半導(dǎo)體二極管課件

第八章常用半導(dǎo)體元器件

半導(dǎo)體二極管返回主目錄導(dǎo)體的知識介紹導(dǎo)體的定義：善于導(dǎo)電的物體。

銀100銅99金74鋁61鎳50鋼

43合金31幾種常見金屬的導(dǎo)電能力大小依次為：銀、銅、金、鋁、鎳、鋼、合金。絕緣體的介紹絕緣體的定義：不善于導(dǎo)電的物體叫絕緣體。如金剛石、人工晶體、琥珀、陶瓷,橡膠等等，稱為絕緣體。。注意：導(dǎo)體和絕緣體之間沒有明確的界限，比如玻璃在常溫下是絕緣體，但是在高溫下加熱至紅赤狀態(tài)就是導(dǎo)體半導(dǎo)體的介紹半導(dǎo)體的定義：可以簡單的把導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的材料稱為半導(dǎo)體。半導(dǎo)體的特性及使用1、半導(dǎo)體在光照、射線等作用下導(dǎo)電能力加強(qiáng)，可制成光敏元器件。2、半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能與溫度有關(guān)，利用這個特性可以制成熱敏管。3、半導(dǎo)體的性能與摻雜有很大關(guān)系，少量摻雜會讓導(dǎo)電性能大大增加，由此可以制成各種半導(dǎo)體器件。半導(dǎo)體的種類1、本征半導(dǎo)體：即純凈晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。（1）由于外層有四個價(jià)電子，可組成8個價(jià)電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)（2）在溫度或者射線的作用下，個別價(jià)電子獲得能量掙脫原子核束縛，變成自由電子，從而形成空穴。（3）由于空穴和自由電子是成對產(chǎn)生的，因此本征半導(dǎo)體呈電中性。（4）基本認(rèn)定本征半導(dǎo)體是不導(dǎo)電的。2、雜質(zhì)半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中摻入特定的雜質(zhì)可以改變它的導(dǎo)電性，這種半導(dǎo)體成為雜質(zhì)半導(dǎo)體。（1）N型半導(dǎo)體自由電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子整體呈電中性（2）P型半導(dǎo)體自由電子是少數(shù)載流子，空穴是多數(shù)載流子整體呈電中性

半導(dǎo)體二極管一、PN結(jié)的形成

ＰＮ結(jié)是采用特定的制造工藝，使一塊半導(dǎo)體的兩邊分別形成Ｐ型半導(dǎo)體和Ｎ型半導(dǎo)體，它們的交界面就形成ＰＮ結(jié)。ＰＮ結(jié)具有單向?qū)щ娦哉涸冢校谓Y(jié)上加正向電壓時(shí)，ＰＮ結(jié)電阻很低，正向電流較大，ＰＮ結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。二極管相當(dāng)于短路。反偏：加反向電壓時(shí)，ＰＮ結(jié)電阻很高，反向電流很小，ＰＮ結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。二極管相當(dāng)于開路。檢測半導(dǎo)體二極管的好壞1.發(fā)光二極管的檢測方法：

把萬用表調(diào)到短路檔，紅筆接二極管的陽極黑筆接二極管的陰極，此時(shí)發(fā)光二極管會亮，檢測二極管是良好的。2.普通二極管的檢測方法：萬用表測試條件：R

檔。(1)若正反向電阻均為零，二極管短路；(2)若正反向電阻非常大，二極管開路。(3)若正向電阻約幾十-幾百千歐姆，反向電阻非常大，二極管正常。半導(dǎo)體二極管實(shí)驗(yàn)演示實(shí)驗(yàn)材料：干電池、電阻若干、發(fā)光二極管若干、萬用表等工具。1.按電路連接，當(dāng)二極管分別為硅管和鍺管時(shí)，二極管兩端的壓降？2.把+3V改成+0.5V后有什么現(xiàn)象？3.二極管反接后把+3V改成+60V后有什么現(xiàn)象？4.把100歐的電阻改成10歐之后會發(fā)生什么？三、二極管的伏安特性

二極管的主要特性是單向?qū)щ娦?，其伏安特性曲線如圖5-3所示。（以正極到負(fù)極為參考方向）。1）外加正向電壓很小時(shí)，二極管呈現(xiàn)較大的電阻，幾乎沒有正向電流通過。曲線段（或段）稱作死區(qū)，點(diǎn)（或）的電壓稱為死區(qū)電壓，硅管的死區(qū)電壓一般為0.5V，鍺管則約為0.1V。

2）二極管的正向電壓大于死區(qū)電壓后，二極管呈現(xiàn)很小的電阻，有較大的正向電流流過，稱為二極管導(dǎo)通，如段（或）特性曲線所示，此段稱為導(dǎo)通段。從圖中可以看出：硅管電流上升曲線比鍺管更陡。二極管導(dǎo)通后的電壓為導(dǎo)通電壓，硅管一般為0.7V，鍺管約為0.3V。1．正向特性

2．反向特性1）當(dāng)二極管承受反向電壓時(shí)，其反向電阻很大，此時(shí)僅有非常小的反向電流（稱為反向飽和電流或反向漏電流），如曲線段（或段）所示。實(shí)際應(yīng)用中二極管的反向飽和電流值越小越好，硅管的反向電流比鍺管小得多，一般為幾十微安，而鍺管為幾百微安。2）當(dāng)反向電壓增加到一定數(shù)值時(shí)（如曲線中的點(diǎn)或點(diǎn)），反向電流急劇增大，這種現(xiàn)象稱為反向擊穿，此時(shí)對應(yīng)的電壓稱為反向擊穿電壓，用表示，曲線中段（或段）稱為反向擊穿區(qū)。通常加在二極管上的反向電壓不允許超過擊穿電壓，否則會造成二極管的損壞（穩(wěn)壓管除外）。圖5-3二極管的伏安特性

四、二極管的主要參數(shù)（1）最大整流電流它是指二極管長期工作時(shí)所允許通過的最大正向平均電流。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，流過二極管的平均電流不能超過這個數(shù)值，否則，將導(dǎo)致二極管因過熱而永久損壞。（2）最高反向工作電壓指二極管工作時(shí)所允許加的最高反向電壓，超過此值二極管就有被反向擊穿的危險(xiǎn)。通常手冊上給出的最高反向工作電壓約為擊穿電壓的一半。（3）反向電流指二極管未被擊穿時(shí)的反向電流值。越小，說明二極管的單向?qū)щ娦阅茉胶?。對溫度很敏感，溫度增加，反向電流會增加很大。五、特殊二極管

1．穩(wěn)壓二極管

穩(wěn)壓二極管簡稱穩(wěn)壓管，它是一種用特殊工藝制造的面結(jié)合型硅半導(dǎo)體二極管，其圖形符號和外形封裝如圖5-4所示。圖5-4穩(wěn)壓二極管的圖形符號與外形

外形

圖形符號～范圍內(nèi)變化。穩(wěn)壓管的伏安特性曲線工作區(qū)域穩(wěn)壓管的應(yīng)用

使用時(shí)，陰極接外加電壓的正極，陽極接外加電壓負(fù)極，管子反向偏置，工作在反向擊穿狀態(tài)，利用它的反向擊穿特性穩(wěn)定直流電壓。二極管在反向擊穿狀態(tài)下，流過管子的電流變化很大，而兩端電壓變化很小，穩(wěn)壓管正是利用這一點(diǎn)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓作用的。穩(wěn)壓管工作時(shí)，必須接入限流電阻，才能使其流過的反向電流在～范圍內(nèi)變化

發(fā)光二極管是一種光發(fā)射器件，能把電能直接轉(zhuǎn)換成光能的固體發(fā)光器件，它是由鎵（Ga）、砷（As）、磷（P）等化合物制成的，其圖形符號如圖5-6a所示。由這些材料構(gòu)成的ＰＮ結(jié)加上正偏電壓時(shí)，PN結(jié)便以發(fā)光的形式來釋放能量。發(fā)光二極管的種類按發(fā)光的顏色可分為紅、橙、黃、綠和紅外光二極管等多種，按外形可分為方形、圓形等。圖5-6b是發(fā)光二極管的外形，它的導(dǎo)通電壓比普通二極管高。2．發(fā)光二極管圖5-6發(fā)光二極管的圖形符號和外形圖形符號

外形

發(fā)光二極管的應(yīng)用

應(yīng)用時(shí)，加正向電壓，并接入相應(yīng)的限流電阻，它的正常工作電流一般為幾個毫安至幾十毫安。發(fā)光強(qiáng)度在一定范圍內(nèi)與正向電流大小近似成線性關(guān)系。發(fā)光二極管作為顯示器件，除單個使用外，也常做成七段式或矩陣式，如用作微型計(jì)算機(jī)、音響設(shè)備、數(shù)控裝置中的顯示器。發(fā)光二極管的檢測一般用萬用表R×10k(Ω)檔，通常正向電阻15kΩ左右，反向電阻為無窮大。

3．光敏二極管

光敏二極管又稱光電二極管，其ＰＮ結(jié)工作在反偏狀態(tài)。光敏二極管是一種光接收器件。它的管殼上有一個玻璃窗口以便接受光照，當(dāng)光線輻射于ＰＮ結(jié)時(shí)，提高了半導(dǎo)體的導(dǎo)電性，在反偏電壓作用下產(chǎn)生反向電流。反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而上升。其主要特點(diǎn)是反向電流與照度成正比。光敏二極管的圖形符號和外形如圖5-7所示。圖5-7光敏二極管的圖形符號和外形圖形符號

外形

光敏二極管的應(yīng)用

光敏二極管可用于光的測量。當(dāng)制成大面積光電二極管時(shí)，能將光能直接轉(zhuǎn)換成電能，可作為一種能源使用，稱為光電池。光敏二極管的檢測通常用萬用表R×1k(Ω)檔檢測，要求無光照時(shí)反向電阻大，有光照時(shí)反向電阻小，若電阻差別小，則表明光敏二極管的質(zhì)量不好。4．變?nèi)荻O管

變?nèi)荻O管是利用PN結(jié)的結(jié)電容可變原理制成的半導(dǎo)體器件,它仍工作在反向偏置狀態(tài)。它的壓—容特性曲線和圖形符號如圖5-8所示。二極管結(jié)電