第七章 电工电子课件

第7章 半导体二极 管
【学习目标】 1）掌握PN结的单向导电性。 2）熟悉晶体二极管的基本结构、工作原理、特性 曲线及主要参数。 【能力目标】 1）具有利用万用表对晶体二极管的质量及极性进 行简单判断的能力。 2）对于包含晶体二极管的电路具有独立分析和计 算的能力。
7.1 半导体的基本知识
1.半导体的导电特性
PN结的形成示意图：
2）PN结的单向导电性
如图所示，说明PN结具有单向导电的特性。
a）
b）
PN结的单向导电性 a）P接电源正极灯亮 b）P接电源负极灯不亮
当给PN结加正向电压（正向偏臵），即外电源的正 极接P区，负极接N区，如图所示，这时在PN结中有大量 的载流子运动，所以PN结呈低电阻状态。
P型半导体
4.PN结的形成和特性
1）PN结的形成 在一块完整的本征硅（或锗）片上，两边分别形成P 型和N型半导体。P区空穴多、电子少，N区电子多、空穴 少，于是在交界面处发生多数载流子的扩散运动使交界面 附近的 P区出现一层不能移动的带负电荷的离子区，N区 出现一层不能移动的带正电荷的离子区。于是，在交界面 附近形成一个空间电荷区，这个空间电荷区就是PN结。如 图所示。
本征激发
3.杂质半导体 在本征半导体中有控制有选择地掺入微量的有用 杂质，就能制成具有特定导电性能的杂质半导体。 1）N 型半导体 半导体以自由电子导电 为主，称为电子型半导体， 简称 N 型半导体。在 N 型 半导体中，自由电子为多数 载流子，空穴为少数载流子。
N型半导体
2）P型半导体 半导体以空穴导电为主，称为空穴型半导体，简称 P 型半导体。在 P 型半导体中，空穴为多数载流子，自由 电子为少数载流子。
7.3 稳压二极管稳压电路
1.稳压二极管
1） 稳压二极管简介
稳压二极管是一种特殊的二极管，当稳压二极管工作 在击穿状态时微小的端电压变化就会引起通过其中电流的 急剧变化，利用这种特性在电路中与适当的电阻配合就能 起到稳定电压的ห้องสมุดไป่ตู้用，故称其为稳压二极管。 【稳压二极管的符号】
稳压二极管的符号
2） 稳压二极管的伏安特性 稳压二极管的伏安特性与普通二极管基本相似。 如图所示。
Z Z Z
（e）最大允许耗散功率PZM 管子不致发生热击穿而损坏的最大功率损耗，它 等于最大稳定电流与相应稳定电压的乘积。 2.稳压管稳压电路 1)稳压电路的工作原理 如图分析：
稳压管稳压电路
（1）当负载电阻不变，输入电压 Ui增大时，将引起 输出电压 U0（UZ）的增加，稳压二极管的电流 IZ也会显
PN结正向偏臵
如果给PN结加反向电压，即外电源的正极接N区，负 极接P区如图所示。由于少数载流子数量很少，仅能形 成很小的反向电流，PN结呈高电阻状态
PN结反向偏臵
7.2 半导体二极管
1.半导体二极管的结构
二极管是由PN结加上相应的电极引线和管壳做成 的。P区引出的电极称为正极（阳极），N区引出的电
2）稳压电路元件的选择 根据负载的要求组成稳压电路时，主要是选择稳 压二极管DZ和限流电阻R。 稳压管DZ的选择主要从电路的输出电压值和负载 电流的大小两方面进行考虑。
限流电阻R在电路中起到保护稳压管和调整电压的 作用，选择时要从它的阻值和额定功率两方面来考虑。
热敏特性 热敏特性是指半导体的电阻率随温度升高而显著减小 的特性。 光敏特性 有的半导体材料在无光照时电阻率很高，而一旦受到 光线照射后电阻率显著下降。这种特性称光敏特性。 掺杂特性 在纯净的半导体材料中掺入某种微量的元素（如硼和 磷等）后，其导电能力将猛增几万倍甚至百万倍。这是半 导体最显著、最突出的特性。
稳压二极管的伏安特性
3）稳压二极管的主要参数 （a）稳定电压 UZ 稳压二极管在正常工作时管子两端的电压。 （b）稳定电流IZ 稳压二极管在正常工作情况下的电流。 （c）最大稳定电流 IZM 稳压二极管允许通过的最大反向电流。 稳压二极管工作时的电流应小于这个电流，若超过这个 值管子会因电流过大造成热击穿而损坏。 （d）动态电阻 rZ 指稳压二极管在正常工作时，其电压的变化量与相应电 U r 流变化量的比值，即 ，动态电阻rZ就越小，稳压性 I 能也就越好。
极称为负极（阴极）。
【二极管的符号】
a）点接触型
b）面接触型
c）符号
二极管的结构和符号
2.半导体二极管的伏安特性 二极管的伏安特性是指其两端的电压与流过它的电流 之间的关系曲线，如图所示。 【二极管的伏安特性曲线】
二极管的伏安特性
1）正向特性 当外加正向电压很小时，正向电流很小，几乎为零。 当正向电压超过一定数值后，电流增长很快。这个电压称 为死区电压，一般硅管的死区电压约为0.5V，锗管约为 0.2V。二极管正向导通后，电流上升很快，但管压降变化 很小，硅管的正向压降约为 0.6-0.8V。 2）反向特性 在给二极管加反向电压时，随着反向电压的增大，反 向电流基本不变，且数值很小，称为反向饱和电流。小功 率硅管的反向电流一般小于 0.1μA。当反向电压增加到 一定数值时，反向电流将急剧增加，使二极管失去单向导 电性，这种现象称为反向击穿，使用时应以避免。
著增加，结果使电流 IR增大，R上的压降增加，负载电 压 U0的数值有所减小。同理，如果 Ui减小时，负载电压 U0也减小，因此 IZ显著减小，使 IR减小，导致 R上的压 降也减小，使U0的数值近似不变 ;
（2） 假设输入电压 Ui保持不变，负载电阻 RL变 小， U0因而下降。稳压二极管的电流 IZ显著减小， 电流 IR和电阻上的压降 UR就减小，使已经降低的负 载电压 U0回升而基本保持不变。
3.二极管的主要参数 最大整流电流 IFM
最大整流电流是指二极管长期工作，允许通过的最大 正向平均电流。 最高反向电压 URM 最高反向电压是保证二极管不被击穿而给出的最高反 向工作电压。 最大反向电流 IRM 最大反向电流是指给二极管加最大反向电压时的反向 电流值。
在选用二极管时，要根据管子的参数去选择，既要使 管子能得到充分利用，又要保证管子能够安全工作。
2. 本征半导体
本征半导体，就是纯净的、
不含“杂质”的、而且具有完整
晶体结构的半导体。
1）本征半导体的结构模型
硅单晶体的共价键结构
2） 本征激发 由于半导体材料中的价电子受共价键的束缚力较 小，在一定的温度下或在一定强度光的照射下，少数 价电子可以获得足够的能量而挣脱共价键的束缚，成 为自由电子，这种物理现象称为本征激发，如图所示。