半导体二极管及其应用习题解答（完整版规范）.docxVIP

第1章半导体二极管及其基本电路 1.1教学内容与要求 本章介绍了半导体基础知识、半导体二极管及其基本应用和几种特殊二极管。教学内 容与教学要求如表1.1所示。要求正确理解杂质半导体中载流子的形成、 载流子的浓度与温 度的关系以及PN结的形成过程。主要掌握半导体二极管在电路中的应用。 表1.1第1章教学内容与要求 教学内容 教学要求 重点与难点 半导体基础知识 本征半导体，杂质半导体 熟练掌握 正确理解 一般了解 PN结 形成 V 重点：PN结的单向 导电性 难点：PN结的形成 单向导电性 V 伏安特性 V 电容效应 V 半导体二极管 结构与类型 V 重点：二极管应用 电路分析 难点：二极管各模 型的特点及选择各 种模型的条件 伏安特性与主要参数 V 型号与选择 V 模型 V 应用(限幅、整流) V 特殊二极管 稳压二极管(稳压原理与 稳压电路) V 重点：稳压管稳压 条件及稳压电路分 析 发光二极管、光电二极管、 变容二极管 V 1.2内容提要 1.2.1半导体的基础知识 1 ?本征半导体 高度提纯、结构完整的半导体单晶体叫做本征半导体。常用的半导体材料是硅 (Si)和锗 (Ge)。本征半导体中有两种载流子： 自由电子和空穴。自由电子和空穴是成对出现的， 称为 电子空穴对，它们的浓度相等。 本征半导体的载流子浓度受温度的影响很大，随着温度的升高，载流子的浓度基本按指 数规律增加。但本征半导体中载流子的浓度很低，导电能力仍然很差, 2 ?杂质半导体 N型半导体,P型半导体。掺入杂质越多，N N型半导体, P型半导体。 掺入杂质越多， N型半导体中 P型半导体中 多子浓度就越 P 型半导体 本征半导体中，掺入微量的三价元素构成 的多子是空穴，少子是自由电子。 P型半导体呈电中性。 在杂质半导体中，多子浓度主要取决于掺入杂质的浓度， 大。而少子由本征激发产生，其浓度主要取决于温度，温度越高，少子浓度越大。 PN结及其特性 PN结的形成 在一块本征半导体上， 通过一定的工艺使其一边形成 N型半导体，另一边形成P型半导 体，在P型区和N型区的交界处就会形成一个极薄的空间电荷层，称为 PN结。PN结是构成 其它半导体器件的基础。 PN结的单向导电性 PN结具有单向导电性。外加正向电压时，电阻很小，正向电流是多子的扩散电流，数 值很大，PN结导通；外加反向电压时，电阻很大，反向电流是少子的漂移电流，数值很小， PN结几乎截止。 PN结的伏安特性 PN结的伏安特性： | ls(eUUT 1) 式中，U的参考方向为 P区正，N区负，I的参考方向为从 P区指向N区；Is在数值上等于 反向饱和电流；UT=KT/q,为温度电压当量，在常温下， UT~26mV 正向特性 U 0的部分称为正向特性，如满足 U UT,则I ISeU Ut , PN结 的正向电流I随正向电压U按指数规律变化。 反向特性 U 0的部分称为反向特性，如满足 u Ut，则I Is,反向电 流与反向电压的大小基本无关。 击穿特性 当加到PN结上的反向电压超过一定数值后，反向电流急剧增加，这种 现象称为PN结反向击穿，击穿按机理分为齐纳击穿和雪崩击穿两种情况。 PN结的电容效应 PN结的结电容 G由势垒电容Cb和扩散电容Cd组成。CB和Cd都很小，只有在信号频率较 高时才考虑结电容的作用。当 PN结正向偏置时，扩散电容 Cd起主要作用，当 PN结反向偏 置时，势垒电容 CB起主要作用。 半导体二极管 半导体二极管的结构和类型 半导体二极管是由PN结加上电极引线和管壳组成。 二极管种类很多，按材料来分，有硅管和锗管两种；按结构形式来分，有点接触型、 面接触型和硅平面型几种。 半导体二极管的伏安特性 半导体二极管的伏安特性是指二极管两端的电压 UD和流过二极管的电流i D之间的关系。 它的伏安特性与 PN结的伏安特性基本相同，但又有一定的差别。在近似分析时，可采用 PN 结的伏安特性来描述二极管的伏安特性。 温度对二极管伏安特性的影响 温度升高时，二极管的正向特性曲线将左移，温度每升高 1°C, PN结的正向压降约减小 (2~2.5 ) mV 二极管的反向特性曲线随温度的升高将向下移动。当温度每升高 10 °C左右时，反向饱 和电流将加倍。 半导体二极管的主要参数 二极管的主要参数有：最大整流电流 I F ；最高反向工作电压 UR；反向电流I R；最高工 作频率fM等。由于制造工艺所限，即使同一型号的管子，参数也存在一定的分散性，因此 手册上往往给出的是参数的上限值、下限值或范围。 半导体二极管的模型 常用的二极管模型有以下几种： 理想模型 : 理想二极管相当于一个开关。 当外加正向电压时， 二极管导通， 正向压 降UD为零，相当于开关闭合；当外加反向电压时，二极管截止，反向电流 iR为