,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,电子技术基础,主讲：,杜曼宜,前言,在电子电路中经常用到半导体二极管，它在许多电路中起着重要的作用，是诞生最早的半导体器件之一，其应用非常广泛。常把它用在整流、隔离、稳压、极性保护、编码控制、调频调制和静噪等电路中。,5.1,二极管的单向导电性,P148,半导体材料,按导电性能的不同，物质可分为导体、绝缘体和半导体。在电子器件中，,常用的半导体材料主要有硅,(Si),、,锗,(,Ge,),和砷化镓,(,GaAs,),等。它们的导电能力介于导体和绝缘体之间，并且会随温度、光照或掺入某些杂质而发生显著变化。,图,2.1.1,硅和锗的原子结构简化模型,硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构,半导体的共价键结构,(1),P,型半导体,(2),N,型半导体,1,、杂质半导体,在本征半导体中掺入微量的杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为,杂质半导体,。,5.1.1,二极管的结构特性,(1)P,型半导体,在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓、铟等形成了,P,型半导体,，,也称为,空穴型半导体,。,因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。,P,型半导体中,空穴是多数载流子，,主要由掺杂形成,；,电子是少数载流子，,由热激发形成,。,图,2.1.5 P,型半导体的共价键结构,(2,）,N,型半导体,在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，可形成,N,型半导体,也称,电子型半导体,。,因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键，而多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。,在,N,型半导体中,自由,电子是多数载流子,它主要由,杂质原子提供,；,空穴是少数载流子,由热激发形成。,图,2.1.6 N,型半导体共价键结构,将,P,型半导体和,N,型半导体使用特殊工艺连在一起，形成,PN,结,。,PN,结是各种半导体器件的核心。,因浓度差,多子的扩散运动,由,杂质离子形成空间电荷区,空间电荷区形成内电场,内电场促使少子漂移,内电场阻止多子扩散,2,、,PN,结的形成,最后,多子的,扩散,和少子的,漂移,达到,动态平衡,。对于,P,型半导体和,N,型半导体结合面，离子薄层形成的,空间电荷区,称为,PN,结,。,(b),空间电荷区,3,、半导体二极管,半导体二极管是由结加上引线和管壳构成的。,（,1,）外形：,由管芯（,PN,结）和两条正负电极引线及外壳所组成。管体外壳标记通常表示正极。如图,1.1,（,a,）,所示；,（,2,）符号：,三角形,正极，,竖杠,负极，,V,二极管的,文字符号。,图,1.1,半导体二极管的外形和符号,c,按用途：整流二极管,稳压二极管,发光二极管,光电二极管,b,按,PN,结面积：点接触型、面接触型,a,按材料分：,硅管、锗管,（,3,）分类,整流二极管,一种将,交流,电能转变为,直流,电能的半导体器件。,稳压二极管,此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件。,发光二极管,是一种能发光的半导体电子元件。这种电子元件早在,1962,年出现，常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。而用途也由初时作为指示灯、显示板等；随着技术的不断进步，发光二极管已被广泛的应用于显示器、电视机采光装饰和照明。,光电二极管,光电二极管和普通二极管一样，也是由一个,PN,结组成的半导体器件，也具有单方向导电特性。但在电路中它不是作整流元件，而是把光信号转换成电信号的光电传感器件。,遥控器的遥控作用、空调器面板指示都利用了二极管，二极管起什么作用？二极管的特点是什么？,详细分析如下：,(1)PN,结加正向电压时的导电情况,外加的正向电压有一部分降落在,PN,结区，方向与,PN,结内电场方向相反，削弱了内电场。,PN,结呈现,低阻性,。,图,2.2.2,外加正向电压时的,PN,结,4,、,PN,结的单向导电性,上页,下页,(2)PN,结加反向电压时的导电情况,外加的反向电压有一部分降落在,PN,结区，方向与,PN,结内电场方向相同，加强了内电场。,PN,结呈现高阻性。,图,2.2.3,外加反向电压时的,PN,结,上页,下页,PN,结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；,PN,结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。,由此可以得出结论：,PN,结具有单向导电性。,即：加正偏电压导通，加反偏电压截止。,P,区接电源正极，,N,区接电源负极，,PN,结导通；反之，,PN,结截止。,图,1.5,结,图,1.6 ,例,1.1,电路图,例,1.1,图,1.6,所示电路中，当开关,S,闭合后，,H,1,、,H,2,两个指示灯，哪一个可能发光？,解,:,由电路图可知，开关,S,闭合后，只有二极管,V,1,正极电位高于负极电位，即处于正向导通状态，所以,H,1,指示灯发光。,G,V1,V2,H,H1,H2,如图电路，哪些灯泡可能发亮？,V1,V2,H,G,H2,、,H1,亮,灯不亮,当晶体二极管的,PN,结导通后，则参加导电的是（）。,A,少数载流子,B,多数载流子,C,既有少数载流子又有多数载流子,PN,结具有,_,性能，即：加,_,电压时,PN,结导通；加,_,电压时,PN,结截止。,当晶体二极管导通后，则硅二极管的正向压降,_,为,V,，锗二极管的正向压降,_,为,V,将红、黑表笔分别接二极管两端。所测电阻小时，黑表笔接触处为负极，红表笔接触处为正极。,判别二极管的正负极性,2,、二极管的简单测试,实践技能（拓宽）,判别二极管的质量好坏,(3),若正向电阻约几千欧姆，反向电阻非常大，二极管正常。,(2),若正反向电阻均非常大，二极管开路。,(1),若正反向电阻均为零，二极管短路；,5,、二极管的伏安特性,（,1,）正向特性,硅管的导通压降为,0.6-0.7V,锗管的导通压降为,0.2-0.3V,。,（,2,）反向特性,当,PN,结的反向电压增加到一定数值时，反向电流突然快速增加，此现象称为,PN,结的,反向击穿。,电击穿,热击穿,（,3,）,反向击穿特性,6,、二极管的参数,(1),最大整流电流,I,F,二极管长期运行时，允,许通过的最大正向平均,电流。,实际应用时，流过二极管的平均电流不能超过此值。,(2),反向击穿电压,V,BR,和最大反向工作电压,V,RM,二极管反向击穿时,对应的电压值称为反,向击穿电压,V,BR,。,为安全计，在实际,工作时，最大反向工作电压,V,RM,一般只按反向击穿电压,V,BR,的一半计算。,(3),反向电流,I,R,在室温下，在规定的反向电压下，一般是最大反向工作电压下的反向电流值。硅二极管的反向电流一般在纳安,(,nA,),级；锗二极管在微安,(,A),级。,数值越小，表示单向导电性越好。,