二极管及其基本电路
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第02章 半导体二极管及基本电路
一、N 型半导体：
N型
电子为多数载流子
+4 +4 +4
空穴为少数载流子
+4 +5 +4 自由电子
磷原子 施主原子
载流子数 电子数
N型杂质半导体的特点：
1、与本征激发不同，施主原子在提供多余电子的同时 并不产生空穴，而成为正离子被束缚在晶格结构 中，不能自由移动，不起导电作用。
2、在室温下，多余电子全部被激发为自由电子，故N
特性 符号及等效模型：
iD
uD
S
S
正向偏置时： 管压降为0，电阻也为0。 反向偏置时： 电流为0，电阻为∞。
正偏导通，uD = 0； 反偏截止， iD = 0 R =
二、二极管的恒压降模型
iD U (BR) URM O IF uD
iD UD(on) uD
uD = UD(on)
0.7 V (Si) 0.2 V (Ge)
iD 急剧上升
死区 电压
UD(on) = (0.6 0.8) V 硅管 0.7 V (0.1 0.3) V 锗管 0.2 V iD = IS < 0.1 A(硅) 几十 A (锗) 反向电流急剧增大 (反向击穿)
U(BR) U 0 U < U(BR)
反向击穿类型： 电击穿 — PN 结未损坏，断电即恢复。 热击穿 — PN 结烧毁。 反向击穿原因： 齐纳击穿： 反向电场太强，将电子强行拉出共价键。 (Zener) (击穿电压 < 6 V) 反向电场使电子加速，动能增大，撞击 雪崩击穿： 使自由电子数突增。 (击穿电压 > 6 V)
t
例: ui = 2 sin t (V)，分析二极管的限幅作用。 1、 0.7 V < ui < 0.7 V
二极管基本电路及其分析方法
e
v D /VT Q
VT ID
iD VT
Q
ID VT
则 rd
1 gd
VT ID
常温下（T=300K）
rd
26 ( mV ) I D ( mA )
2. 模型分析法应用举例
1) 整流电路 2）限幅电路 3）开关电路 4）低电压稳压电路 5）箝位电路 6）其它电路
分析方法：
1）选取参考点； 2）用理想模型、恒压降或折线模型代替二极管； 3）断开理想二极管，求N、P两端的电压。
vd
_ R
+
vO
_
7) 其它电路
＋VCC ＋VCC
－
＋
vi
＋
－
-VEE
vo
-VEE
vo
防止共模输入电压过大
防止电源反接
－ ＋
vo
防止差模输入电压过大
2．模型分析法应用举例
（6）小信号工作情况分析
直流通路、交流通路、静态、动态 等概念，在放大电路的分析中非常重要。
图示电路中，VDD = 5V，R = 5k，恒压降模型的VD=0.7V，vs = 0.1sint V。 （1）求输出电压vO的交流量和总量；（2）绘出vO的波形。
t
vo
3 0
t
2）用恒压降模型分析
+
vi – R D
0.7
+
vo –
VREF
当vi 3 0.7时，D通，vO 3.7V
当vi 3 0.7时，D止，vO vi
（3）限幅电路 电路如图，R = 1kΩ，VREF = 3V，二极管为硅二极管。分别 用理想模型和恒压降模型求解，当vI = 6sint V时，绘出相应的输 出电压vO的波形。
发光二极管电路
发光二极管电路发光二极管（LED）是一种半导体器件，具有高效、节能、寿命长等优点，因此在现代电子技术中得到了广泛应用。
本文将介绍发光二极管电路的基本原理、常见电路和应用。
一、基本原理发光二极管是一种具有单向导电性的半导体器件，其结构类似于普通二极管，但在PN结上加入了特殊的材料，使其能够发出光。
当LED正向偏置时，电子从N区向P区流动，与空穴复合时会释放出能量，这些能量以光的形式发射出来，形成发光现象。
二、常见电路1.单个LED电路单个LED电路是最简单的LED电路，只需要将LED连接到电源上即可。
但是，由于LED的电压和电流都比较低，需要使用限流电阻来保护LED，防止过流过压损坏LED。
2.串联LED电路串联LED电路是将多个LED连接在一起，形成串联电路。
由于LED的电压是固定的，因此需要根据串联LED的数量来选择合适的电源电压。
同时，为了保护每个LED，需要在每个LED之间加上限流电阻，以保证电流均匀分配。
3.并联LED电路并联LED电路是将多个LED连接在一起，形成并联电路。
由于LED的电流是固定的，因此需要根据并联LED的数量来选择合适的电源电流。
同时，为了保护每个LED，需要在每个LED之间加上限压电阻，以保证电压均匀分配。
三、应用1.照明LED照明是目前最为广泛的LED应用之一。
由于LED具有高效、节能、寿命长等优点，因此被广泛应用于室内照明、路灯、汽车照明等领域。
2.显示LED显示是另一个重要的LED应用领域。
由于LED具有高亮度、高对比度、高刷新率等优点，因此被广泛应用于数码管、点阵屏、大屏幕等显示设备中。
3.信号指示LED信号指示是LED应用的另一个重要领域。
由于LED具有高亮度、寿命长等优点，因此被广泛应用于电子产品中的指示灯、警示灯等。
发光二极管电路是现代电子技术中不可或缺的一部分，其应用范围广泛，未来还将有更多的应用领域。
二极管及其基本电路
二极管及其基本电路
二极管是一种具有单向导电性的电子器件，它只允许电流在一个方向上流动，而在相反的方向上则被阻止。
二极管的基本电路包括二极管本身以及与其连接的电路。
在基本电路中，二极管通常与电阻、电容等元件一起构成电路。
例如，在整流电路中，二极管被用来将交流电转换为直流电；在限幅电路中，二极管被用来限制电路中的电压或电流；在开关电路中，二极管被用来控制电路的通断。
二极管的基本工作原理是利用其单向导电性。
当正向电压加在二极管上时，二极管导通，电流可以通过；而当反向电压加在二极管上时，二极管截止，电流无法通过。
这种特性使得二极管在电路中具有重要的作用。
需要注意的是，不同类型的二极管具有不同的特性和应用。
例如，硅二极管和锗二极管的导通电压不同，硅二极管的导通电压为0.6V左右，而锗二极管的导通电压为0.2V左右。
因此，在使用二极管时，需要根据具体的电路需求选择合适的二极管类型。
二极管及其基本电路
荷区以后，由 于正负电荷之间的相互作 用，在空间电荷区中就形 成了一个电场，其方向是 从带正电的N区指向带负 电的P区。 电场是由载流子扩散运动 形成的，称为内电场。 显然，这个内电场的方向 是阻止扩散的，因为这个 电场的方向与载流子扩散 运动的方向相反。
6
杂质半导体
在本征半导体中掺入微量的杂质，就会使半导体的导 电性能发生显著的改变。 因掺入杂质的性质不同，杂质半导体可分为空穴(P) 型半导体和电子(N)型半导体两大类。
7
P型半导体
在硅或锗的晶体内渗入少量三价元素杂质，如硼(或 铟)等，因硼原子只有三个价电子，它与周围硅原于 组成共价键时，缺少一个电子，在晶体中便产生一个 空位。 当相邻共价键上的电子受到热振动或在其他激发获得 能量时，有可能填补这个空位，使硼原子成为不能移 动的负离子；而原来硅原子的共价键，则因缺少一个 电子，形成了空穴。 因为硼原子在硅晶体中能接受电子，故称硼为受主杂 质或P型杂质，受主杂质除硼外, 尚有铟和铝。加入砷 化镓的受主原子包括元素周期表中的II族元素(作为镓 原子的受主)或IV族元素(作为砷原子的受主)。
12
PN结的形成
P型半导体和N型半导体结合后，在它们的交界处就 出现了电子和空穴的浓度差别，N型区内电子多而空 穴少，P型区内则相反，空穴多而电子少。 电子和空穴都要从浓度高的地方向着浓度低的地方扩 散。电子要从N型区向P型区扩散，空穴要从P型区向 N型区扩散。 电子和空穴都是带电的，它们扩散的结果就使P区和 N区中原来保持的电中性被破坏了。
N型半导体的共价键结构
在掺入杂质后，载流子的数目都有相当程度的增加。 若每个受主杂质都能产生一个空穴，或者每个施主杂 质都能产生一个自由电子，则尽管杂质含量很微，但 它们对半导体的导电能力却有很大的影响。
6
杂质半导体
在本征半导体中掺入微量的杂质，就会使半导体的导 电性能发生显著的改变。 因掺入杂质的性质不同，杂质半导体可分为空穴(P) 型半导体和电子(N)型半导体两大类。
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P型半导体
在硅或锗的晶体内渗入少量三价元素杂质，如硼(或 铟)等，因硼原子只有三个价电子，它与周围硅原于 组成共价键时，缺少一个电子，在晶体中便产生一个 空位。 当相邻共价键上的电子受到热振动或在其他激发获得 能量时，有可能填补这个空位，使硼原子成为不能移 动的负离子；而原来硅原子的共价键，则因缺少一个 电子，形成了空穴。 因为硼原子在硅晶体中能接受电子，故称硼为受主杂 质或P型杂质，受主杂质除硼外, 尚有铟和铝。加入砷 化镓的受主原子包括元素周期表中的II族元素(作为镓 原子的受主)或IV族元素(作为砷原子的受主)。
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PN结的形成
P型半导体和N型半导体结合后，在它们的交界处就 出现了电子和空穴的浓度差别，N型区内电子多而空 穴少，P型区内则相反，空穴多而电子少。 电子和空穴都要从浓度高的地方向着浓度低的地方扩 散。电子要从N型区向P型区扩散，空穴要从P型区向 N型区扩散。 电子和空穴都是带电的，它们扩散的结果就使P区和 N区中原来保持的电中性被破坏了。
N型半导体的共价键结构
在掺入杂质后，载流子的数目都有相当程度的增加。 若每个受主杂质都能产生一个空穴，或者每个施主杂 质都能产生一个自由电子，则尽管杂质含量很微，但 它们对半导体的导电能力却有很大的影响。
模拟电子技术 例题
5、集成电路运算放大器 例 1．集成运放的输入级为什么采用差分式放大电路？对集成运放的中间级和输 出级各有什么要求？一般采用什么样的电路形式？
集成运算放大器是一个高增益直接耦合多级放大电路，直耦多级放大电路 存在零点漂移现象，尤以输入级的零点漂移最为严重。差动放大电路利用电路 的对称性和发射级电阻 Re 或恒流源形成的共模负反馈，对零点漂移有很强的抑 制所用，所以输入级常采用差分放大电路，它对共模信号有很强的抑制力。
解： 分析方法 ： （1）将 D1、D2 从电路中断开，分别出 D1、D2 两端的电压； （2）根据二极管的单向导电性，二极管承受正向电压则导通，反之则截止。若 两管都承受正向电压，则正向电压大的管子优先导通，然后再按以上方法分析 其它管子的工作情况。 本题中：Ｖ12=12V，Ｖ34=12+4=16V，所以 D2 优先导通，此时，Ｖ12=-4V，所 以 D1 管子截止。ＶA0 = -4V。
解：（1）Ｖi=10V 时 Ｖim=14V ,Ｖom=14V Ｐo=Ｖom×Ｖom/2ＲL=142/(2×8)=12.25W ＰT1=1/ＲL.(ＶccＶom/Ｔ1-ＶomＶom/4)=5.02W η=Ｐo/Ｐv=12.25/22.29×100%=54.96% (2) Ｖim=Ｖcc=20V Ｖom=20V Ｐo=20×20/(2×8)=25W ＰT1=6.85W Ｐv=31.85W η=78.5%
ＶCEQ1=ＶCEQ2 =ＶC -ＶE =(6-Rc.ＩCQ )-(-0.7)=3.58V 2.求差模电压放大倍数。 思路：首先画出差模信号工作时电路交流通路,Re 电阻交流短接。然后利用第三 章放大电路分析方法进行求解。 Avd =Vo/Vi= -βRc/(Rb+ｒbe) ｒbe= ｒbb'+(1+β)26/ＩEQ =100+(1+100)26/0.52 =5.15K 所以，Avd=-84 3.求输入电阻及输出电阻 由交流通路可直接求得 Rid=2(Rb +ｒbe )=14.3K Rod=2Rc =1.2K
集成运算放大器是一个高增益直接耦合多级放大电路，直耦多级放大电路 存在零点漂移现象，尤以输入级的零点漂移最为严重。差动放大电路利用电路 的对称性和发射级电阻 Re 或恒流源形成的共模负反馈，对零点漂移有很强的抑 制所用，所以输入级常采用差分放大电路，它对共模信号有很强的抑制力。
解： 分析方法 ： （1）将 D1、D2 从电路中断开，分别出 D1、D2 两端的电压； （2）根据二极管的单向导电性，二极管承受正向电压则导通，反之则截止。若 两管都承受正向电压，则正向电压大的管子优先导通，然后再按以上方法分析 其它管子的工作情况。 本题中：Ｖ12=12V，Ｖ34=12+4=16V，所以 D2 优先导通，此时，Ｖ12=-4V，所 以 D1 管子截止。ＶA0 = -4V。
解：（1）Ｖi=10V 时 Ｖim=14V ,Ｖom=14V Ｐo=Ｖom×Ｖom/2ＲL=142/(2×8)=12.25W ＰT1=1/ＲL.(ＶccＶom/Ｔ1-ＶomＶom/4)=5.02W η=Ｐo/Ｐv=12.25/22.29×100%=54.96% (2) Ｖim=Ｖcc=20V Ｖom=20V Ｐo=20×20/(2×8)=25W ＰT1=6.85W Ｐv=31.85W η=78.5%
ＶCEQ1=ＶCEQ2 =ＶC -ＶE =(6-Rc.ＩCQ )-(-0.7)=3.58V 2.求差模电压放大倍数。 思路：首先画出差模信号工作时电路交流通路,Re 电阻交流短接。然后利用第三 章放大电路分析方法进行求解。 Avd =Vo/Vi= -βRc/(Rb+ｒbe) ｒbe= ｒbb'+(1+β)26/ＩEQ =100+(1+100)26/0.52 =5.15K 所以，Avd=-84 3.求输入电阻及输出电阻 由交流通路可直接求得 Rid=2(Rb +ｒbe )=14.3K Rod=2Rc =1.2K
二极管及其基本电路
图2-3 空穴在晶格中的移动
（动画1-2）
3.1.2 杂质半导体
(1) N型半导体 (2) P型半导体
在本征半导体中掺入某些微量元素作 为杂质，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。
(1）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 图2-4 N型半导体结构示意图 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。 提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为 正离子，因此五价杂质原子也称为施主杂质。N型半导 体的结构示意图如图2-4所示。
I I S (e
VD
VT
1)
式中IS 为反向饱和电流，VD 为二极管两端的 电压降，VT =kT/q 称为温度的电压当量，k为玻耳 兹曼常数，q 为电子电荷量，T 为热力学温度。对 于室温（相当T=300 K），则有VT=26 mV。
(1) 正向特性
当V＞0即处于正向特性区域。 正向区又分为两段：
图 2-8 PN结加反向电压时的 导电情况
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
图 2-8 PN结加反向电压时 的导电情况
（动画1-5）
流。由此可以得出结 论：PN结具有单向导
电性。
总之：PN结正向电阻小，反向电阻大——单向导电性。
PN结面积大，用 于工频大电流整流电路。
二极管及其基本电路
vD
nV T
指数 关系
D
当加反向电压时： v
vD<0，当|vD|>>|V T |时 e 则 iD IS
常数
nV T
1
4、PN结的反向击穿
二极管处于反向偏置时，在一定的电压范围内，流过 PN结的电流很小，但电压超过某一数值(反向击穿电压)时， 反向电流急剧增加，这种现象就称为PN结的反向击穿。
+4 +4 +4
+4
+3
+4
+4
+4
+4
自 由 电 子 空 穴 对
P型半导体的示意方法
空穴 受 主 离 子
－ － －
－ － －
－ － －
－ －
－
2.N型半导体
在硅（或锗）的晶体中掺入少量的五价元素杂质。(磷、锑)
硅原子
多余电子
+4
+4
+4
磷原子多余的电子易受 热激发而成为自由电子， 使磷原子成为不能移动的 正离子。 磷→施主杂质、N型杂质
正偏时，结电容较大，CJ≈CD 反偏时，结电容较小，CJ≈CB
§1.2 二极管
1.2.1 二极管的结构
PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。
（Anode）
1、二极管的电路符号：
2、分类
（Kathode）
按结构分：点接触型，面接触型，平面型。
按用途分：整流二极管，检波二极管，稳压二极管，„„。 按材料分：硅二极管，锗二极管。
（3）PN结的V--I 特性及表达式
i D I S (e
vD
nV T
1)
vD ：PN结两端的外加电压
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3.2.1 PN结的形成
P区
N区
()
耗 尽层
P区
空 间电 荷 区
N区
(b)
内 建电 场
U (c)
平衡状态下的PN (a)初始状态; (b)平衡状态; (c)电位分布
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在一对块于本P征型半半导导体体两和侧N型通半过导扩体散结不合同面的，杂离质,
分子别薄形层成形N型成半的导空体间和电P荷型区半称导为体P。N结此。时将在N型 半导体和在P空型间半电导荷体区的，结由合于面缺上少形多成子如，下所物以理也过 程称: 耗尽层。
(1) PN结加正向电压时
• 低电阻 • 大的正向扩散电流
iD/mA 1.0
0.5
–1.0 –0.5 0 0.5 1.0 vD/V
PN结的伏安特性
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3.2.2 PN结的单向导电性
R
E ＋－
未加 偏压时
P区
的耗 尽层
N区
电位
(a)
加正 偏 压时 的 耗尽 层
未加 偏压时 的电 位分布
合成 电场
U －E U ( b )
PN结正向运用
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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
最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。
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3.2.2 PN结的单向导电性
当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压， 简称正偏；反之称为加反向电压，简称反偏。
本征半导体中的自由电子和空穴数总 是相等的。
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3.1.4 杂质半导体
在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质， 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。
N型半导体——掺入五价杂质元素（如磷）的 半导体。
P型半导体——掺入三价杂质元素（如硼） 的半导体。
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3.1.3 本征半导体
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3.1.3 本征半导体
由于共价键出现了空穴，在外加电场 或其它能源的作用下，邻近价电子就可填 补到这个空位上，而在这个电子原来的位 置上又留下新的空位，以后其它电子又可 转移到这个新的空位。这样就使共价键中 出现一定的电荷迁移。空穴的移动方向和 电子移动的方向是相反的。
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3.1.2 半导体的共价键结构
硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构
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3.1.2 半导体的共价键结构
硅晶体的空间排列
共价 键中的 共价键 两个电子
＋4
＋4
A
＋4
＋4
(b) (a)
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3.1.3 本征半导体
本征半导体——化学成分纯净的半导体。它在物理结构上呈单晶体形态。
本节中的有关概念
• 本征半导体、杂质半导体 • 施主杂质、受主杂质 • N型半导体、P型半导体 • 自由电子、空穴 • 多数载流子、少数载流子
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3.2 PN结的形成及特性 3.2.1 PN结的形成 3.2.2 PN结的单向导电性 3.2.3 PN结的反向击穿 3.2.4 PN结的电容效应
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半导体有以下特点： 1．半导体的导电能力介于导体与绝缘体之间 2．半导体受外界光和热的激励时，其导电能力 将会有显著变化。 3．在纯净半导体中，加入微量的杂质，其导电 能力会显著增加。
6
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3.1.2 半导体的共价键结构
在电子器件中，用得最多的半导体材料是硅 和锗，它们的简化原子模型如下图所示。硅和锗 都是四价元素，在其最外层原子轨道上具有四个 电子，称为价电子。由于原子呈中性，故在图中 原子核用带圆圈的+4符号表示。半导体与金属和 许多绝缘体一样，均具有晶体结构，它们的原子 形成有排列，邻近原子之间由共价键联结，其晶 体结构示意图如下所示。图中表示的是晶体的二 维结构，实际上半导体晶体结构是三维的。
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1. N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。
提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子， 因此五价杂质原子也称为施主杂质。
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2. P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。
在P型半导体中空穴是多数载流子，它主要由掺 杂形成；自由电子是少数载流子， 由热激发形成。
空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。 三价杂质 因而也称为受主杂质。
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空穴——共价键中的空位。
电子空穴对——由热激发而产生的 自由电子和空穴对。
空穴的移动——空穴的运动是靠相邻 共价键中的价电子依次充填空穴来实 现的。
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3.1.3 本征半导体
本征激发 在室温下，本征半导体共价键中的价电子获得足够的 能量，挣脱共价键的束缚进入导带，成为自由电子，在晶 体中产生电子-空穴对的现象称为本征激发. 空穴的出现是半导体区别于导体的一个重要特点.
4
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3.1.1 半导体材料 根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、
绝缘体和半导体。 导电性能介于导体与绝缘体之间材料，称为半
导体。 在电子器件中，常用的半导体材料有：元素半
导体，如硅（Si）、锗（Ge）等；化合物半导体， 如砷化镓（GaAs）等。其中硅是最常用的一种半导 体材料。
主要内容 1. 半导体的基本知识 2. PN结的形成及特点 3. 半导体二极管的结构、特性、参 数、模型及应用电路
1
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基本要求 1. 了解半导体的基础知识 2. 理解PN结的单向导电工作原理 3. 掌握二极管（包括稳压管）的V-I特性 及主要性能指标 4. 掌握二极管电路的分析方法和应用
2
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3.1 半导体的基本知识 3.2 PN结的形成及特性 3.3 半导体二极管 3.4 二极管的基本电路及其分析方法 3.5 特殊二极管
3
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3.1 半导体的基本知识 3.1.1 半导体材料 3.1.2 半导体的共价键结构 3.1.3 本征半导体 3.1.4 杂质半导体
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3.2.1 PN结的形成
P区
N区
()
耗 尽层
P区
空 间电 荷 区
N区
(b)
内 建电 场
U (c)
平衡状态下的PN (a)初始状态; (b)平衡状态; (c)电位分布
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在一对块于本P征型半半导导体体两和侧N型通半过导扩体散结不合同面的，杂离质,
分子别薄形层成形N型成半的导空体间和电P荷型区半称导为体P。N结此。时将在N型 半导体和在P空型间半电导荷体区的，结由合于面缺上少形多成子如，下所物以理也过 程称: 耗尽层。
(1) PN结加正向电压时
• 低电阻 • 大的正向扩散电流
iD/mA 1.0
0.5
–1.0 –0.5 0 0.5 1.0 vD/V
PN结的伏安特性
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3.2.2 PN结的单向导电性
R
E ＋－
未加 偏压时
P区
的耗 尽层
N区
电位
(a)
加正 偏 压时 的 耗尽 层
未加 偏压时 的电 位分布
合成 电场
U －E U ( b )
PN结正向运用
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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
最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。
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3.2.2 PN结的单向导电性
当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压， 简称正偏；反之称为加反向电压，简称反偏。
本征半导体中的自由电子和空穴数总 是相等的。
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3.1.4 杂质半导体
在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质， 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。
N型半导体——掺入五价杂质元素（如磷）的 半导体。
P型半导体——掺入三价杂质元素（如硼） 的半导体。
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3.1.3 本征半导体
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3.1.3 本征半导体
由于共价键出现了空穴，在外加电场 或其它能源的作用下，邻近价电子就可填 补到这个空位上，而在这个电子原来的位 置上又留下新的空位，以后其它电子又可 转移到这个新的空位。这样就使共价键中 出现一定的电荷迁移。空穴的移动方向和 电子移动的方向是相反的。
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3.1.2 半导体的共价键结构
硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构
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3.1.2 半导体的共价键结构
硅晶体的空间排列
共价 键中的 共价键 两个电子
＋4
＋4
A
＋4
＋4
(b) (a)
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3.1.3 本征半导体
本征半导体——化学成分纯净的半导体。它在物理结构上呈单晶体形态。
本节中的有关概念
• 本征半导体、杂质半导体 • 施主杂质、受主杂质 • N型半导体、P型半导体 • 自由电子、空穴 • 多数载流子、少数载流子
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3.2 PN结的形成及特性 3.2.1 PN结的形成 3.2.2 PN结的单向导电性 3.2.3 PN结的反向击穿 3.2.4 PN结的电容效应
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半导体有以下特点： 1．半导体的导电能力介于导体与绝缘体之间 2．半导体受外界光和热的激励时，其导电能力 将会有显著变化。 3．在纯净半导体中，加入微量的杂质，其导电 能力会显著增加。
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3.1.2 半导体的共价键结构
在电子器件中，用得最多的半导体材料是硅 和锗，它们的简化原子模型如下图所示。硅和锗 都是四价元素，在其最外层原子轨道上具有四个 电子，称为价电子。由于原子呈中性，故在图中 原子核用带圆圈的+4符号表示。半导体与金属和 许多绝缘体一样，均具有晶体结构，它们的原子 形成有排列，邻近原子之间由共价键联结，其晶 体结构示意图如下所示。图中表示的是晶体的二 维结构，实际上半导体晶体结构是三维的。
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1. N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。
提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子， 因此五价杂质原子也称为施主杂质。
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2. P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。
在P型半导体中空穴是多数载流子，它主要由掺 杂形成；自由电子是少数载流子， 由热激发形成。
空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。 三价杂质 因而也称为受主杂质。
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空穴——共价键中的空位。
电子空穴对——由热激发而产生的 自由电子和空穴对。
空穴的移动——空穴的运动是靠相邻 共价键中的价电子依次充填空穴来实 现的。
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3.1.3 本征半导体
本征激发 在室温下，本征半导体共价键中的价电子获得足够的 能量，挣脱共价键的束缚进入导带，成为自由电子，在晶 体中产生电子-空穴对的现象称为本征激发. 空穴的出现是半导体区别于导体的一个重要特点.
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3.1.1 半导体材料 根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、
绝缘体和半导体。 导电性能介于导体与绝缘体之间材料，称为半
导体。 在电子器件中，常用的半导体材料有：元素半
导体，如硅（Si）、锗（Ge）等；化合物半导体， 如砷化镓（GaAs）等。其中硅是最常用的一种半导 体材料。
主要内容 1. 半导体的基本知识 2. PN结的形成及特点 3. 半导体二极管的结构、特性、参 数、模型及应用电路
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基本要求 1. 了解半导体的基础知识 2. 理解PN结的单向导电工作原理 3. 掌握二极管（包括稳压管）的V-I特性 及主要性能指标 4. 掌握二极管电路的分析方法和应用
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3.1 半导体的基本知识 3.2 PN结的形成及特性 3.3 半导体二极管 3.4 二极管的基本电路及其分析方法 3.5 特殊二极管
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3.1 半导体的基本知识 3.1.1 半导体材料 3.1.2 半导体的共价键结构 3.1.3 本征半导体 3.1.4 杂质半导体