要采用很多措施来克服或减少这种热敏效应。光照(或)导电能力，由此特性可制作出半导体的各类光电器件。上一页现在学习的是第10页
8、，共54页下一页1.1.2 1.1.2 杂质半导体杂质半导体本征半导体中虽然存在两种载流子，但是因为本征载流子的浓度很低，所以导电能力很差。如果在本征半导体中掺入某种特定的物质，成为杂质半导体后，半导体的导电性能将发生质的变化。根据掺杂的杂质不同可分为N型半导体P型半导体N型半导体型半导体：在4价硅或锗的晶体中掺入少量的5价杂质元素，如磷、锑、砷等。如图1.4P型半导体型半导体：在4价硅或锗的晶体中掺入少量的3价杂质元素，如硼、镓、铟等。如图1.5上一页现在学习的是第11页，共54页下一页1.1.2 1.1.2 杂质半导体杂质半导体图1.4 N型半导体示意图自由电子施主原子 图1.5 P型半导
9、体示意图空穴受主原子+4+4+4+4+4+4+5+4+4+4+4+4+3+4+4+4+4+4上一页现在学习的是第12页，共54页下一页1.2 PN1.2 PN结的特性及应用结的特性及应用1.2.1 PN1.2.1 PN结的形成结的形成1.2.2 PN1.2.2 PN结的单向导电特性结的单向导电特性1.2.3 PN1.2.3 PN结的反向击穿特性结的反向击穿特性1.2.4 PN1.2.4 PN结的电容特性及应用结的电容特性及应用上一页现在学习的是第13页，共54页下一页1.2.1 PN1.2.1 PN结的形成结的形成如果将一块半导体的一侧掺杂成为P型半导体，而另一侧掺杂成为N型半导体，则在二者的
10、交界处将形成一个PN结。在P型和N型半导体的交界面两侧，由于电子和空穴的浓度相差悬殊，所以N区中的多数载流子电子要向P区扩散；同时，P区中的多数载流子空穴也要向N区扩散，如图1.6所示。当电子和空穴相遇时，将发生复合而消失。于是，在交界面两侧形成一个由不能移动的正、负离子组成的空间电荷区，也就是PN结，如图1.7所示。上一页现在学习的是第14页，共54页下一页1.2.1 PN1.2.1 PN结的形成结的形成上一页现在学习的是第15页，共54页下一页1.2.1 PN1.2.1 PN结的形成结的形成PN结中进行的两种载流子的运动，即多数载流子的扩散运动和少数载流子的漂移运动，前者产生的电流称为扩散
11、电流，后者产生的电流称为漂移电流。扩散运动使得空间电荷区的宽度逐渐增大，而漂移运动使得空间电荷区的宽度逐渐减小。当漂移运动和扩散运动相等时，处于动态平衡状态，此时扩散电流和漂移电流相等，则PN结中的总的电流等于零，空间电荷区的宽度达到稳定。一般，空间电荷区很薄，约为几微米几十微米。电位壁垒UD的大小与半导体材料有关，硅材料约为（0.60.8）V，锗材料为（0.20.3）V。上一页现在学习的是第16页，共54页下一页1.2.2 PN1.2.2 PN结的单向导电特性结的单向导电特性当PN结处于平衡状态时，称其为平衡PN结。当给它施加外加电压时可以体现它的基本特性单向导电性。1 1、外加正向电压、外
12、加正向电压+。.。.。.+IUUDUDUD-U 图1.8 正向偏置的PN结+上一页现在学习的是第17页，共54页下一页1.2.2 PN1.2.2 PN结的单向导电特性结的单向导电特性假设在PN结上外加一个正向电压，即电源的正极接P区，电源的负极接N区，如图1.8所示，PN结的这种接法称为正向接法或正向偏置。正向偏置时，只要在PN结上加一个较小的电压，即可得到较大的正向电流。为了防止回路中电流过大，一般应接入一个电阻R。2、外接反向电压、外接反向电压假设在PN结上外加一个反向电压，即电源的正极接N区，电源的负极接P区，如图1.9所示，PN结的这种接法称为反向接法或反向偏置。上一页现在学习的是第1
13、8页，共54页下一页1.2.2 PN1.2.2 PN结的单向导电特性结的单向导电特性+。.。.+IUUDUD+U 图1.9 反向偏置的PN结+综上所述，当PN结正向偏置时，回路中将产生一个较大的正向电流，PN结处于导通状态；当PN结反向偏置时，回路中的电流非常小，几乎等于零，PN结处于截止状态。可见，PN结具有单向导电性。上一页现在学习的是第19页，共54页下一页1.2.3 PN1.2.3 PN结的反向击穿特性结的反向击穿特性 在测量PN结的伏安特性时，如果加到PN结两端的反向电压增大到一定数值时，反向电流突然增加，这个现象称为PN结的反向击穿。发生击穿所需的反向电压称为反向击穿电压。PN结击
14、穿后电流很大，电压又很高，因而消耗在PN结上的功率是很大的，容易使PN结发热超过它的耗散功率而过渡到热击穿。这时PN结电流和温升之间出现恶性循环，结温升高使反向电流更加增大，而电流增大又使结温进一步身高，从而很快就把PN结烧毁。产生PN结点击穿的原因是：在强电场作用下,大大增加了自由电子和空穴的数目，引起反向电流的急剧增加，这种现象的产生分雪雪崩击穿和齐纳击穿崩击穿和齐纳击穿两种类型。齐纳击穿的物理过程和雪崩击穿完全不同。但是这两种电击穿过程又是可逆的。上一页现在学习的是第20页，共54页下一页1.2.4 PN1.2.4 PN结的电容特性及应用结的电容特性及应用PN结电容效应包括势垒电容和扩散
15、电容势垒电容和扩散电容两部分。势垒电容势垒电容是由PN结的空间电荷区（或耗尽层）形成的，又称为结电容。在空间电荷区中，不能移动的正、负离子具有一定的电荷量，所以在PN结中存储了一定的电量。当加上正向电压时，空间电荷区变窄，则电荷量减少；当加上反向电压时，空间电荷区变宽，于是电荷量也增加了。总之，当加在PN结上的电压U改变时，其中的电荷量Q也随之发生变化，如同电容的放电和充电过程一样。如图1.10所示。势垒电容的大小可用下式表示：（1.2.1）上一页现在学习的是第21页，共54页下一页1.2.4 PN1.2.4 PN结的电容特性及应用结的电容特性及应用 式(1.2.1)中，为半导体材料的介电系数
16、；s为结面积；为耗尽层宽度。但要注意，对于同一个PN结，由于随外加电压U而变化，不是一个常数，因此势垒电容也不是常数。与外加电压U之间的关系可用图1.11中的曲线表示。其数学表达式为:（1.2.2）+。.。.+U+U+QQ图1.10PN结的势垒电容+上一页现在学习的是第22页，共54页下一页1.2.4 PN1.2.4 PN结的电容特性及应用结的电容特性及应用扩散电容扩散电容是由多数载流子在扩散过程中的积累而引起的。在某个正向电压下，P区中电子浓度的分布曲线如图1.12所示.假设将二极管两端的正向电压加大，则扩散运动加强，流过二极管的正向电流增多，扩散到P区的电子浓度也升高。设此时的分布曲线如图
17、中上面的一条曲线2所示 当正向电压变化时，扩散过程中的载流子积累的电荷量也随之发生变化，相当于与电容的充电和放电过程，这就是扩散电容的效应。当PN结反向偏置时，扩散运动被削弱，扩散电容的作用可以忽略。上一页现在学习的是第23页，共54页下一页1.2.4 PN1.2.4 PN结的电容特性及应用结的电容特性及应用 图 1.12 P 区中电子浓度的分布曲线及电荷的积累 PN结总的电容包括势垒电容和扩散电容两部分。一般来说，当二极管正向偏置时，扩散电容起主要作用，既可以认为;当反向偏置时，势垒电容起主要作用，可以认为。上一页现在学习的是第24页，共54页1.3 1.3 半导体二极管特性及应用半导体二极
18、管特性及应用1.3.1 1.3.1 二极管的结构及伏安特性二极管的结构及伏安特性1.3.2 1.3.2 二极管的主要参数二极管的主要参数1.3.3 1.3.3 二极管电路的分析方法二极管电路的分析方法1.3.4 1.3.4 特殊二极管特殊二极管下一页上一页现在学习的是第25页，共54页下一页1.3.1 1.3.1 二极管的结构及伏安特性二极管的结构及伏安特性1 1、半导体二极管的结构、半导体二极管的结构半导体二极管按其结构的不同可分为点接触型面接触型点接触型点接触型二极管是由一根很细的金属触丝和一块半导体（如锗）的表面接触，然后在正方向通过很大的瞬时电流，使触丝和半导体牢固的溶接在一起，构成P
19、N结，并作出相应的电极引线，外加管壳密封而成，如图1.13a所示。面接触型面接触型二极管的PN结石用合金法或扩散法做成的，其结构如图1.13b所示。上一页现在学习的是第26页，共54页下一页1.3.1 1.3.1 二极管的结构及伏安特性二极管的结构及伏安特性 图1.13 半导体二极管的结构和符号 上一页现在学习的是第27页，共54页下一页1.3.1 1.3.1 二极管的结构及伏安特性二极管的结构及伏安特性2、二极管的伏安特性、二极管的伏安特性 二极管的伏安特性能够体现二极管的性能,在二极管的两端施加一个电压U,然后测得流过二极管的电流I,所得到的电压与电流之间的关系曲线I=f（U）为二极管的伏
20、安特性。图1.14为典型的二极管的伏安特性。图 1.14 典型二极管的伏安特性曲线(a)锗管；(b)硅管 上一页现在学习的是第28页，共54页下一页1.3.1 1.3.1 二极管的结构及伏安特性二极管的结构及伏安特性（1）正向特性 当加在二极管上的电压比较小时，正向电流很小，几乎等于零。只有加在二极管两端的电压超过某一数值时，正向电流迅速增加，此时电压和电流的关系基本上是一条指数曲线。正向特性上的这一数值称为“死区电压”，如图1.14所示。死区电压的数值与二极管的材料及温度有关，一般来说，硅二极管的死区电压为0.5V左右，锗二极管的死区电压为0.1V左右。（2）反向特性 加在二极管电压为反向电
21、压时，反向电流的值很小。而当反向电压超过零点几伏以后，反向电流达到饱和，不再随着反向电压增大，此时的电流称为反向饱和电流，用 表示。如果反向电压继续升高,超过 后反向电流迅速增大,产生击穿现象,将 称为反向击穿电压。二极管击穿之后，不再具有单向导电性。上一页现在学习的是第29页，共54页下一页1.3.2 1.3.2 二极管的主要参数二极管的主要参数最大整流电流最大整流电流 ：指二极管长期运行时，允许通过二极管的最大正向平均电流。的值与温度有关，在使用过程中，二极管的平均电流不能超过此值，否则容易因为过热而损坏。最大反向工作电压最大反向工作电压 ：指二极管工作时允许的最大反向电压，一旦超过此值，
22、二极管容易损坏，一般定义为的一半。反向电流反向电流 ：在室温条件下，在二极管两端加上反向电压击穿前的反向电流。通常希望的值越小越好，反向电流越小，二极管的单向导电性越好，并且受温度影响很大，当温度增加时，反向电流会急剧增加，所以使用时要注意温度的影响。最高工作频率最高工作频率：由于二级管的PN结具有电容，因而当使用的频率过高时，它的性能将变差。是二极管能够正常使用时的最高工作频率。二极的结电容（极间电容）越小，越高。上一页现在学习的是第30页，共54页下一页1.3.3 1.3.3 二极管电路的分析方法二极管电路的分析方法 1 1、理想模型理想模型 在电路中，若二极管导通时的正向压降远小于和它串
23、联元件的电压，二极管截止时反向电流远小于与之并联元件的电流，那么可以忽略管子的正向压降和反向电流把二极管理想化为一个开关，当外加正向电压时，二极管导通，正向压降为0，相当于开关闭合，当外加反向电压时，二极管截止，反向电流为0，相当于开关断开，理想二极管的等效电路如图1.15。图1.15二极管的理想模型上一页现在学习的是第31页，共54页下一页1.3.3 1.3.3 二极管电路的分析方法二极管电路的分析方法2 2、二极管的恒压降模型、二极管的恒压降模型 二极管的恒压降模型的基本思想：当二极管导通后，其管压降可认为是恒定的，不随电流而变，且导通电压的典型值为0.7V（硅管）。此模型只有当二极管的电
24、流 近似等于或大于1mA时才是正确的。该模型提供了一种合理的近似，因此应用也较广。图1.16二极管的恒压降模型上一页现在学习的是第32页，共54页下一页1.3.3 1.3.3 二极管电路的分析方法二极管电路的分析方法3 3、折线模型折线模型二极管折线模型如图1.17所示。这个电池的电压选定为二极管的门坎电压，约为0.5V（硅管）。至于的值，可以这样来确定，即当二极管的导通电流为1mA时，管压降为0.7V，于是的值可计算如下：（1.3.2）图1.17二极管的折线模型上一页现在学习的是第33页，共54页下一页1.3.3 1.3.3 二极管电路的分析方法二极管电路的分析方法4 4、二极管的小信号模型
25、、二极管的小信号模型图1.18 二极管的小信号模型上一页现在学习的是第34页，共54页下一页1.3.3 1.3.3 二极管电路的分析方法二极管电路的分析方法如果二极管在图（a）中的静态工作点Q（）附近工作，则可把V-I 特性看成为一条直线，其斜率的倒数就是所要求的小信号模型的微变电阻，（1.3.3）的数值可从二极管的V-I 特性表达式导出:（1.3.4）取对的微分，可得：（在Q点上）由此可得：(当T=300K时)上一页现在学习的是第35页，共54页下一页1.3.3 1.3.3 二极管电路的分析方法二极管电路的分析方法 5 5、模型方法的应用、模型方法的应用上一页例1.1 设二极管电路如图(a)
26、所示，R=10kW，图(b)是它的习惯画法。对于下列两种情况，求电路的ID和VD的值：（要求在每种情况下，分别应用理想模型、恒压降模型和折线模型求解）（1）VDD=10V；（2）VDD=1V。图1.19例1的图现在学习的是第36页，共54页现在学习的是第37页，共54页6 6、二极管限幅电路分析、二极管限幅电路分析一种简单的限幅电路如图1.20所示。当小于二极管导通电压时，二极管不导通，；当超过二极管的导通电压，二极管导通，其两端电压就是。由于二极管正向导通后，其两端电压变化很小，所以当有很大变化时，的值却被限制在一定范围内。这种电路可用来减少某些信号的幅值，以适应不同的要求或保护电路中的元器
27、件。图1.20 二极管的限幅电路现在学习的是第38页，共54页下一页1.3.4 1.3.4 特殊二极管特殊二极管1 1、稳压二极管、稳压二极管稳压管（也称为齐纳二极管）是一种用特殊工艺制造的面结型硅半导体二极管，其代表符号如图1.21(a)所示。稳压管管子的杂质浓度比较大，空间电荷区内的电荷密度高，且很窄，容易形成强电场。当反向电压加到某一定值时，反向电流急剧增加，产生反向击穿，其特性如图1.21(b)所示。图1.21稳压管的代表符号和伏安特性上一页现在学习的是第39页，共54页下一页1.3.4 1.3.4 特殊二极管特殊二极管稳压电路如图1.22所示。该电路能够稳定输出电压。当 或 变化时，
28、电路能自动地调整 的大小,使R上的压降 改变，达到使输出电压 基本恒定的目的。例如，当 恒定而 减小时，将产生如下的自动调节过程：这样 基本维持恒定。图 1.22 稳压二极管稳压电路 上一页现在学习的是第40页，共54页下一页1.3.4 1.3.4 特殊二极管特殊二极管稳压管的主要参数：稳压电压、稳压电流、额定功率、动态电阻温度系数使用稳压管组成稳压电路时需要注意几个问题：(1)应使外加电源的正极接管子的N区，电源的负极接P区，以保证稳压管工作在反向击穿区，如图1.22；(2)稳压管应与负载电阻并联，由于稳压管两端电压的变化量很小，因而使其输出电压比较稳定；(3)在稳压管稳压电路中，一般都加限
29、流电阻R，使稳压管电流工作在和的稳压范围，以免因过热而烧坏管子。上一页现在学习的是第41页，共54页下一页1.3.4 1.3.4 特殊二极管特殊二极管2 2、变容二极管、变容二极管二极管结电容的大小除了与本身结构和工艺有关外，还与外加电压有关。结电容随反向电压的增加而减小，这种效应显著的二极管称为变容二极管。图1.23(a)为变容二极管的代表符号，图1.23(b)是变容二极管的特性曲线。不同型号的管子，其电容最大值可达5300pF。最大电容与最小电容之比约为5:1。变容二极管在高频技术中应用较多。图1.23 变容二极管上一页现在学习的是第42页，共54页下一页1.3.4 1.3.4 特殊二极管
30、特殊二极管3 3、光电二极管、光电二极管采用光电子系统的突出优点是，抗干扰能力较强、传送信息量大、传输耗损小且工作可靠。光电二极管是光电子系统的电子器件。图1.24(a)是光电二极管的代表符号，图1.24(b)是它的等效电路，而图1.24(c)则是它的特性曲线。光电二极管的主要特点是，它的反向电流与照度成正比，其灵敏度的典型值为0.1mA/lx数量级。（注：1x（勒克斯）为照度（E）的单位）图1.24 光电二极管上一页现在学习的是第43页，共54页下一页1.3.4 1.3.4 特殊二极管特殊二极管发光二极管（LED）通常用元素周期表中、族元素的化合物，如砷化镓、磷化镓等所制成的。当这种管子通以
31、电流时将发出光来，这是由于电子与空穴直接复合而放出能量的结果。它的光谱范围比较窄，其波长由所使用的基本材料而定。图1.25表示发光二极管的代表符号。几种常见发光材料的主要参数如表1.3.1所示。发光二极管常用来作为显示器件，除单个使用外，也常作为七段式或矩阵式器件，工作电流一般为几个毫安至十几毫安之间。4 4、发光二极管、发光二极管 图1.25 发光二极管上一页现在学习的是第44页，共54页下一页1.3.4 1.3.4 特殊二极管特殊二极管表1.3.1发光二极管的主要特性表光强（10mA时，张角光功率(颜色波长（nm）基本材料正向电压(10mA时)v）(mcd*)红外红鲜红黄绿90065563
32、5583565 砷化镓磷砷化镓磷砷化镓磷砷化镓磷化镓1.31.51.61.82.02.22.02.22.22.40.4124130.5310050012510381.58上一页现在学习的是第45页，共54页下一页1.3.4 1.3.4 特殊二极管特殊二极管5 5激光二极管激光二极管激光二极管的物理结构是在发光二极管的结间安置一层具有光活性的半导体，其端面经过抛光后具有部分反射功能，因而形成一光谐振腔。在正向偏置的情况下，LED结发射出光来并与光谐振腔相互作用，从而进一步激励从结上发射出单波长的光，这种光的物理性质与材料有关。激光二极管的结构图如图1.26(a)所示。图1.26(b)是激光二极管
33、的代表符号 图1.26 激光二极管上一页现在学习的是第46页，共54页下一页1.3.4 1.3.4 特殊二极管特殊二极管6.6.隧道二极管隧道二极管隧道二极管隧道二极管，又称为江崎江崎二极管，是一种在极低正向电压下具有负电阻的半导体二极管。由于利用了量子力学隧道，因而它能够极快地发挥功效。它是以隧道效应电流为主要电流分量的晶体二极管。隧道二极管是采用砷化镓（GaAs）和锑化镓（GaSb）等材料混合制成的半导体二极管，其P型区和N型区是高掺杂的（即高浓度杂质的）。(1)隧道二极管工作原理隧道二极管是以隧道效应电流为主要电流分量的晶体二极管。隧道效应，是指在两片金属间夹有极薄的绝缘层（厚度大约为1
34、nm（106mm），如氧化薄膜），当两端施加势能形成势垒V时，导体中有动能E的部分微粒子在EV的条件下，可以从绝缘层一侧通过势垒V而达到另一侧的物理现象。上一页现在学习的是第47页，共54页下一页1.3.4 1.3.4 特殊二极管特殊二极管隧道二极管的工作符合发生隧道效应具备的三个条件：费米能级位于导带和满带内；空间电荷层宽度必须很窄（0.01微米以下）；简并半导体P型区和N型区中的空穴和电子在同一能级上有交叠的可能性。（2）隧道二极管的伏安特性隧道二极管的伏安特性，如图1.27（a）所示，是一条S型特性曲线。曲线中最大电流点P，称为峰点；最小电流点V，称为谷点。图1.27 隧道二极管上一页现
35、在学习的是第48页，共54页下一页1.3.4 1.3.4 特殊二极管特殊二极管（3）隧道二极管的主要参数a峰点电压 ,约几十毫伏，谷点电压 ，约几百毫伏b峰点电流 ，约几毫安，谷点电流 ，约几百微安c峰谷电流比，约为5-6，越大越好d谷点电容 ，几微法至几十微法，越小越好，国产2BS4A：=80毫伏，=4毫安，峰谷电流比5，=1015微法，=280毫伏。（4）隧道二极管的特点及应用隧道二极管的优点是开关特性好，速度快、工作频率高，还具有小功耗和低噪声等特点；缺点是热稳定性较差。隧道二极管可用于微波混频、检波（这时应适当减轻掺杂，制成反向二极管），低噪声放大、振荡等。由于功耗小，所以适用于卫星微
36、波设备。还可用于超高速开关逻辑电路、触发器和存储电路等。上一页现在学习的是第49页，共54页下一页1.4 1.4 二极管故障分析二极管故障分析1 1、检测小功率晶体二极管、检测小功率晶体二极管2 2、检测玻封硅高速开关二极管、检测玻封硅高速开关二极管A判别正、负电极B检测最高工作频率C检测最高反向击穿电压用R1k电阻挡测量，一般正向电阻值为5K10K，反向电阻值为无穷大。3 3、检测快恢复、超快恢复二极管、检测快恢复、超快恢复二极管先用R1k挡检测一下其单向导电性，一般正向电阻为45K左右，反向电阻为无穷大；再用R1挡复测一次，一般正向电阻为几，反向电阻仍为无穷大。上一页现在学习的是第50页，
37、共54页下一页1.4 1.4 二极管故障分析二极管故障分析4 4、检测双向触发二极管、检测双向触发二极管先将万用表置于R1K挡，测双向触发二极管的正、反向电阻值。再将万用表置于相应的直流电压挡，测试电压。5 5、瞬态电压抑制二极管、瞬态电压抑制二极管(TVS)(TVS)的检测的检测用万用表R1K挡测量管子的好坏。6 6、高频变阻二极管的检测、高频变阻二极管的检测A识别正、负极B测量正、反向电阻来判断其好坏上一页现在学习的是第51页，共54页下一页1.4 1.4 二极管故障分析二极管故障分析7 7、变容二极管的检测、变容二极管的检测8 8、单色发光二极管的检测、单色发光二极管的检测9 9、红外发
38、光二极管的检测、红外发光二极管的检测 1010、红外接收二极管的检测、红外接收二极管的检测1111、激光二极管的检测、激光二极管的检测上一页现在学习的是第52页，共54页下一页1.5 1.5 半导体二极管器件半导体二极管器件MultisimMultisim仿真实例仿真实例1.利用利用Multisim观察半导体二极管的单向导电性观察半导体二极管的单向导电性在Multism中构建二极管电路,如图1.28所示,图中D1是虚拟二极管,输入端加上最大值,频率为1kHz的正弦波电压，接入一台虚拟示波器XSC1，这是一台双踪示波器，有A、B两个通道，A端接二极管电路的输入端，B端接电路的输出端，如图所示。上一页现在学习的是第53页，共54页下一页2利用利用Multism观察稳压管的稳压作用观察稳压管的稳压作用1.5 1.5 半导体二极管器件半导体二极管器件MultisimMultisim仿真实例仿真实例在Multism中构建稳压管电路如图1.29所示，图中XMM1和XMM2均为虚拟数字万用表，其中，XMM1设定为直流电流表，XMM2设定为直流电压表。分别改变直流输入电压U和负载电阻的大小，测试负载两端电压和稳压管中电流如何变化。上一页现在学习的是第54页，共54页