晶体二极管的结构、特性
晶体管分类
一）晶体管的结构特性1．晶体管的结构晶体管内部由两PN结构成，其三个电极分别为集电极（用字母C或c表示），基极（用字母B或b表示）和发射极（用字母E或e表示）。
如图5-4所示，晶体管的两个PN结分别称为集电结（C、B极之间）和发射结（B、E极之间），发射结与集电结之间为基区。
根据结构不同，晶体管可分为PNP型和NPN型两类。
在电路图形符号上可以看出两种类型晶体管的发射极箭头（代表集电极电流的方向）不同。
PNP型晶体管的发射极箭头朝内，NPN型晶体管的发射极箭头朝外。
2．三极管各个电极的作用及电流分配晶体管三个电极的电极的作用如下：发射极（E极）用来发射电子；基极（B极）用来控制E极发射电子的数量；集电极（C极）用业收集电子。
晶体管的发射极电流IE与基极电流IB、集电极电流IC之间的关系如下：IE=IB+IC3．晶体管的工作条件晶体管属于电流控制型半导体器件，其放大特性主要是指电流放大能力。
所谓放大，是指当晶体管的基极电流发生变化时，其集电极电流将发生更大的变化或在晶体管具备了工作条件后，若从基极加入一个较小的信号，则其集电极将会输出一个较大的信号。
晶体管的基本工作条件是发射结（B、E极之间）要加上较低的正向电压（即正向偏置电压），集电结（B、C极之间）要加上较高的反向电压（即反向偏置电压）。
晶体管各极所加电压的极性见图5-5。
晶体管发射结的正向偏置电压约等于PN结电压，即硅管为0.6~0.7V，锗管为0.2~0.3V。
集电结的反向偏置电压视具体型号而定。
4．晶体管的工作状态晶体管有截止、导通和饱和三种状态。
在晶体管不具备工作条件时，它处截止状态，内阻很大，各极电流几乎为0。
当晶体管的发射结加下合适的正向偏置电压、集电结加上反向偏置电压时，晶体管导通，其内阻变小，各电极均有工作电流产生（IE=IB+IC）。
适当增大其发射结的正向偏置电压、使基极电流IB增大时，集电极电流IC和发射极电流IE也会随之增大。
§2.2 晶体二极管习题1与答案---2018-4-16
第2章§2.2 晶体二极管习题1与参考答案【考核内容】1、二极管工作状态的判断。
2.2 半导体二级管*【模拟实验1】引入如图所示，直流电源E为6v，小灯电压6v,电阻900Ω；二极管的正向压降0.7v；R1=100Ω。
实验结果：开关在1位置，二极管D1导通，小灯亮。
实验结果：开关在2位置，二极管D1截止，小灯不亮。
实验结论：二极管是具有单向导电性的两极器件。
2.2.1 晶体二极管的结构和分类1.二极管结构半导体二极管又称晶体二极管，它由管芯(主要是PN结)，从P区和N区分别焊出的两根金属引线正负极，P区引出为正极，或阳极，用“+”表示；N区引出为负极，或负极，用“-”表示。
以及用塑料、玻璃或金属封装的外壳组成，如图所示二极管的结构。
二极管的核心部分是PN 结，二极管是具有单向导电性的两极器件，这也是二极管的主要特性。
二极管符号：diode [daɪəʊd]2. 二极管分类(1)按半导体材料划分有硅二极管、锗二极管、砷化镓二极管等。
(2)按PN结结构划分有点接触型二极管、面接触型二极管、平面型二极管。
(3)按用途划分有整流二极管、检波二极管、稳压二极管、开关二极管、发光二极管、变容二极管等。
点接触型：结面积小，结电容小，允许电流小，最高工作频率高，用于检波和变频等高频电路。
面接触型：结面积大，结电容大，允许电流大，最高工作频率低，用于工频大电流整流电路。
*平面型：结面积可小、可大，小的工作频率高，大的结允许的电流大。
3、半导体器件型号命名方法半导体器件的型号命名，表2-1给出了各种型号的半导体二极管、三极管的符号、构成材料、名称性能以及表达这些意义的符号。
表2-1-型号组成部分的符号及意义【举例】：2CZ3 ：硅整流二极管，序号3 2CP11：硅普通二极管，序号112.2.2 二极管的伏安特性曲线二极管的伏安特性：二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。
描述了二极管两端电压与流过二极管的电流之间的关系。
二极管的结构及性能特点
二极管的结构及性能特点（一）半导体、晶体与PN结1．半导体半导体是导电能力介于导体（例如，金、银、铜、铁、铝等材料）和绝缘体（例如，塑料、橡胶、陶瓷、环氧树脂、云母等材料）之间的物质，具有热敏特性、光敏特性和掺杂特性。
常用的半导体材料有硅、锗、硒、砷化镓及金属的氧化物、硫化物等。
纯净的、不含任何杂质的半导体材料（例如硅、锗等四价元素）称为本征半导体。
2．晶体自然界的一切物质都是由很小的物质微粒—原子构成的。
按照原子排列形式的不同，物质又可分为晶体和非晶体两类。
晶体通常都具有规则的几何形状，其内部的原子按照一定的晶格结构有规律地整齐排列羊，而非晶体内部的原子排列则无规律，杂乱无章。
本征半导体属于理想的晶体，在热激发的作用下，其内部会产生载流子（指自由电子和空穴）。
3．N型半导体在硅或锗等本征半导体材料中掺入微量的磷、锑、砷等五价元素，就变成了以电子导电为主的半导体，即N 型半导体。
在N型半导体中，电子（带负电荷）叫多数载流子，空穴（带正电荷）叫少数载流子。
4．P型半导体在硅或锗等本征半导体材料中掺入微量的硼、铟、镓或铝等三价元素，就就成了以空穴导电为主的半导体，即P型半导体。
在P型半导体中，空穴（带正电荷）叫多数载流子，电子（带负电荷）叫少数载流子。
5．PN结语通过特殊的“扩散”制作工艺，将一块本征半导体的一半掺入微量的五价元素、变成P型半导体，而将其另一半掺入微量的三价元素、变成N型半导体，在P型半导体区和N型半导体区的交界面处就会形成一个具有特殊导电性能的薄层，这就是PN结，它对P型区和N型区中多数载流子的扩散运动产生了阻力。
6．单向导电性 PN结主要的特性就是其具有单方向导电性，即在PN加上适当的正向电压（P区接电源正极，N区接电源负极），PN结就会导通，产生正向电流。
若在PN结上加反向电压，则PN结将截止（不导通），正向电流消失，仅有极微弱的反向电流。
当反向电压增大至某一数值时，PN结将击穿（变为导体）损坏，使反向电流急剧增大。
晶体二极管的归纳总结
晶体二极管的归纳总结晶体二极管（Diode）是一种具有非线性电阻特性的电子元器件，广泛应用于电子电路中。
它具有正向导通和反向截止的特性，被广泛用作整流器、开关以及信号调制等电路的基本元件。
本文将对晶体二极管的工作原理、分类、特性以及应用进行归纳总结。
一、晶体二极管的工作原理晶体二极管是一种半导体器件，由P型和N型半导体材料组成。
在P-N结中，P型半导体的掺杂原子与N型半导体的掺杂原子形成势垒，使得P区电子豁免区域中电子浓度较高，N区电子豁免区域中空穴浓度较高。
当外加电压使P区电势相对于N区升高，势垒减小，使得P 区的电子跨越势垒进入N区，形成正向电流。
当外加电压反向时，势垒增大，使得P-N结处形成耗尽区，电流几乎为零。
二、晶体二极管的分类根据材料、结构和用途的不同，晶体二极管可以分为多种类型。
常见的晶体二极管包括硅二极管、锗二极管、肖特基二极管、LED（发光二极管）等。
1. 硅二极管硅二极管是最常见和广泛使用的一种二极管。
它具有较高的工作温度、稳定性和可靠性，被广泛应用于各种电子电路中。
2. 锗二极管锗二极管是晶体二极管的一种，其主要特点是正向导通电压较低，适用于低电压应用电路。
3. 肖特基二极管肖特基二极管是一种利用PN结形成的金属与N型半导体之间的势垒来控制电流流动的二极管。
与普通PN结二极管相比，肖特基二极管具有较低的正向导通电压和快速响应速度。
4. LED（发光二极管）LED是一种能够将电能直接转换为光能的二极管。
它具有高效率、长寿命、低功耗等特点，被广泛应用于指示灯、背光源、室内外照明等领域。
三、晶体二极管的特性晶体二极管具有以下主要特性：1. 非线性特性晶体二极管在正向电压作用下具有较低的电阻，呈现出导通状态，而在反向电压作用下电阻很大，呈现出截止状态，具有明显的非线性特性。
2. 稳压性能晶体二极管具有稳压能力，能够在一定的工作电压范围内稳定输出，被广泛应用于稳压电源电路中。
3. 快速开关特性晶体二极管具有快速开关特性，可以迅速从导通状态切换到截止状态，被广泛应用于高频开关电路中。
二极管的原理、特性、应用
二极管的特性与应用（转自“单片机学习网”）几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管，它在许多的电路中起着重要的作用，它是诞生最早的半导体器件之一，其应用也非常广泛。
二极管的工作原理晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。
当不存在外加电压时，由于p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。
当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。
当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0。
当外加的反向电压高到一定程度时，p-n结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。
二极管的类型二极管种类有很多，按照所用的半导体材料，可分为锗二极管（Ge管）和硅二极管（Si管）。
根据其不同用途，可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管等。
按照管芯结构，又可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平面型二极管。
点接触型二极管是用一根很细的金属丝压在光洁的半导体晶片表面，通以脉冲电流，使触丝一端与晶片牢固地烧结在一起，形成一个“PN结”。
由于是点接触，只允许通过较小的电流（不超过几十毫安），适用于高频小电流电路，如收音机的检波等。
面接触型二极管的“PN结”面积较大，允许通过较大的电流（几安到几十安），主要用于把交流电变换成直流电的“整流”电路中。
平面型二极管是一种特制的硅二极管，它不仅能通过较大的电流，而且性能稳定可靠，多用于开关、脉冲及高频电路中。
二极管的导电特性二极管最重要的特性就是单方向导电性。
在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。
下面通过简单的实验说明二极管的正向特性和反向特性。
1.正向特性在电子电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就会导通，这种连接方式，称为正向偏置。
晶体二极管
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：
二极管的主要特性
二极管的主要特性
二极管是最简单的电子元器件之一，也是重要的半导体元器件。
它的主要特性可归结为五点。
第一，两种基本的二极管晶体，即N型晶体和P型晶体，N型晶体以硅和砷为主，P 型晶体以磷和砷为主，它们具有不同的性质和表现出不同的特性，可以互相配合并制作出各种类型的二极管。
第二，二极管具有电压限制功能，可以限制电压的大小，也可以限制电压和电流之间所产生的工作效果。
第三，二极管有自发和受控放电能力，自发放电成为断路状态；受控放电可以控制电流的方向和大小，使电路实现按需供电。
第四，二极管具有电压抑制作用，它可以抑制电压放大器，防止电压过大对芯片造成过大压力。
第五，二极管具有电路保险功能，它可以控制电路电流的大小，有效防止电路过载，使电路能够正常工作。
总之，二极管的主要特性可归结为五点：不同的N(+)型晶体和P(-)型晶体构成，具有电压限制功能，具有自发和受控放电能力，具有电压抑制作用，具有电路保险功能。
它的特性使它可以应用在电路的各个方面，是电子设备中不可缺少的重要元器件。
晶体二极管伏安特性曲线课件
CONTENCT
录
• 晶体二极管伏安特性曲线的实验研 • 参考文献
01
晶体二极管基本原理
晶体二极管的结构与工作原理
晶体二极管的基本结构
由半导体材料制成的PN结结构，具有P型半导体和N型半导体接 触形成的空间电荷层。
晶体二极管的工作原理
PN结加正向电压时，空间电荷层变薄，载流子容易通过，形成大 的电流；加反向电压时，空间电荷层变厚，载流子不易通过，电 流很小。
分析故障原因
结合伏安特性曲线的变化 趋势和元件参数，可以分 析出故障原因，为修复提 供指导。
晶体二极管伏安特性曲线在器件性能评估中的应用
评估器件性能
通过对比不同型号、批次晶体二极管的伏安特性曲线，可以对它 们的性能进行评估和比较。
选择合适的器件
了解不同晶体二极管的伏安特性曲线，可以帮助选择适合特定需求 的器件，确保其性能和稳定性。
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。
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
实验步骤与实验数据记录
实验步骤 1. 搭建测试电路，将晶体二极管接入电路中； 2. 调节电源，为晶体二极管提供不同的电压；
3. 使用万用表测量流过二极管的电流，并记录下来；
4. 改变电压，重复上述步骤，直至获得足够的实验数据。
实验数据记录：在实验过程中，记录下不同电压下的电流 值，这些数据将用于后续的实验结果分析。
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引入：
用半导体材料制成的半导体器件是20世纪中叶发展起来的新型电子器件。
由于它具有体积小、质量轻、工作可靠、使用寿命长、耗电量小等优点，因而在电子技术中广泛应用。
本次课我们主要学习半导体二极管的相关知识。
一、半导体的基本知识
（一）半导体的基本概念
1、什么是半导体
物质按到点能力强弱不同可分为导体、半导体和绝缘体三大类。
半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间。
2、半导体的导电特性
（1）热敏特性
（2）光敏特性
（3）掺杂特性
3、杂质半导体
纯净的半导体称为本征半导体，它的导电能力很弱，利用半导体的掺杂特性，可制成N型和P型两种杂质半导体。
（二）PN结及其单向导电性
1、PN结
把P型半导体和N型半导体用特殊的工艺使其结合在一起，就会在交界处形成一个特殊薄层，该薄层称为“PN结”。
PN结
2、PN结的单向导电性
（1）PN结加正向电压，PN结导通。
（2）PN结加反向电压，PN结截止。
结论：PN结加正向电压导通，加反向电压截止，这就是PN结的“单向导电性”。
二、半导体二极管
（一）二极管的结构、符号和分类
1、 结构和符号
半导体二极管又叫晶体二极管，简称二极管，它的内部是由一个PN 结构成，外部引出两个电极，从P 区引出的电极为二极管的正极，又叫阳极；从N 区引出的电极为二极管的负极，又叫阴极。
二极管有一个PN 结、两个电极，其主要特性是单向导电性。
文字符号用V 表示。
图形符号中箭头的方向表示二极管正向导通时电流的方向，正常工作时电流由正极流向负极。
2、
类型
分类方法
种 类 说 明
按材料不同分
硅二极管
硅材料二极管，常用二极管
锗二极管 锗材料二极管 按用途不同分
普通二极管 常用二极管 整流二极管 主要用于整流 稳压二极管
常用于直流电源 开关二极管 专门用于开关的二极管，常用于数字电路 发光二极管 能发出可见光，常用于指示信号 光电二极管 对光有敏感作用的二极管 变容二极管
常用于高频电路
按外壳封装的材料不同分
玻璃封装二极管 检波二极管采用这种封装材料 塑料封装二极管
大量使用的二极管采用这种封装材料
结构图
图形符号
正极（阳极）
负极（阴极）
外壳
正极（阳极）
负极（阴极）
V
电流方向
金属封装二极管 大功率整流二极管采用这种封装材料
（二）二极管的伏安特性
为了直观地说明二极管的性质，通常使用二极管两端的电压与通过二极管的电流之间的关系曲线，即二极管的伏安特性曲线。
位于第一象限的曲线表示二极管的正向特性，位于第三象限的曲线表示二极管的反向特性。
1、 正向特性
所谓正向特性是指给二极管加正向电压（二极管正极接高电位，负极接低电位）时的特性。
当正向电压小于某一数值（该电压称为“死区电压”，硅管为，锗管为）时，通过二极管的电流很小，几乎为零。
当正向电压超过死区电压时，电流随电压
二极管加正向电压
二极管加反向电压 I U
U
I
硅管
锗管
死区 导通区
截止区
反向击穿区
当二极管加正向电压时并不一定能导通，必须是正向电压达到和超过死区电压时，二极管才能导通。
当二极管加反向电压时不能导通，但反向电压达到反向击穿电压（很高的反向电压）时，二极管会反向击穿。
的升高而明显增加，此时二极管进入导通状态。
二极管导通后，二极管两端的电压几乎不随电流的变化而变化，此时二极管两端的电压称为导通管压降，用U T表示，硅管为，锗管为。
2、反向特性
所谓反向特征是指给二极管加反向电压（二极管正极接低电位，负极接高电位）时的特性。
当反向电压小于某值（此电压称为反向击穿电压U BR）时，反向电流很小，并且几乎不随反向电压而变化，该反向电流叫反向饱和电流，简称“反向电流”，用I R表示。
通常硅管的反向电流在几十微安以下，锗管的反向电流可达几百微安。
在应用时，反向电流越小，二极管的热稳定性越好，质量越高。
当反向电压增加到反向击穿电压U BR时，反向电流会急剧增大，这种现象称为“反向击穿”。
反向击穿破坏了二极管的单向导电性，如果没有限流措施，二极管很可能因电流过大而损坏。
无论硅管还是锗管，即使工作在最大允许电流下，二极管两端的电压降一般也都在以下，这是由二极管的特殊结构所决定的。
所以，在使用二极管时，电路中应该串联限流电阻，以免因电流过大而损坏二极管。
不同材料、不同结构的二极管电压、电流特征曲线虽有区别，但形状基本相似，都不是直线，故二极管是非线性元件。
三、其他二极管
1、发光二极管（LED）
（1）作用：将电能转换成光能的半导体器件
（2）工作电压：正向电压
（3）符号：
（4）应用：广泛应用于仪表、仪器，计算机、电气设备作电源信号指示；音响设备调谐和电平指示；广告显示屏的文字、图形、符号显示等。
2、光电二极管又叫光敏二极管
（1）作用：它能将光信号转化为电信号
（2）工作电压：反向电压
（3）符号：
（4）应用：常用于可见光接收、红外光接收及光电转换的自动控制、报警、计数等设备。
3、变容二极管
（1）作用：PN结电容随反向电压的变化而变化
（2）工作电压：反向电压
（3）符号：
（4）应用：变容二极管常用在高频电路中。
例如：用在高频收音机的自动频率控制电路中，通过改变其反向偏置电压来自动调节本机振荡频率。
用在电视机电调谐高频头的调谐电路中，通过改变反向偏置电压来选择电视频道。
小结、作业
通过本次课的学习，要求学生了解半导体的基本知识、晶体管的结构，理解晶体二极管的伏安特性、二极管的工作原理及使用时注意事项。
完成习题册上的练习题。