課題一 半導(dǎo)體二極管及其基本電路課件

課題1:半導(dǎo)體二極管對(duì)應(yīng)教材章節(jié)內(nèi)容:14.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性14.2PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?4.3二極管14.4穩(wěn)壓二極管半導(dǎo)體二極管1.1半導(dǎo)體二極管的特性：半導(dǎo)體二極管具有單向?qū)щ娦浴?4.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性：(可做成溫度敏感元件，如熱敏電阻)。摻雜性：往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，導(dǎo)電能力明顯改變(可做成各種不同用途的半導(dǎo)體器件，如二極管、三極管和晶閘管等）。光敏性：當(dāng)受到光照時(shí)，導(dǎo)電能力明顯變化(可做成各種光敏元件，如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管等)。熱敏性：當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，導(dǎo)電能力顯著增強(qiáng)14.1.1本征半導(dǎo)體完全純凈的、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體，稱為本征半導(dǎo)體。晶體中原子的排列方式硅單晶中的共價(jià)健結(jié)構(gòu)共價(jià)健共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子，稱為價(jià)電子。

Si

Si

Si

Si價(jià)電子

Si

Si

Si

Si價(jià)電子本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理空穴自由電子

當(dāng)半導(dǎo)體兩端加上外電壓時(shí)，在半導(dǎo)體中將出現(xiàn)兩部分電流：

1）自由電子作定向運(yùn)動(dòng)電子電流2）價(jià)電子遞補(bǔ)空穴空穴電流自由電子和空穴都稱為載流子。載流子形成動(dòng)畫

Si

Si

Si

Si硼原子接受一個(gè)電子變?yōu)樨?fù)離子空穴P

型半導(dǎo)體：

多子空穴少子自由電子

BB–(2)P型半導(dǎo)體無(wú)論N型或P型半導(dǎo)體都是中性的，對(duì)外不顯電性。1.在雜質(zhì)半導(dǎo)體中多子的數(shù)量與

（a.摻雜濃度、b.溫度）有關(guān)。2.在雜質(zhì)半導(dǎo)體中少子的數(shù)量與（a.摻雜濃度、b.溫度）有關(guān)。3.當(dāng)溫度升高時(shí)，少子的數(shù)量（a.減少、b.不變、c.增多）。abc4.在外加電壓的作用下，P型半導(dǎo)體中的電流主要是

，N型半導(dǎo)體中的電流主要是。（a.電子電流、b.空穴電流）baP型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體(1)PN結(jié)的形成

－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－形成空間電荷區(qū)內(nèi)電場(chǎng)E擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)PN結(jié)形成動(dòng)畫14.2PN結(jié)及其單向?qū)щ娦云七\(yùn)動(dòng)P型半導(dǎo)體－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半導(dǎo)體++++++++++++++++++++++++擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)E所以擴(kuò)散和漂移這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到平衡，相當(dāng)于兩個(gè)區(qū)之間沒有電荷運(yùn)動(dòng)，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。

因濃度差空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場(chǎng)

內(nèi)電場(chǎng)促使少子漂移

內(nèi)電場(chǎng)阻止多子擴(kuò)散

最后,多子的擴(kuò)散和少子的漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)在一塊本征半導(dǎo)體的兩側(cè)通過(guò)擴(kuò)散不同的雜質(zhì),分別形成N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。PN結(jié)的形成

(2)PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

①PN結(jié)加正向電壓（正向偏置）

P接正、N接負(fù)

IF

PN結(jié)加正向電壓時(shí)，正向電流較大，正向電阻較小，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。PN－－－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++++–外電場(chǎng)PN正偏動(dòng)畫PN結(jié)單向?qū)щ娦孕〗Y(jié)PN結(jié)單向?qū)щ娦詣?dòng)畫

PN結(jié)正向?qū)ǎ?/p>

加正向偏置電壓時(shí)，呈現(xiàn)低電阻，具

有較大的正向?qū)娏鳎?/p>

PN結(jié)反向截止：

加反向偏置電壓時(shí)，呈現(xiàn)高電阻，具

有較小的反向飽和電流；14.3二極管14.3.1基本結(jié)構(gòu)(a)點(diǎn)接觸型(b)面接觸型

結(jié)面積小、結(jié)電容小、正向電流小。用于檢波和變頻等高頻電路。

結(jié)面積大、正向電流大、結(jié)電容大，用于工頻大電流整流電路。(c)平面型

用于集成電路制作工藝中。PN結(jié)結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開關(guān)電路中。陰極引線陽(yáng)極引線二氧化硅保護(hù)層P型硅N型硅(

c

)平面型金屬觸絲陽(yáng)極引線N型鍺片陰極引線外殼(

a)點(diǎn)接觸型鋁合金小球N型硅陽(yáng)極引線PN結(jié)金銻合金底座陰極引線(

b)面接觸型圖1–12半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)二極管的結(jié)構(gòu)示意圖陰極陽(yáng)極(

d

)符號(hào)D(2)伏安特性:硅管0.5V,鍺管0.1V。反向擊穿電壓U(BR)導(dǎo)通壓降

外加電壓大于死區(qū)電壓二極管才能導(dǎo)通。

外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向?qū)щ娦浴Ｕ蛱匦苑聪蛱匦蕴攸c(diǎn)：非線性硅0.6~0.8V,鍺0.2~0.3VuDiD/mA死區(qū)電壓陽(yáng)陰+–陽(yáng)陰–+

反向電流在一定電壓范圍內(nèi)保持常數(shù)。iD/uA(1)最大整流電流

IF二極管長(zhǎng)期使用時(shí)，允許流過(guò)二極管的最大正向平均電流。(2)反向擊穿電壓

UBR(3)反向電流

IR二極管反向電流急劇增加時(shí)對(duì)應(yīng)的反向電壓值。

最大反向工作電壓URM——實(shí)際工作時(shí)，為安全：

URM

≈

UBR/2，在室溫及規(guī)定的反向電壓下的反向電流值。

硅管：(nA)級(jí)；

鍺管：(A)級(jí)。14.3.3半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)

思考:如何判斷二極管的好壞以及它的極性?使用萬(wàn)用表的R×1K檔先測(cè)一下它的電阻，黑紅表筆分別搭在二極管的兩端，若阻值很小，說(shuō)明黑表筆搭著的是正端。(指針式表)如果測(cè)的電阻不管表筆如何搭都是無(wú)窮，說(shuō)明二極管已損壞。②恒壓降模型：(UD＞UF)二極管導(dǎo)通UD

=UFr=0開關(guān)閉合(UD

<UF)二極管截止iD

=0r=∞開關(guān)斷開(2)二極管電路分析定性分析：判斷二極管的工作狀態(tài)導(dǎo)通截止分析方法：將二極管斷開，分析二極管兩端電位。若V陽(yáng)>V陰，二極管導(dǎo)通若V陽(yáng)<V陰，二極管截止若V陽(yáng)>V陰+VF，二極管導(dǎo)通若V陽(yáng)<V陰+VF，二極管截止理想模型：恒壓模型：電路如圖，二極管為硅管,求：UABV陽(yáng)=－6VV陰=－12VV陽(yáng)>V陰+VF二極管導(dǎo)通例1：取B點(diǎn)作參考點(diǎn)，斷開二極管，分析二極管陽(yáng)極和陰極的電位。在這里，二極管起鉗位作用。D6V12V3kBAUAB+–（1）理想模型：UAB=－6V（2）恒壓降模型：UAB=－6.7V+-練習(xí)：

電路如圖，(設(shè)D為理想二極管）

判斷二極管工作狀態(tài)，并求輸出電壓。a1a2b1b2ui>8V，二極管導(dǎo)通已知：二極管是理想的，試畫出uo波形。8V例3：限幅電路ui18V參考點(diǎn)VD陰=8V;VD陽(yáng)=uiD8VRuoui++––uo=8Vuo=uiui<8V，二極管截止14.4穩(wěn)壓二極管1.符號(hào)UZIZIZMUZIZ2.伏安特性穩(wěn)壓管正常工作時(shí)加反向電壓使用時(shí)要加限流電阻穩(wěn)壓管反向擊穿后，電流變化很大，但其兩端電壓變化很小，利用此特性，穩(wěn)壓管在電路中可起穩(wěn)壓作用。_+UIO3.主要參數(shù)(1)穩(wěn)定電壓UZ

穩(wěn)壓管正常工作(反向擊穿)時(shí)管子兩端的電壓。(2)電壓溫度系數(shù)ｕ環(huán)境溫度每變化1C引起穩(wěn)壓值變化的百分?jǐn)?shù)。(3)動(dòng)態(tài)電阻(4)穩(wěn)定電流IZ、最大穩(wěn)定電流IZM(5)最大允許耗散功率PZM=UZIZMrZ愈小，曲線愈陡，穩(wěn)壓性能愈好。4.基本穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓管工作必要條件：

工作在反向擊穿狀態(tài)

串入電阻R

IZmin

＜

IZ＜IZmax

思考：1.若穩(wěn)壓管極性接反,會(huì)出現(xiàn)什么問(wèn)題?2.電阻R的作用是什么？不加可不可以？5.選管的原則IZmax

＝(1.5～5)

Iomax

UZ＝UoUI＝（２～３)Uo例1：穩(wěn)壓電路如圖。已知穩(wěn)定電壓UZ=6V，R=200Ω，RL=1kΩ，當(dāng)UI=9V時(shí)，求R上的電流I、負(fù)載電流IL，穩(wěn)定電流IZ以及輸出電壓UO。例2：已知穩(wěn)壓管2CW17的參數(shù)為：UZ=10V，穩(wěn)定電流為5mA，額定功耗PZ=250mW，求電源電壓E分別為8V，18V，-6V時(shí)的UO和I。為使電路正常穩(wěn)壓,E的最大允許值為多大?(1)E=8V<Uz=10V,穩(wěn)壓管Dz未被擊穿,相當(dāng)于斷開∴UO=E=8V,I=0(2)E=