五邑大学低频电子线路课件第2章 半导体二极管.pptVIP

第2章 半导体二极管 本章基本要求 了解半导体的基本知识 熟悉二极管(PN结)的结构、工作原理、主要参数 掌握二极管的特点、伏安特性、应用电路及其分析方法。 2.1 半导体基础与PN结 2.1.2 本征半导体 共价键结构 在硅或锗的本征半导体中，由于原子排列的整齐和紧密，原来属于某个原子的价电子，可以和相邻原子所共有，形成共价键结构。图2-2所示为硅和锗共价键的(平面)示意图。 热激发、载流子 复合、动态平衡 2.1.3 N型半导体和P型半导体 为了提高其导电能力，应增加载流子的数目，在本征半导体中掺入微量的其它元素（称为掺杂），形成杂质半导体。若掺入微量的5价元素（如磷、砷、锑等），可大大提高自由电子浓度，这种杂质半导体称为N型半导体，如掺入3价元素（如硼），则可增加空穴数，形成P型半导体。 1 N型半导体 2．P型半导体 2.1.4 PN结及其单向导电性 2.1.4 .1 PN结的形成 利用特殊的制造工艺，在一块本征半导体（硅或锗）上，一边掺杂成N型半导体，一边形成P型半导体，这样在两种半导体的交界面就会形成一个空间电荷区，即PN结。 漂移运动 在内电场的作用下向，P区的少子（电子）向N区漂移，N区的少子（空穴）向P区漂移，形成漂移电流。 内电场的形成 在多子扩散到交界面附近时，自由电子和空穴复合，留下不能移动的带电离子，如图2-8所示。这带正、负电的离子形成了空间电荷区的内电场。 2.1.4.2 PN结的单向导电性 1．PN结外加正向电压 如图2-9所示电路图，P区接电源的正极、N区接电源的负极。空间电荷区变窄，削弱了内电场，多数载流子的扩散运动增强，形成较大的扩散电流，其方向是由P区流向N区，随着外加电压的增大正向电流也增大，称之为PN结的正向导通。 2．PN结外加反向电压 PN结外加反向电压，即P区接电源的负极、N区接电源的正极，如图2-10所示。外电场使得P区的空穴和N区的自由电子从空间电荷区边缘移开，使空间电荷区变宽，内电场增强，不利于多数载流子的扩散，而有利于少数载流子的漂移形成反向电流，其方向是由N区流向P区。由于少数载流子是由于价电子获得能量挣脱共价键的束缚而产生的，数量很少，故形成的电流也很小，此时PN反向截止，呈现高阻状态。 2.2 半导体二极管 2.2.1 二极管的结构、类型及符号 将一个PN结封装起来，引出两个电极，就构成半导体二极管，也称晶体二极管。其电路中的表示符号如图2-11a所示。二极管的外形如图2-1b所示。 二极管的结构示意图 二极管的结构有三种，点接触型、面接触型、平面型，如图2-12所示。 2.2.2.1二极管的伏安特性 二极管的伏安特性就是二极管流过的电流i和两端电压u之间的关系，如图2-13。 2．反向特性 二极管的反向特性对应图2-13曲线的（2）段，此时二极管加反向电压，阳极电位低于阴极电位。 2.2.2.2 主要性能参数 1．额定整流电流IF 2．最高反向工作电压URM 3．反向饱和漏电流和最大反向电流IRM 4．直流电阻RD 5．交流电阻 6．最高工作频率 二极管最高工作频率为是指二极管正常工作时，允许通过交流信号的最高频率。 2.2.3 二极管的等效模型及其应用 1.小信号模型 2.大信号模型 二极管在许多情况下都是工作在大信号条件下(如整流二极管、开关二极管等)。在大信号条件下，根据不同的精度要求，二极管可以用折线模型、恒压模型和理想模型来表示。 2.3 特殊半导体二极管 2.3.1 稳压管及其应用 稳压管的主要参数 1）稳定电压UZ 2）稳定电流IZ 3）最大稳定电流IZM 4）最大允许耗散功率PZM 5）动态电阻rZ 6）电压温度系数 稳压管稳压电路 在负载变化不大的场合，稳压管常用来做稳压电源，由于负载和稳压管并联，又称为并联稳压电源。稳压管在实际工作时要和电阻相配合使用，其电路如图2-18所示。 2.3.2 半导体光电器件 2.3.2 .1 发光二极管 发光二极管也叫LED，它是由砷化镓GaAs）、磷化镓（GaP）、磷砷化镓（GaAsP）等半导体制成的，因此不仅具有一般PN结的单向导电性，而且在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光。故发光二极管工作时要加正向电压。 2.3.2 .2光电二极管 光电二极管VD（也叫光敏二极管）是将光信号变成电信号的半导体器件，与光敏电阻器相比具