半导体二极管及其基本应用电

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1、第3章半导体二极管及其基本应用电路3.1半导体基本知识3.2半导体二极管及其基本应用电路3.3稳压管及其基本应用电路3.4发光二极管及其基本应用举例3.1半导体基本知识半导体的导电特性：光敏性：受光照后，其导电能力大大增强；热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强；掺杂性：在半导体中掺入少量特殊杂质，其导电能力极大地增强；(可做成温度敏感元件，如热敏电阻)(可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电池等)(可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、三极管和晶闸管等)。3.1.1

2、本征半导体——完全纯净的、具有晶体结构的半导体。最常用的半导体是硅(Si)和锗(Ge)。晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价健结构共价健SiSiSiSi价电子Si284Ge28184本征半导体的导电机理：SiSiSiSi价电子空穴自由电子在常温下，由于热激发(温度升高或受光照)——本征激发带负电带正电载流子自由电子空穴温度越高，晶体中产生的的自由电子越多。当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流：(1)自由电子作定向运动电子电流(2)价电子递补空穴空穴电流(2)本征半导体中载流子数目

3、极少,其导电性能很弱。注意：(1)本征半导体中存在数量相同的载流子。自由电子和空穴成对产生，又不断复合，在一定温度下，达到动态平衡。(3)温度愈高，载流子的数目愈多,半导体的导电性能也愈好。——温度对半导体器件性能影响很大。3.1.2杂质半导体SiSiSiSip+多余电子磷原子失去一个电子变为正离子在常温下即可变为自由电子1、N型半导体在N型半导体中，自由电子是多数载流子(多子)，空穴是少数载流子(少子)。——掺入五价元素，如磷元素(又称电子半导体)P2852、P型半导体(又称空穴半导体)——掺入

4、三价元素，如硼元素SiSiSiSi在P型半导体中，空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。B–硼原子得到一个电子变为负离子空穴注意：无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。B23杂质半导体的示意表示法：++++++++++++N型半导体–––P型半导体–––––––––代表失去一个电子的五价杂质离子代表得到一个电子的三价杂质离子3.1.3PN结P型半导体––––––––––––++++++++++++N型半导体1、PN结的形成浓度差多子的扩散运动––––––––––––+++++++++++

5、+形成空间电荷区内电场少子的漂移运动空间电荷区变宽空间电荷区变窄扩散和漂移这一对相反的运动最终达到动态平衡，空间电荷区的厚度固定不变。空间电荷区也称PN结、耗尽层、阻挡层。2、PN结的单向导电性(1)PN结外加正向电压（正向偏置）P接正、N接负+–R––––––––––––++++++++++++PN内电场外电场变窄内电场被削弱，多子的扩散运动加强，形成较大的扩散电流。IF结论：PN结加正向电压时，PN结变窄，正向电阻较小，正向电流较大，PN结处于导通状态。(2)PN结加反向电压（反向偏置）P接负

6、、N接正–+R––––––––––––++++++++++++PN内电场外电场变宽内电场被加强，少子的漂移运动加强，由于少子数量很少，形成很小的反向电流。IR结论：PN结加反向电压时，PN结变宽，反向电阻很大，反向电流很小，PN结处于截止状态。温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。3、PN结的电流方程PN所加电压u与流过它的电流i的关系为：IS：反向饱和电流UT=kT/q：温度电压当量q——电子的电量k——玻耳兹曼常数T——热力学温度当T=300K时，UT≈26mV——伏安特性方程4、PN

7、结的伏安特性uiOU(BR)正向特性反向特性反向电压大于U(BR)后，PN结反向击穿*5、PN结的电容效应(1)势垒电容Cb——由空间电荷区的宽度随着外加电压的变化而变化所形成。(2)扩散电容Cd——在PN结加正向电压时，多数载流子在扩散过程中引起电荷积累而产生。(3)结电容CjCj=Cb+Cd一般PN结正偏时，扩散电容起主要作用；PN结反偏时，势垒电容起主要作用。3.2半导体二极管及其基本应用电路把PN结用管壳封装，然后在P区和N区分别向外引出一个电极，即可构成一个二极管。二极管是电子技术中最基

8、本的半导体器件之一。根据其用途分有检波管、开关管、稳压管、整流管和发光二极管等。硅高频检波管开关管稳压管整流管发光二极管3.2.1半导体二极管的几种常用结构金属丝阳极引线N型锗片阴极引线外壳(a)点接触型特点：结面积小、结电容小、正向电流小。用于检波和变频等高频电路。铝合金小球N型硅阳极引线PN结金锑合金底座阴极引线(b)面接触型特点：结面积大、结电容大，正向电流大。用于工频大电流整流电路。阴极引线阳极引线二氧化硅保护层P型硅N型硅(c)平面型特点：用于集成电路制作工艺中。PN结结