2016模拟电路基础（电工版）授课教案：半导体二极管.docVIP

模拟电路基础授课教案 半导体二极管(复习) 任课教师：李川 授课日期：_______ 目标：了解半导体基础知识 了解二极管的结构、类型、符号 掌握二极管的伏安特性 重点：二极管的伏安特性 难点：运用二极管的伏安特性求解两点之间的电压 一、 半导体基础知识 1．半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物质。常用的半导体材料有硅（Si）、锗（Ge）、 硒（Se）和砷化镓（GaAs）等。 2．本征半导体： 纯净的不含任何杂质、晶体结构排列整齐的半导体。 3．共价键：相邻原子共有价电子所形成的束缚。 4．半导体中有自由电子和空穴两种载流子参与导电。 5．空穴产生：价电子获得能量挣脱原子核吸引和共价键束缚后留下的空位，空穴带正电。 图1.1.1 共价健结构与空穴产生示意图 6．半导体的特性 半导体的特性 热敏特性 温度升高或受到光照，半导体材料的导电能力增强。 光敏特性 掺杂特性 本征半导体中掺入某种微量元素(杂质)后，它的导电能力增强，利用该特性可形成杂质半导体。 7．杂质半导体的分类： (1)N型半导体(N-type semiconductor)：在四价的本征半导体(硅)中掺入微量五价元素磷，就形成了N型半导体。 (2)P型半导体(P-type semiconductor)：在四价的本征半导体(硅)中掺入微量三价元素(硼)，就形成P型半导体。 8．杂质半导体中多数载流子的产生见图1.1.2。 图1.1.2 掺杂半导体共价健结构示意图 a)N型半导体 b)P型半导体 9．总结：(1)N型半导体中自由电子为多数载流子，简称多子，空穴为少数载流子，简称少子。 (2)P型半导体中空穴为多子，自由电子为少子。 (3)杂质半导体中，多子的浓度主要由掺杂浓度决定，而少子只与温度有关。 (4)空位与空穴：P型半导体形成共价键过程中所形成的空缺的位子为空位，而邻近共价键中电子填补这一空位而形成的空位称为空穴。 二、二极管的结构、类型、电路符号 1．通过一定的生产工艺把半导体的P区和N区部分结合在一起，则它们的交界处就会形成一个具有单向导电性的薄层，称为PN结（PN Juntion）。 2．以PN结为管芯，在P区和N区均接上电极引线，并以外壳封装，就制成了半导体二极管，简称二极管（Diode）。 3．二极管电路符号：箭头方向表示二极管导通时的电流方向。 图1.1.3 二极管内部结构示意图和电路符号 a)内部结构 b)电路符号 4．二极管的分类 (1)按所用材料不同划分：硅管和锗管； (2)按制造工艺不同划分：①点接触型：结电容（Junction capacitance）很小，允许通过的电流也很小（几十毫安以下），适用于高频检波、变频、高频振荡等场合。2AP系列和2AK系列；②面接触型：允许通过的电流较大，结电容也大，工作频率较低，用作整流器件。如国产硅二极管2CP和2CZ系列；③硅平面型，2CK系列开关管。 图1.1.4 二极管结构 a) 点接触型 b)硅面接触型 c)硅平面型 5．国产半导体器件命名方法查表B.1。 2AP9,“2”表示电极数为2,“A”表示N型锗材料,“P”表示普通管,“9”表示序号。 查附录表A—1练习：说明半导体器件的型号2AP8A和2CZ82F各部分的含义。 三、 二极管的伏安特性 1．二极管的单向导电性 图(a)中的开关闭合，灯亮，大电流（正向电流），二极管导通；图(b)开关闭合，灯不亮，电流几乎为零（反向饱和电流），二极管截止。 图1.1.5 半导体二极管单向导电性实验 a)二极管正向偏置 b)二极管反向偏置 二极管阳极电位高于阴极电位，称为二极管(PN结)正向偏置，简称正偏(Forward bias)；二极管阳极电位低于阴极电位，称为二极管(PN结)反向偏置，简称反偏(Reverse bias)。 二极管正偏导通，反偏截止的这种特性称为单向导电性(Onilateral conductivity)； 2．二极管的伏安特性(Volt-ampere characteristics) （1）二极管的伏安特性方程为： I=IS(－1) (1.1.1) 式中，Is为反向饱和电流，室温下为常数；u为加在二极管两端电压；UT为温度的电压当量，当温度为室温27℃时，UT≈26mV。 当PN结正偏时，若u≥UT，则式（1.1.1）可简化为：IF≈ISeu/UT。 当PN结反偏时，若︱u︱≥UT，则式（1