41 PN结单向导电特性目的要求Word文件下载.docx
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练习题
作业题
1、思考题：
PN结在什么情况下正偏？
什么情况下反偏？
2、作业题：
PN结为什么具有单向导电性？
4.1PN结的单向导电性
一、本征半导体
纯净的半导体称为本征半导体。
1）半导体的特性
按导电能力物质划分为:
导体、绝缘体、半导体。
半导体：
导电能力介于导体和绝缘体之间。
有热敏性、光敏性和掺杂性。
利用光敏性可制成光电二极管和光电三极管及光敏电阻;
利用热敏性可制成各种热敏电阻;
利用掺杂性可制成各种不同能、不同用途的半导体器件,例如二极管、三极管、场效应管等。
2）半导体的共价键结构
价电子：
元素的最外层原子轨道上具有的电子。
价电子一方面围绕自身的原子核运动,另一方面也时常出现在相邻原子所属的轨道上。
共价键结构：
相邻的原子被共有的价电子联系在一起称之为共价键结构。
如图4.1所示。
图4.1硅和锗的共价键结构
自由电子：
从外界获得一定的能量,挣脱了共价键束缚的少数价电子。
空穴：
自由电子在原来共价键的相应位置上留下的空位称为空穴。
图4.2本征激发产生电子空穴对示意图
自由电子和空穴是成对出现的,所以称它们为电子空穴对。
在本征半导体中,电子与空穴的数量总是相等的。
本征激发：
我们把在热或光的作用下,本征半导体中产生电子空穴对的现象,称为本征激发,又称为热激发。
由于共价键中出现了空位,在外电场或其他能源的作用下,邻近的价电子就可填补到这个空穴上,而在这个价电子原来的位置上又留下新的空位,以后其他价电子又可转移到这个新的空位上,如图4.3所示。
为了区别于自由电子的运动,我们把这种价电子的填补运动称为空穴运动,认为空穴是一种带正电荷的载流子,它所带电荷和电子相等,符号相反。
由此可见,本征半导体中存在两种载流子:
电子和空穴。
而金属导体中只有一种载流子——电子。
本征半导体在外电场作用下,两种载流子的运动方向相反而形成的电流方向相同,如图4.3所示。
（a）N型半导体；
（b）P型半导体
图4.4掺杂质后的半导体
图4.2本征激发产生电子空穴对示意图
二、杂质半导体
1）N型半导体
在纯净的半导体硅（或锗）中掺入微量五价元素（如磷）后,就可成为N型半导
体,如图4.5（a）所示。
在这种半导体中,自由电子数远大于空穴数,
电以电子为主,故此类半导体亦称电子型半导体。
2）P型半导体
在硅（或锗）的晶体内掺入少量三价元素杂质,如硼（或铟）等。
硼原子只有3个价电子,它与周围硅原子组成共价键时,因缺少一个电子,在晶体中便产生一个空穴。
这个空穴与本征激发产生的空穴都是载流子,具有导电性能。
P型半导体共价键结构如图4.5（b）所示。
在P型半导体中,空穴数远远大于自由电子数,空穴为多数载流子（简称“多子”）,自由电子为少数载流子（简称“少子”）。
导电以空穴为主,故此类半导体又称为空穴型半导体。
三、PN结
1）PN结的形成
在一块完整的晶片上,通过一定的掺杂工艺,一边形成P型半导体,另一边形成N型半导体。
在交界面两侧形成一个带异性电荷的离子层,称为空间电荷区,并产生内电场,其方向是从N区指向P区,内电场的建立阻碍了多数载流子的扩散运动,随着内电场的加强,多子的扩散运动逐步减弱,直至停止,使交界面形成一个稳定的特殊的薄层,即PN结。
因为在空间电荷区内多数载流子已扩散到对方并复合掉了,或者说消耗尽了,因此空间电荷区又称为耗尽层。
2）PN结的单向导电特性
偏置电压：
在PN结两端外加电压,称为给PN结以偏置电压。
（1）PN结正向偏置
正向偏置：
给PN结加正向偏置电压,即P区接电源正极,N区接电源负极,此时称
PN结为正向偏置（简称正偏）,如图4.5所示。
由于外加电源产生的外电场的方向与PN结产生的内电场方向相反,削弱了内电场,使PN结变薄,有利于两区多数载流子向
对方扩散,形成正向电流,此时PN结处于正向导通状态。
（2）PN结反向偏置
图4.5PN结加正向电压图4.6PN结加反向电压
反向偏置：
给PN结加反向偏置电压,即N区接电源正极,P区接电源负极,称PN结反向偏置（简称反偏）。
如图46所示。
由于外加电场与内电场的方向一致,因而加强了内电场,使PN结加宽,阻碍了多子的扩散运动。
在外电场的作用下,只有少数载流子形成的很微弱的电流,称为反向电流。
应当指出,少数载流子是由于热激发产生的,因而PN结的反向电流受温度影响很大。
结论：
PN结具有单向导电性。
即加正向电压时导通,加反向电压时截止。
本课小结
1.PN结是组成半导体二极管和其他有源器件的重要环节。
它是由半导体中载流子
扩散运动和漂移运动两种运动形成的。
2.当PN结加正向电压时正向偏置，加反向电压时反向偏置。
3．PN结具有单向导电性。
课次16
4-2半导体二极管
目的要求
1.了解晶体二极管的结构和工作原理
2.掌握基本二极管电路的分析方法
二极管导电特性及主要参数
二极管伏安特性
1、半导体二极管结构及类型
2、半导体二极管伏安特性
25
3、半导体二极管主要参数
4、特殊半导体二极管
35
1、练习题：
教材（9-2-1、9-2-3P235页）
教材（9-2-2P245页）教材（9-2-5P245页）
4.2半导体二极管
一、二极管的结构
二极管的结构外形及在电路中的文字符号如图4.7所示,
（a）结构；
（b）符号；
（c）外形
在图4.7（b）所示电路符号中,箭头指向为正向导通电流方向。
类型：
（1）按材料分:
有硅、锗二极管和砷化镓二极管等。
（2）按结构分:
有点接触型、面接触型二极管。
（3）按用途分:
有整流、稳压、开关、发光、光电等二极管。
（4）按封装形式分:
有塑封及金属封等二极管。
（5）按功率分:
有大功率、中功率及小功率等二极管。
二、二极管的伏安特性
图4.8二极管伏安特性曲线
若以电压为横坐标,电流为纵坐标,用作图法把电压、电流的对应值用平滑的曲线连接起来,就构成二极管的伏安特性曲线,如图4.8所示（图中虚线为锗管的伏安特性,实线为硅管的伏安特性）。
下面对二极管伏安特性曲线加以说明。
1.正向特性
二极管两端加正向电压时,就产生正向电流,当正向电压较小时,正向电流极小（几乎为零）,这一部分称为死区,相应的A（A′）点的电压称为死区电压或门槛电压（也称阈值电压。
如图4.9中OA（OA′）段。
死区电压：
硅管约为0.5V,锗管约为0.1V
当正向电压超过门槛电压时,正向电流就会急剧地增大,二极管呈现很小电阻而处于导通状态。
正向导通压降：
硅管的正向导通压降约为0.6~0.7V,锗管约为0.2~0.3V。
如图4.8中AB（A′B′）段。
二极管正向导通时,要特别注意它的正向电流不能超过最大值,否则将烧坏PN结。
2.反向特性
二极管两端加上反向电压时,在开始很大范围内,二极管相当于非常大的电阻,反向电流很小,且不随反向电压而变化。
此时的电流称之为反向饱和电流IR,见图4.8中OC（OC′）段。
3、二极管的击穿特性
反向击穿：
二极管反向电压加到一定数值时,反向电流急剧增大,这种现象称为反向击穿。
此时对应的电压称为反向击穿电压,用UBR表示,如′D′）段。
三、二极管的主要参数
1.最大整流电流IF
2.最大反向工作电压URM
3.反向饱和电流IR
4.二极管的直流电阻R
5.最高工作频率fM
四、特殊二极管
前面主要讨论了普通二极管,另外还有一些特殊用途的二极管,如稳压二极管、发光二极管、光电二极管和变容二极管等,现介绍如下。
1、稳压二极管
1）稳压二极管的工作特性
稳压管的伏安特性曲线与普通二极管的类似，其差异是稳压管的反向特性曲线比
较陡。
稳压管工作于反向击穿区。
反向电压在一定范围内变化时，反向电流很小。
当反向电压增高到击穿电压时，反向电流突然剧增的现象。
此后，电流虽然在很大范围内变化，但稳压管两端的电压变化很小。
稳压管与一般二极管不一样，它的反向击穿是可逆的。
当去掉反向电压之后，稳压管又恢复正常。
但是，如果反向电流超过允许范围，稳压管将会发生热击穿而损坏。
2、稳压二极管的主要参数
（1）稳定电压UZ。
稳定电压UZ即反向击穿电压。
（2）稳定电流IZ。
稳定电流IZ是指稳压管工作至稳压状态时流过的电流。
当稳压管稳定电流小于最小稳定电流IZmax时,没有稳定作用;
大于最大稳定电流IZmax时,管子因过流而损坏。
（3）最大耗散功率PZM和最大工作电流IZM。
（4）动态电阻rZ。
（5）电压温度系数CTV。
二、光电二极管
（一）发光二极管
发光二极管与普通二极管一样,也是由PN结构成的,同样具有单向导电性,但在正向导通时能发光,所以它是一种把电能转换成光能的半导体器件。
图4.10a发光二极管电路符号
1、普通发光二极管
普通发光二极管工作在正偏状态。
检测发光二极管,一般用万用表R×
10k（Ω）挡,方法和普通二极管一样,一般正向电阻15kΩ左右,反向电阻为无穷大。
2、红外线发光二极管
红外线发光二极管工作在正偏状态。
用万用表R×
1k（Ω）挡检测,若正向阻值在30kΩ左右,反向为无穷大,则表明正常,否则红外线发光二极管性能变差或损坏。
3、激光二极管
根据内部构造和原理,判断激光二极管好坏的方法是通过测试激光二极管的正、反向电阻来确定好坏。
若正向电阻为20～30kΩ,反向电阻为无穷大,说明正常,否则,
要么激光二极管老化,要么损坏。
（二）、光电路二极管
光敏二极管又叫光电二极管，光电二极管工作在反偏状态,它的管壳上有一个玻璃窗口，以便接受光照。
光电二极管的检测方法和普通二极管的一样,通常正向电阻为几千欧,反向电阻为无穷大。
否则光电二极管质量变差或损坏。
当受到光线照射时,反向电阻显著变化,正向电阻不变。
图4.10b光电二极管电路符号
1．二极管的重要特性是单向导电性。
2．二极管的主要参数有最大整流电流、最大反向电压和最大反向电流。
3．硅稳压二极管在反向击穿状态稳压区内，具有恒压特性。
课次17
4-3整流、滤波、稳压电路
了解整流、滤波、稳压的工作原理
单相桥整流电路工作原理、
电容滤波、二极管稳压电路
1、半波整流电路
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2、桥式整流电路
3、滤波电路
4、稳压电路及本章小结
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教材（12-1-2P317页）
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