晶体二极管ppt
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《二极管工作原理》课件
检波电路
检波电路
利用二极管的导通和截止特性，从调频信号 中提取出调制信号。
检波过程
利用二极管将调频信号的负半周通过负载， 正半周被截止，从而得到调制信号。
调频信号
通过改变载波的频率来传递信息。
调制信号
包含信息的信号，可以是音频、视频或数据 信号。
开关电路
开关电路
利用二极管的单向导电 性，实现电路的通断控
STEP 03
反向结构中，PN结的电 阻较大，因此电流较小。
当反向电压施加在二极管 上时，电流无法通过PN 结，因此二极管处于截止 状态。
PN结
PN结是二极管的核心部分，由P型半导体和N型半导 体相接触形成。
在PN结中，存在一个由N型半导体指向P型半导体的 电场，该电场可以阻止多数载流子的运动。
当正向电压施加在PN结上时，多数载流子会克服电场 阻力而流动，形成电流。当反向电压施加时，多数载
流子被阻止流动，电流无法形成。
Part
03
二极管的工作原理
正向导通
正向导通是指当二极管两端加上正向电压时，二极管正向导通，电流可以通过二极 管。
正向导通的原因是二极管内部的PN结在正向电压作用下变薄，使得电子和空穴能够 更容易地通过，形成电流。
正向导通时，二极管的电阻很小，因此电流较大。
反向截止
反向电流限制
应控制二极管的反向电流在规定范围 内，以防止过热或性能退化。
工作温度
二极管的工作温度应保持在规定范围 内，避免过高或过低的温度影响其性 能和可靠性。
焊接与安装
在焊接和安装二极管时，应遵循正确 的工艺要求，避免过热或机械应力造 成损坏。
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杨四军武科大工程系电子电工《电子线路》ppt课件第1章 晶体二极管和二极管整流电路
表1-1-2 二极管的分类
(5)伏安特性： ①伏安特性曲线：如图1-1-2所示。
②伏安特性：见表1-1-3。 表1-1-3 二极管的伏安特性
4. 二极管的主要参数 (1)最高反向工作电压：二极管允许承受的反向工作电压峰值。通常约为反 向击穿电压的1/3~1/2。 (2)最大整流电流：二极管允许通过的最大正向工作电流的平均值。 (3)反向饱和电流：也称反向漏电流，电流值越小，二极管的单向导电性能 越好。 5. 二极管的简单测试 (1)测试方法：用万用表R×100或R×1 k挡测二极管的正向、反向电阻。 (2)测试结果：见表1-1-4。
）
A. 若C开路，则UO约为9 V
B. 若RL开路，则UO约为14 V
C. 若VD1开路，则UO约为4.5 V
D. 若VD1开路，则UO约为10 V
【分析】本题主要考查整流电路与滤波电路的计算。 【解答】若C开路，则电路为桥式整流电路，UO≈0.9U2=0.9×10=9 V； 若RL开路，则电路为桥式整流电容滤波电路，负载开路，此时
2. PN结 (1)定义：采用掺杂工艺，在P型半导体和N型半导体的结合面上形成的特殊 的薄层。 (2)特性：单向导电性，即正向偏置导通，反向偏置截止。 3.晶体二极管 (1)结构：内部是一个PN结。
(2)符号：如图1-1-1所示。
(3)特性：单向导电性，即加一定的正向电压导通，加反向电压截止。 (4)分类：见表1-1-2。
变化量之比，即rZ=ΔUZ/ΔIZ。rZ越小，稳压管稳压性能越好。 3. 并联型稳压电路 二极管整流电路加上滤波电路后，能把交流电转换成较平滑的直流电输出。
但在交流电网电压波动或负载变化时，仍会造成输出直流电压的不稳定，通常 要有稳定输出电压的电路，最简单的就是硅稳压二极管稳压电路。
(5)伏安特性： ①伏安特性曲线：如图1-1-2所示。
②伏安特性：见表1-1-3。 表1-1-3 二极管的伏安特性
4. 二极管的主要参数 (1)最高反向工作电压：二极管允许承受的反向工作电压峰值。通常约为反 向击穿电压的1/3~1/2。 (2)最大整流电流：二极管允许通过的最大正向工作电流的平均值。 (3)反向饱和电流：也称反向漏电流，电流值越小，二极管的单向导电性能 越好。 5. 二极管的简单测试 (1)测试方法：用万用表R×100或R×1 k挡测二极管的正向、反向电阻。 (2)测试结果：见表1-1-4。
）
A. 若C开路，则UO约为9 V
B. 若RL开路，则UO约为14 V
C. 若VD1开路，则UO约为4.5 V
D. 若VD1开路，则UO约为10 V
【分析】本题主要考查整流电路与滤波电路的计算。 【解答】若C开路，则电路为桥式整流电路，UO≈0.9U2=0.9×10=9 V； 若RL开路，则电路为桥式整流电容滤波电路，负载开路，此时
2. PN结 (1)定义：采用掺杂工艺，在P型半导体和N型半导体的结合面上形成的特殊 的薄层。 (2)特性：单向导电性，即正向偏置导通，反向偏置截止。 3.晶体二极管 (1)结构：内部是一个PN结。
(2)符号：如图1-1-1所示。
(3)特性：单向导电性，即加一定的正向电压导通，加反向电压截止。 (4)分类：见表1-1-2。
变化量之比，即rZ=ΔUZ/ΔIZ。rZ越小，稳压管稳压性能越好。 3. 并联型稳压电路 二极管整流电路加上滤波电路后，能把交流电转换成较平滑的直流电输出。
但在交流电网电压波动或负载变化时，仍会造成输出直流电压的不稳定，通常 要有稳定输出电压的电路，最简单的就是硅稳压二极管稳压电路。
BT33单结晶体管(双基极二极管)原理.pptx
1．调节 RP，使 UE 从零逐渐增加。当 UE 比较小时（UE＜ UBB＋UD），单结晶体管内的 PN 结处于反向偏置，E 与 B1之间不能导通，呈现很大电阻。当 UE 很小时，有一个很小的反向漏电流。随着 UE 的增高，这个电流逐渐变成一个大约
几微安的正向漏电流。这一段在图3所示的曲线中称为截止区，即单结晶体管尚未导通的一段。
这部分特性称为饱和区。
综上所述，单结晶体管具有以下特点：
（1）当发射极电压等于峰点电压 UP 时，单结晶体管导通。导通之后，当发射极电压小于谷点电压 UV 时，单结晶体
管就恢复截止。
（2）单结晶体管的峰点电压 UP 与外加固定电压 UBB 及其分压比 有关。而分压比
定的，可以看做常数。
对于分压比 不同的管子，或者外加电压 UBB 的数值不同时，峰值电压 UP 也就不同。
E。两个基极之间的电阻为 RBB，一般在2~15kW 之间，RBB 一般可分为两段，RBB =RB1+ RB2，RB1是第一基极 B1至 PN 结的电阻；RB2是第一基极 B2至 PN 结的电阻。双基极二极管的符号见图1的右侧。
图1 双基极二极管的结构与符号 等效电路
双基极二极管的工作原理
将双基极二极管按图2(a)接于电路之中，观察其特性。首先在两个基极之间加电压 UBB，再在发射极 E 和第一基极 B1之间加上电压 UE，UE 可以用电位器 RP 进行调节。这样该电路可以改画成图2(b)的形式，双基极二极管可以用一个 PN 结和二个电阻 RB1、RB2组成的等效电路替代。
是由管子结构决
（3）不同单结晶体管的谷点电压 UV 和谷点电流 IV 都不一样。谷点电压大约在2~5V 之间。在触发电路中，常选用 稍大一些、UV 低一些和 IV 大一些的单结管，以增大输出脉冲幅度和移相范围。
几微安的正向漏电流。这一段在图3所示的曲线中称为截止区，即单结晶体管尚未导通的一段。
这部分特性称为饱和区。
综上所述，单结晶体管具有以下特点：
（1）当发射极电压等于峰点电压 UP 时，单结晶体管导通。导通之后，当发射极电压小于谷点电压 UV 时，单结晶体
管就恢复截止。
（2）单结晶体管的峰点电压 UP 与外加固定电压 UBB 及其分压比 有关。而分压比
定的，可以看做常数。
对于分压比 不同的管子，或者外加电压 UBB 的数值不同时，峰值电压 UP 也就不同。
E。两个基极之间的电阻为 RBB，一般在2~15kW 之间，RBB 一般可分为两段，RBB =RB1+ RB2，RB1是第一基极 B1至 PN 结的电阻；RB2是第一基极 B2至 PN 结的电阻。双基极二极管的符号见图1的右侧。
图1 双基极二极管的结构与符号 等效电路
双基极二极管的工作原理
将双基极二极管按图2(a)接于电路之中，观察其特性。首先在两个基极之间加电压 UBB，再在发射极 E 和第一基极 B1之间加上电压 UE，UE 可以用电位器 RP 进行调节。这样该电路可以改画成图2(b)的形式，双基极二极管可以用一个 PN 结和二个电阻 RB1、RB2组成的等效电路替代。
是由管子结构决
（3）不同单结晶体管的谷点电压 UV 和谷点电流 IV 都不一样。谷点电压大约在2~5V 之间。在触发电路中，常选用 稍大一些、UV 低一些和 IV 大一些的单结管，以增大输出脉冲幅度和移相范围。
晶体二极管
（2）稳压二极管
主要参数：稳定电压VZ、稳定电流IZ、最大工作电流IZM、 最大耗散功率PZM、动态电阻rZ等。
即二极管正偏导通，反偏截止。这一导电特性称为二 极管的单向导电性。
[例1.1.1] 图1.1.3所示电路中，当开关S闭合后，H1、H2 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V1正极电位高 于负极电位，即处于正向导通状态，所以H1指示灯发光。
图1.1.3 [例1.1.1]电路图
图1.1.8 万用表检测二极管
2.判别好坏 万用表测试条件：R×1kΩ。 (1)若正反向电阻均为零，二极管短路； (2)若正反向电阻非常大，二极管开路。 (3)若正向电阻约几千欧姆，反向电阻非常大，二极管正常。
图1.1.8 万用表检测二极管
1.1.5 二极管的分类、型号和参数 1．分类 （1）按材料分：硅管、锗管 （2）按PN结面积：点接触型（电流小，高频应用）、面 接触型（电流大，用于整流） （3）按用途：如图1.1.9所示。
图1.1.9 二极管图形符号
①整流二极管：利用单向导电性把交流电变成直流电的二极管。 ②稳压二极管：利用反向击穿特性进行稳压的二极管。 ③发光二极管：利用磷化镓把电能转变成光能的二极管。 ④光电二极管：将光信号转变为电信号的二极管。 ⑤变容二极管：利用反向偏压改变PN结电容量的二极管。 2．型号举例如下：
L）、变压器（
T）等
1．晶体二极管
（1）外形：由密封的管体和两 条正、负电极引线所组成。管体外 壳的标记通常表示正极。如图1.1.1 （a）所示；
（2）符号：如图。其中： 三角形——正极， 竖杠——负极， V——二极管的文字符号。
图1.1.1 晶体二极管的外形 和符号
2．晶体二极管的单向导电性：
主要参数：稳定电压VZ、稳定电流IZ、最大工作电流IZM、 最大耗散功率PZM、动态电阻rZ等。
即二极管正偏导通，反偏截止。这一导电特性称为二 极管的单向导电性。
[例1.1.1] 图1.1.3所示电路中，当开关S闭合后，H1、H2 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V1正极电位高 于负极电位，即处于正向导通状态，所以H1指示灯发光。
图1.1.3 [例1.1.1]电路图
图1.1.8 万用表检测二极管
2.判别好坏 万用表测试条件：R×1kΩ。 (1)若正反向电阻均为零，二极管短路； (2)若正反向电阻非常大，二极管开路。 (3)若正向电阻约几千欧姆，反向电阻非常大，二极管正常。
图1.1.8 万用表检测二极管
1.1.5 二极管的分类、型号和参数 1．分类 （1）按材料分：硅管、锗管 （2）按PN结面积：点接触型（电流小，高频应用）、面 接触型（电流大，用于整流） （3）按用途：如图1.1.9所示。
图1.1.9 二极管图形符号
①整流二极管：利用单向导电性把交流电变成直流电的二极管。 ②稳压二极管：利用反向击穿特性进行稳压的二极管。 ③发光二极管：利用磷化镓把电能转变成光能的二极管。 ④光电二极管：将光信号转变为电信号的二极管。 ⑤变容二极管：利用反向偏压改变PN结电容量的二极管。 2．型号举例如下：
L）、变压器（
T）等
1．晶体二极管
（1）外形：由密封的管体和两 条正、负电极引线所组成。管体外 壳的标记通常表示正极。如图1.1.1 （a）所示；
（2）符号：如图。其中： 三角形——正极， 竖杠——负极， V——二极管的文字符号。
图1.1.1 晶体二极管的外形 和符号
2．晶体二极管的单向导电性：
中职《电子线路》课件：1.2 晶体二极管整流电路
选管条件：
（1）二极管允许的最大反向电压应大于承受的反向峰值 电压；
（2）二极管允许的最大整流电流应大于流过二极管的实 际工作电流。
电路缺点：电源利用率低，纹波成分大。 解决办法：全波整流
1.2.2 单相全波整流电路 （一）变压器中心抽头式单相全 波整流电路
1. 电路如图 1.2.2：
全波整流桥 变压 式器中心抽头式 V1 、 V2 为 性 能 相 同 的 整 流 二极管；T为电源变压器，作用 是产生大小相等而相位相反的 v2a和v2b。
3．负载和整流二极管上的电压和电流
（1）负载电压VL
VL = 0.45 V2 （2）负载电流IL
（1.2.1）
IL
VL RL
0.45V2 RL
（1.2.2）
（3）二极管正向电流IV和负载电流IZ
IV
IL
0.45V2 RL
（1.2.3）
（4）二极管反向峰值电压VRM
VRM 2V2 1.41V2
（1.2.4）
整流元件组合件称为整流堆，常见的有： （1）半桥：2CQ型，如图1.2.8（a）所示； （2）全桥：QL型，如图1.2.8（b）所示。
优点：电路组成简单、可靠。
图1.2.8 半桥和全桥整流堆
（3）二极管的平均电流IV
IV
1 2
IL
（1.2.9） （1.2.10） （1.2.11）
（4）二极管承受反向峰值电压 VRM
VRM 2V2 （1.2.12）
优点：输出电压高，纹波小，VRM 较低。应用广泛。
[例1.2.1] 有一直流负载，需要直流电压 VL 60V，直
流电流 I L 4 A。若采用桥式整流电路，求电源变压器次
可见，在v1一周期内，流过二极管的电流iV1 、iV2叠加形 成全波脉动直流电流iL，于是RL两端产生全波脉动直流电压 vL。故电路称为全波整流电路。
晶体二极管ppt课件
+
+
注意－： PN－结处－于动态－平衡时+，扩+散电流+ 与漂+移电流
相抵消，通过 PN 结的电流为零。 多子扩散电流
少子漂移电流
动态平衡： 扩散电流 ＝ 漂22移电流 总电流＝0
2、内建电位差：
1.2 PN结
VB
VT ln
NaNd ni2
室温时
锗管 VB 0.2 ~ 0.3 V 硅管 VB 0.5 ~ 0.7 V
→多子扩散形成正向电流I F
P型半导体 空间电荷区 N型半导体
－ － －－
++ ++
－ － － 正－向电流 + + + +
－ － －－ ++ + +
内电场 E
24
R
1.2 PN结与二极管
2、加反向电压——电源正极接N区，负极接P区
外电场的方向与内电场方向相同。
外电场加强内电场 →耗尽层变宽 →漂移运动＞扩散运动
J nd
(q)Dn
dn( x) dx
x
18
小结
半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间 在一定温度下，本征半导体因本征激发而产生自
由电子，故有一定的导电能力，其导电能力主要 由温度决定
杂质半导体的导电能力主要由所掺杂质的浓度决 定，P型半导体空穴是多子，自由电子是少子，N 型半导体中自由电子式多子，空穴是少子
V(B
IR 急剧 ，
R)
PN 结反向击穿。
ID OV
雪崩击穿 齐纳击穿
PN 结掺杂浓度较低(l0 较宽) 发生条件 外加反向电压较大(> 6 V)
晶体二极管(说课课件)2012
1.二极管的组成分为： 2.二极管加正向电压时 、
高等教育出版社出版
、
。 。 之间
，加反向电压时 和
3.二极管的伏安特性是指流过二极管的 的关系。
4.从二极管的伏安特性曲线上我们知道：一般硅二极管 的“死区”电压约为 V。正向电压超过“死区”电压 后，电流随电压按指数规律增长。此时，两端电压降 基本保持不变，硅二极管约为 V，锗二极管约为 V。
《电子技术基础与技能》 张金华主编 说教法
高等教育出版社出版
以学生为主体，落实教学目标。
以学生为中心，教师采用“探究— 发现—证明—应用”的教学模式；突出 活动的组织设计与方法的引导，为学生 搭建参与、交流的平台。
多种教学手段并用，解决重、难点
结合本节教材的重点难点和我们学生 的特点，考虑到中职学校学生已经具有一 定的思维能力，主要突出能力目标的实现。 采取情境教学、实验教学、探究教学、多 媒体动画演示等教学方法，把主动权交给 学生，使学生主动参与到课堂中来。
SHEXIANZHIYEJISHUJIAOYUZHONGXIN
《电子技术基础与技能》 张金华主编
高等教育出版社出版
学情分析
授课对象： 职专12春电子电工班
理论基础差 分析能力较弱
好奇心强
对具体事务 比较感兴趣
喜欢动手 和实践操作
涉县职教中心 张晓刚
SHEXIANZHIYEJISHUJIAOYUZHONGXIN
难 点 问 题 解 决
涉县职教中心 张晓刚
SHEXIANZHIYEJISHUJIAOYUZHONGXIN
分组讨论：当加在二极管两端的电压大小 和方向发生变化时，流过二极管的电流又是如 何变化的呢？ 教师引导学生在原有实验基础上设计新电 路，一起研究二极管电压和电流的关系。教师 和学生一起动手做“研究二极管电压电流关系” 的演示实验，边做边指导学生读数并让学生记 录实验数据；根据数据一起做练习：绘制出 “二极管伏安特性曲线”；利用多媒体课件具 体分析“二极管伏安特性曲线”的特点，并介 绍二极管的主要参数。这个过程重在强化“实 验―记录数据―分析数据―总结规律”的研究 方法，并改变以往演示实验的做法，充分发挥 学生的主体地位。教师引导学生动脑设计、亲 自操作、相互交流、归纳总结，使学生既学习 知识又锻炼能力，爱学更会学。
高等教育出版社出版
、
。 。 之间
，加反向电压时 和
3.二极管的伏安特性是指流过二极管的 的关系。
4.从二极管的伏安特性曲线上我们知道：一般硅二极管 的“死区”电压约为 V。正向电压超过“死区”电压 后，电流随电压按指数规律增长。此时，两端电压降 基本保持不变，硅二极管约为 V，锗二极管约为 V。
《电子技术基础与技能》 张金华主编 说教法
高等教育出版社出版
以学生为主体，落实教学目标。
以学生为中心，教师采用“探究— 发现—证明—应用”的教学模式；突出 活动的组织设计与方法的引导，为学生 搭建参与、交流的平台。
多种教学手段并用，解决重、难点
结合本节教材的重点难点和我们学生 的特点，考虑到中职学校学生已经具有一 定的思维能力，主要突出能力目标的实现。 采取情境教学、实验教学、探究教学、多 媒体动画演示等教学方法，把主动权交给 学生，使学生主动参与到课堂中来。
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授课对象： 职专12春电子电工班
理论基础差 分析能力较弱
好奇心强
对具体事务 比较感兴趣
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难 点 问 题 解 决
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分组讨论：当加在二极管两端的电压大小 和方向发生变化时，流过二极管的电流又是如 何变化的呢？ 教师引导学生在原有实验基础上设计新电 路，一起研究二极管电压和电流的关系。教师 和学生一起动手做“研究二极管电压电流关系” 的演示实验，边做边指导学生读数并让学生记 录实验数据；根据数据一起做练习：绘制出 “二极管伏安特性曲线”；利用多媒体课件具 体分析“二极管伏安特性曲线”的特点，并介 绍二极管的主要参数。这个过程重在强化“实 验―记录数据―分析数据―总结规律”的研究 方法，并改变以往演示实验的做法，充分发挥 学生的主体地位。教师引导学生动脑设计、亲 自操作、相互交流、归纳总结，使学生既学习 知识又锻炼能力，爱学更会学。
晶体二极管伏安特性曲线课件
06
参考文献
参考文献
S.M.Sze, K.K.Ng, "Physics of Semiconductor Devices", 2nd Edition, John Wiley & Sons, 1981.
E.P.Ginhart, "Physics and Engineering of Semiconductor Devices", John Wiley & Sons, 1976.
晶体二极管伏安特性曲线的线性与非线性
80%
线性
在小信号条件下，晶体二极管伏 安特性曲线近似为直线，此时可 以认为二极管为线性器件。
100%
非线性
在大信号或高电压条件下，晶体 二极管伏安特性曲线表现出明显 的非线性特征，即电流与电压之 间不再是线性关系。
80%
应用
线性二极管用于小信号处理，如 音频放大和整流电路；非线性二 极管用于大信号处理，如开关电 源和直流控制电路。
晶体二极管伏安特性曲线的斜率分析
01
在线性区，斜率等于二极管的电 阻，即斜率等于1/βf（βf为电流 放大系数）。
02
在饱和区，斜率趋近于无穷大， 此时二极管的电流几乎不再增加 。
晶体二极管伏安特性曲线的截距分析
纵截距
在伏安特性曲线与纵轴的交点处，代 源自二极管的零偏压电流，通常很小。横截距
在伏安特性曲线与横轴的交点处，代 表二极管的零偏压电阻，通常很大。
03
晶体二极管伏安特性曲线的分析
晶体二极管伏安特性曲线的分段分析
截止区
在伏安特性曲线的左侧，二极 管上的电压小于其阈值电压， 电流几乎为零，二极管处于截 止状态。
线性区
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VT
（或V＞100mV）上式简化为：
I ISe
②反偏且
V VT
V VT
时， I
I S
工程上定义：导通电压 用VD(on)表示，认为V> VD(on)时，PN结正向 导通，I有明显数值，而V<VD(on)时，I很小，PN结截止。 硅PN结：VD(on)=0.7V 锗PN结：VD(on)=0.25V 4、温度特性
+4
受主杂质（Acceptor）
三、漂移和扩散（两种导电机理）
1、漂移运动：载流子在电场的作用下的定向运动。由此产 生的电流——漂移电流（Drift Current）
2、扩散运动：由于载流子浓度分布不均匀而产生的运动。
相应产生的电流——扩散电流（Diffusion Current） 小结：
关键词：载流子
( 电位 加正偏 压时的 耗尽层 未加偏压时 的电位分布
V B-V
合成电场
VB (
V
2、反向特性（反向偏置） 外电压与内电场方向相同 →PN结电位差↑→PN结宽 度↑→总电场↑→破坏原来的 平衡→阻止扩散，加剧漂移 →形成非常小的反向电流 （不计）IS：反向饱和电流， 几乎与外加电压大小无关 硅 IS≈（10
+4
受主杂质（Acceptor）
2、P型半导体
掺入三价元素（硼），形成多空穴、少电子的杂质半导体。 p0=Na+n0≈Na 多数载流子（多子）：空穴
（Na＞＞ni）
少数载流子（少子）：电子
+4
+4
空穴
硼 原 +3 子
结论：①多子的浓度由杂质 浓度决定； ②少子的浓度与温度有关； ③半导体器件温度特性差的 根源
-9~10 -16）A
-
+
R
( 未加偏压 时耗尽层 加反偏压时耗尽层 V B +V
电位
(
VB
合成电场
锗 IS≈（10 -6 ~10 -8）A
IS是温度敏感的参数
Байду номын сангаасT↑→ IS↑
PN反向运用
3、伏安特性 根据理论分析,二极管的电流与端电压存在如下关系:
I I S (e 1)
①正偏且 V
V VT
自 由 电 子
+4
+4
n0=Nd+p0≈Nd
磷 原 +5 子
+4
（Nd＞＞ni）
施主杂质（Donor）
2、P型半导体
掺入三价元素（硼），形成多空穴、少电子的杂质半导体。 p0=Na+n0≈Na 多数载流子（多子）：空穴
（Na＞＞ni）
少数载流子（少子）：电子
+4
+4
硼 原 +3 子
结论：①多子的浓度由杂质 浓度决定； ②少子的浓度与温度有关； ③半导体器件温度特性差的 根源
目标：增加载流子（增加导电能力） 主线：本征半导体 ni=p0 =n0 杂质半导体
P型：多空穴p0≈Na
N型：多电子n0≈Nd
1.2
P区
PN结（半导体器件最基本单元）
N区 (a)
一、PN结形成
一边是P型半导体，一边是N型半导体， 交界面处形成的特殊结构——PN结 载流子浓度差很大→多子扩散运动（ID） →交界面处形成空间电荷区（PN结）→ 内电场→阻止多子扩散运动，少子产生漂 移运动（IT方向与ID相反）→达到动态平 衡（ID = IT）总电流为零→PN结宽度一定 内建电位差VB
第一章 晶体二极管(Diode)
内容： 1、简单讨论半导体的特性（熟悉常用术语） 2、二极管特性——模型分析法（分段线性模型）
应用电路
正极
positive
P
N
负极
negative
整 流
稳 压
限 幅
正极
(a ) 负极 (b )
1.1 半导体物理基础知识
硅（Si） 锗（Ge） 砷化镓（GaAs）
＋14
二、PN结的伏安特性
PN结在不同的运用状态下表现的特性不同，掌握这些特性是理 解和使用晶体二极管、三极管的重要依据。 1、正向特性（正向偏置） 外电压与内电场方向相反 →PN结电位差↓→PN结 宽度↓→总电场↓→破坏原 来的平衡→扩散加剧，漂 移减弱→形成较大的正向 电流
P区
R
+
V
N区
未加偏压时 的耗尽层
问题：本征半导体导电能力很低。
二、杂质半导体（Doped Semiconductor）
掺入一定量的杂质元素，导电能力显著增加。 1、N型半导体 掺入五价元素（磷），形成多电子、少空穴的杂质半导体。 多数载流子（多子）：电子 少数载流子（少子）：空穴 n0p0=ni2 n0=Nd+p0≈Nd
+4
+4
＋4
＋4
(a ) 原子晶阵四面体结构
(b )
硅和锗共价键结构
1、本征激发
T↑（或光照）→价电子获得能量→挣脱共价键束缚→自由 电子→共价键中留下空位（空穴）
带正电
空穴 能移动（价电子填补空位的运动） 载流子 特征：成对出现， 数目相等。
（自由）电子 本征激发→产生两种载流子 空穴
复合：本征激发逆过程（电子空穴相遇→释放能量→成对消失）
磷 原 +5 子
多 余 电 子
+4
（Nd＞＞ni）
施主杂质（Donor）
二、杂质半导体（Doped Semiconductor）
掺入一定量的杂质元素，导电能力显著增加。 1、N型半导体 掺入五价元素（磷），形成多电子、少空穴的杂质半导体。 多数载流子（多子）：电子 少数载流子（少子）：空穴 n0p0=ni2
i T
T↑→少子↑→IS↑→正向电流↑
＋4
＋32 ＋4
简化模型
(a ) (b )
硅和锗的原子结构模型
一 本征半导体(Intrinsic Semiconductors) 完全纯净,结构完整的半导体晶体。 T=0K（–273℃），本征半导体中没有可移动的带电粒子（载 流子），不能导电，相当于绝缘体。
共价键 共价键中的 两个电子
＋4
＋4
价电子 A
2、热平衡载流子浓度ni
T一定时，本征激发和复合达到动态平衡，此时载流子浓度ni是 一定的。 ni=p0 =n0 p0 热平衡空穴浓度 n0 热平衡电子浓度
ni是温度的函数。T↑→ni↑↑ 在室温（T=300K）时，硅的 ni≈1.5×10 10cm -3，锗的 ni≈2.4×10 13cm -3 硅的原子密度为4.96×1022 cm -3 ，ni仅 为三万亿分之一。
P区
耗尽层 空间电荷区
N区 (b)
ID
内建电场
IT
VB
kT VT q (c)
热电压 室温
Na Nd VB VT ln 2 ni
VT 26mV
PN (a)初始状态; (b)平衡状态; (c)电位分布
硅 VB=0.5~0.7V 锗VB ≈0.2~0.3V T↑→VB↓(负温度系数) -2.5mV/℃