半导体二极管
半导体二极管(Diode)
上页
下页
返回
模拟电子技术基础
[解] 理想 恒压
VDD = 10 V IO = VDD/ R = 10 / 2 = 5 (mA) UO = 10 0.7 = 9.3 (V) IO = 9.3 / 2 = 4.65 (mA)
折线 IO = (VDD-Vth)/ (R+rd) = (10-0.5 )/ (2+0.2) = 4.318 (mA)
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
2.4
二极管基本电路及其分析方法
二极管是一种非线性器件，一般采用非线性电路
分析方法。主要介绍模型分析法。 2.4.1 2.4.2 二极管V-I特性的建模 模型分析法应用举例
上页
下页
返回
模拟电子技术基础
2.4.1 二极管V-I特性的建模
1. 理想模型(ideal model)
模拟电子技术基础
2.3 半导体二极管（Diode）
二极管 ：一个PN结就是一个二极管。
半导体二极管的类型与结构
二极管的V-I特性
★二极管的参数
上页
下页
返回
模拟电子技术基础
2.3.1 半导体二极管的类型与结构
硅管
(1) 按使用的半导体材料不同分为
锗管 面结型(junction type) 点接触型(point contact type)
上页 下页 返回
模拟电子技术基础
2
限幅电路
用来让信号在预置的电平范围内，有选择地传输一部分。
例3：理想二极管电路中 vi= Vm sinωt V，求输出波形v0。
vi
Vm
VR
解： Vi> VR时，二极管导通，vo=vi。
半导体二极管简介
详细描述
在信号调制与解调过程中，二极管用于实现信号的振幅调制、频率调制和相位调制等，以适应不同的通信需求和 传输方式。
03
半导体二极管的发展历程
晶体管的发明
1947年，贝尔实验室的威廉·肖克利 、约翰·巴丁和沃尔特·布拉顿发明了晶 体管，这是电子技术历史上的一个重 大突破。
能效问题
总结词
能效问题是半导体二极管面临的主要挑 战之一，它影响了设备的性能和运行时 间。
VS
详细描述
随着技术的不断进步，对半导体二极管的 能效要求越来越高。由于二极管在转换电 能时存在一定的能量损失，因此提高能效 成为了亟待解决的问题。为了解决这一问 题，科研人员不断探索新的材料和工艺， 以提高二极管的转换效率和稳定性。
04
现代半导体二极管的设计更加注重性能、可靠性和集成度等方面，使 得半导体二极管的应用范围更加广泛。
04
半导体二极管的市场前景
半导体二极管的市场前景
• 半导体二极管是一种电子器件，它只允许电流在一个方向上流 动。由于其独特的单向导电性，二极管在各种电子应用中发挥 着关键作用。
05
半导体二极管的挑战与解决方 案
制造成本问题
总结词
制造成本是影响半导体二极管广泛应用的关键因素之一，降低制造成本有助于提高其市 场竞争力。
详细描述
随着技术的不断进步，半导体二极管的制造成本逐渐降低，但仍面临成本高昂的问题。 为了降低制造成本，科研人员不断探索新的制造工艺和材料，以提高生产效率和降低成 本。此外，政府和企业也加大对半导体二极管产业的扶持力度，推动其向更广泛的应用
可靠性问题
总结词
半导体二极管的类型
半导体二极管的类型半导体二极管的类型及其特性半导体二极管是电子工程中的基础元件，广泛应用于各种电子设备中。
了解不同类型的半导体二极管以及其特性对于电子工程师和设计师至关重要。
本文将详细介绍几种常见的半导体二极管类型及其主要特性。
一、普通二极管普通二极管是最基本的半导体二极管，由P型半导体和N型半导体组成。
它具有单向导电性，即只允许电流从一个方向流过。
正向偏置时，二极管导通，电阻较小；反向偏置时，二极管截止，电阻极大。
普通二极管常用于整流、检波和开关等电路。
二、发光二极管（LED）发光二极管是一种能够将电能转化为光能的特殊二极管。
当LED正向偏置时，电子与空穴复合释放出能量，激发荧光物质发光。
LED具有发光效率高、寿命长、体积小等优点，广泛应用于显示器、照明、指示器等领域。
三、稳压二极管（Zener Diode）稳压二极管是一种利用PN结反向击穿特性实现电压稳定的特殊二极管。
当反向电压达到稳压值时，稳压二极管进入击穿状态，保持电压基本不变。
稳压二极管具有稳定电压、响应速度快等优点，常用于电压稳定器、过电压保护等电路。
四、肖特基二极管（Schottky Diode）肖特基二极管是一种采用金属与半导体接触形成的结构，具有低功耗、快速开关速度和高频特性。
与普通二极管相比，肖特基二极管的反向漏电流较大，但正向压降低，适用于高频整流、检波、开关等电路。
五、光电二极管（Photodiode）光电二极管是一种能够将光能转化为电能的特殊二极管。
当光照射到光电二极管上时，光子激发半导体内的电子，产生电流。
光电二极管具有灵敏度高、响应速度快等优点，广泛应用于光通信、光电检测等领域。
总结：半导体二极管作为电子工程中的基础元件，具有多种类型，每种类型都有其独特的特性和应用场景。
普通二极管实现基本的整流和开关功能；发光二极管将电能转化为光能，为显示和照明领域提供支持；稳压二极管实现电压稳定，保护电路免受电压波动影响；肖特基二极管适用于高频电路，提高电路性能；光电二极管实现光能与电能的转换，为光通信和光电检测等领域提供解决方案。
半导体二极管及其基本应用
半导体二极管及其基本应用1. 二极管是什么？说到二极管，大家可能会想，“这玩意儿是什么？吃的吗？”其实，二极管是个小小的电子元件，但它的作用可大得很！简而言之，二极管就像个单行道，电流只能朝一个方向走，通俗点说，它让电流变得有规矩。
不论是在家里的电子产品里，还是在我们身边的各种科技设备中，二极管几乎无处不在。
听起来神秘，其实它在我们生活中默默无闻地工作着。
那么，二极管是怎么工作的呢？想象一下，一个人站在一个门口，门只能向一个方向打开，外面的人想进来，就得从这扇门走，反之则不行。
这就是二极管的基本原理。
它能让电流顺利通过，但一旦反向，它就会坚决拒绝，像个守门员一样把电流挡在外面。
1.1 二极管的类型当然，二极管可不是单一品种，市场上有各种各样的二极管，就像水果摊上的水果一样多。
例如，有普通的硅二极管，广泛应用于各种电路中；还有整流二极管，专门负责把交流电转换成直流电，就像把河水引入小渠里，确保水流顺畅。
再比如发光二极管（LED），它不仅能导电，还能发光，真是个“能发光的好家伙”，让我们的小夜灯亮起来，简直是黑夜里的小明星。
1.2 二极管的特点谈到二极管的特点，首先要提的是它的“单向导电性”。
就像一个不喜欢麻烦的人，只有在合适的情况下才会敞开心扉。
其次，二极管的反向击穿电压也很有意思。
当电压达到某个临界值时，二极管就像忍不住了，突然间放开了电流，虽然这在大多数情况下不是好事，但有时候却能拯救一些电路的生命。
还有，就是它的“恢复时间”，二极管在电流切换时的表现，也决定了它的应用场合。
2. 二极管的基本应用说了这么多，二极管到底有什么用呢？这可是个大问题，接下来我们就来聊聊它的一些基本应用。
2.1 整流电路首先要提的就是整流电路。
整流电路的任务就是把交流电转换成直流电。
你知道吗，家里的电器大部分都需要直流电，比如手机充电器、电脑等。
如果没有二极管，交流电就会让这些电器“崩溃”，简直就是电器界的“天塌下来了”。
半导体二极管与三极管
导通压降
外加电压大于死区电压二极管才能导通。
外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。
正向特性
反向特性
特点：非线性
硅0.6~0.8V锗0.2~0.3V
U
I
死区电压
P
N
+
–
P
N
–
+
反向电流 在一定电压 范围内保持 常数。
14.3.2 伏安特性
根据半导体的物理原理，可从理论上分析得到PN结的伏安特性的表达式，此式通常称为二极管方程，即：
指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，IRM受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。
STEP5
STEP4
STEP3
STEP2
STEP1
定性分析：判断二极管的工作状态
导通截止
否则，正向管压降
硅0.6~0.7V锗0.2~0.3V
V阳 =－6 V V阴 =－12 V V阳>V阴 二极管导通 若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB =－ 6V 否则， UAB低于－6V一个管压降，为－6.3Ｖ或－6.7V
例1：
取 B 点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。
在这里，二极管起钳位作用。
例2:
D1承受反向电压为－6 V
流过 D2 的电流为
求：UAB
在这里， D2 起钳位作用， D1起隔离作用。
B
D1
6V
12V
3k
A
D2
UAB
+
–
ui > 8V，二极管导通，可看作短路 uo = 8V ui < 8V，二极管截止，可看作开路 uo = ui
半导体激光二极管的工作原理
半导体激光二极管的工作原理好嘞，今天咱们聊聊半导体激光二极管，听起来是不是有点高大上？别担心，其实它就像个科技界的小精灵，虽然名字听起来复杂，但说白了，它就是把电变成光的“魔术师”。
想象一下，你打开电脑，那个亮亮的光点，嘿，就是它在工作！这小家伙的工作原理其实没那么神秘，咱们来一探究竟。
半导体激光二极管，嗯，咱们简称“激光二极管”吧，顾名思义，它是一个用半导体材料做的小盒子。
它的内部有两个区域，一个叫“P型”，另一个叫“N型”。
P型就像个好心的邻居，随时准备分享电子；N型则像个个性十足的朋友，电子在这里跳跃得可欢了。
然后，这两种材料一接触，嘿，就形成了一个叫“结”的地方，聪明吧？在这里，电子和“空穴”（想象成缺少电子的小空位）开始了一场舞蹈，互相碰撞、结合，哇，真是热闹！说到这里，咱们得提提这个“能量”了。
当电子和空穴结合的时候，会释放出能量，以光的形式出现。
就像在迪斯科舞厅里，灯光闪烁，能量满满。
可是，光可不止是亮亮的，它还是单色的，意味着它只有一种颜色。
这也是激光二极管的一个特性，光线不仅亮，还可以精准得像激光笔一样，绝对不含糊。
再说说激光二极管的工作状态。
想象一下，你把电源插上，电流开始流动，激发出那些小电子，开始在P型和N型之间穿梭。
这可不是随便游玩的，电子们可有任务在身，要在“结”的地方跳舞。
只要电流足够，电子就会不断碰撞，产生越来越多的光子，慢慢地，这光子就像雪花一样，越来越多，最后形成了稳定的激光输出。
是不是挺神奇的？这过程中还有个很重要的角色，那就是“增益介质”。
这个增益介质就像是舞台上的聚光灯，能把那些光子聚拢，让激光变得更强、更集中。
在增益介质的帮助下，光子们的能量不断积累，最后形成了那种让人眼花缭乱的激光束。
就像那些疯狂的追星族，越聚越多，最后形成了巨大的光亮。
好啦，咱们再来聊聊激光二极管的应用。
这个小家伙可不止在电脑里混日子，它的身影几乎无处不在。
激光打印机、光纤通信、甚至是医疗设备，激光二极管都有贡献。
半导体二极管及其应用
半导体二极管的应用
激光二极管
激光二极管是一种特 殊的半导体二极管， 它能够产生激光。激 光二极管具有高效率 、低阈值、以及可调 谐的优点，被广泛应 用于各种领域，如通 信、医疗、军事等
5
总结
总结
1
2
3
4
半导体二极管作为 电子学中的基础元 件，具有广泛的应
用领域
从整流器到开关， 从保护电路到激光 二极管，二极管都 发挥着关键的作用
7
结论
2024/7/2
结论
半导体二极管作为电子学中的基础元件，已经经历了漫长的发展历程。 从最初的硅发展到锗，再到现在的硅锗合金等新型材料；从简单的整 流器发展到激光二极管、太阳能电池等多元化领域。这些发展和变化 不仅反映了人类对电子学认识的不断深入，也展示了半导体二极管在 推动科技进步和经济发展中的重要作用
半导体二极管的历史与发展
发展
随着半导体技术的不断进步，半导体二极管的性能也不断提高。材料方面，从早期的硅发 展到锗，再到现在的硅锗合金等新型材料；结构方面，从早期的点接触式发展到肖特基势 垒、PN结等结构；应用方面，从简单的整流器发展到激光二极管、太阳能电池等多元化领 域 同时，人们也在不断探索新的二极管材料和结构，如碳化硅、氮化镓等新型半导体材料， 以及超导二极管等新型结构。这些新型材料和结构的应用将进一步推动半导体二极管的发 展，并带来更多的应用领域和市场机会
整流器
整流器是二极管的基本应用之一。通过利用 二极管的整流效应，可以将交流电转换为直 流电
半导体二极管的应用
开关
二极管可以作为开关 使用，用于控制电路 的通断。其快速的开 关速度和低功耗使得 它在各种开关电路中 得到广泛应用
半导体二极管的应用
二极管为什么是半导体
二极管为什么是半导体一、二极管简介二极管是一种电子元件，由一个P型半导体和一个N型半导体组成。
二极管有两个端子，分别为正极（阳极）和负极（阴极）。
它是电子学中最基本的元件之一，具有非常重要的作用。
二、半导体的特性半导体是介于导体和绝缘体之间的材料。
在半导体中，电子的运动受到温度、掺杂等因素的影响，因此电导率介于导体和绝缘体之间。
半导体材料常常被用于制造二极管、晶体管等电子元器件。
三、为什么二极管是半导体1.PN结的结构二极管由P型半导体和N型半导体组成，这两种半导体材料的特性决定了二极管的特性。
P型半导体中有空穴，N型半导体中有自由电子，而PN结的结构使得空穴和自由电子在这一区域内聚集。
这种结构可以实现电荷的输送和阻止，实现二极管的导通和截止。
2.PN结的势垒PN结区域存在势垒，当二极管正向偏置时，势垒变小，使得空穴和自由电子得以通过；当反向偏置时，势垒增大，阻止了电荷的流动。
这种势垒形成的机制，正是半导体材料这种介于导体和绝缘体之间特性的表现。
四、二极管的应用二极管作为一种基础性的电子元器件，广泛应用于各种电路中，包括整流电路、放大电路、电压稳定器等。
它在电子设备中扮演着至关重要的作用，保证了电子设备的正常工作。
五、结语由于二极管结构包含P型半导体和N型半导体，而半导体具有介于导体和绝缘体之间的特性，因此二极管作为一种半导体器件具有独特的导电特性，能够实现电路中的多种功能。
二极管的半导体特性决定了它在电子学中的重要性和广泛的应用。
在电子学领域，理解二极管为何是半导体的特性，可以帮助我们更深入地理解电子元器件的工作原理，为我们设计和应用电路提供更多的启发和指导。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
新课
（2）现象
所加电压的方向不同，电流表指针偏转幅度不同。
（3）结论
PN结加正向电压时导通，加反向电压时截止，这种特性称为PN结的单向导电性。
3．反向击穿：PN结两端外加的反向电压增加到一定值时，反向电流急剧增大，PN结的反向击穿。
4．热击穿：若反向电流增大并超过允许值，会使PN结烧坏，称为热击穿。
5．结电容
2）符号：如图所示，箭头表示正向导通电流的方向。
二极管的导电性能由加在二极管两端的电压和流过二极管的电流来决定，间的关系称为二极管的伏安特性。
硅二极管的伏安特性曲线如图所示。
）正向特性（二极管正极电压大于负极电压）
2．用PN结可制成二极管。
符号如图所示。
新课
三区：发射区、基区、集电区。
三极：发射极E、基极B、集电极C。
两结：发射结、集电结。
实际上发射极箭头方向就是发射结正向电流方向。
）按半导体基片材料不同：NPN型和PNP型。
）按功率分：小功率管和大功率管。
）按工作频率分：低频管和高频管。
）按管芯所用半导体材料分：锗管和硅管。
）按结构工艺分：合金管和平面管。
）按用途分：放大管和开关管。
．外形及封装形式
三极管常采用金属、玻璃或塑料封装。
常用的外形及封装形式如图所示。
）实验数据
表1-1 三极管三个电极上的电流分配
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.01 0.56 1.14 1.74 2.33 0.01
0.57
1.16
1.77
2.37
C B E I I I +=
三极管的电流分配规律：发射极电流等于基极电流和集电极电流之和。
．三极管的电流放大作用 由上述实验可得结论：
的微小变化控制了集电极电流较大的变化，这就是三极管的电流放大）三极管的电流放大作用，实质上是用较小的基极电流信号控制集电极的大电流信号，是“以小控大”的作用。
）要使三极管起放大作用，必须保证发射结加正向偏置电压，集电结加反向偏三极管的基本连接方式
利用三极管的电流放大作用，可以用来构成放大器，其方框图如图所示。
：把三极管的基极作为公共端子。
CC ）：把三极管的集电极作为公共端子。
．三极管的放大作用的实质是_____电流对．三极管的电流分配关系是怎样的？ ．如何理解三极管的电流放大作用？
．三极管是一种有三个电极、两个PN 半导体器件。
．三极管内电流分配关系为：B E I I =．三极管实现放大作用的条件是：三极管的发射结要加正向电压，集电结要加反向电压。
．三极管有三种基本连接方式：共发射极电路、共基极电路和共集电极电路。
习题一
新课
可改变CE V ，CE V 一定后，改变P1R 可得到不同的B I 和BE V ）输入特性曲线 三极管的输入特性曲线与二极管的十分相似，当BE V 大于导通电压时，三极管才出，锗管0.2 V 。
一定条件下，集电极与发射极之间的电压，使B I 为一定值，再调节P2R 得到不同的CE V 和C I 值。
）输出特性曲线
三极管的简易测试
．用万用表判别三极管的管型和管脚
R⨯ 1 k”挡或“R⨯ 100”挡。
黑表笔和三极管任一管脚相连，红表笔分别和另外两个管脚相连测其阻值，若则将黑表笔所接的管脚调换重新测量，直至两个阻值接近。
很小，则黑表笔所接的为NPN型三极管的基极。
若测得的阻值都很大，则黑表笔所接型三极管的基极。
型三极管，将黑红表笔分别接另两个引脚，用手指捏住基极和假设的集电极，观察表针摆动。
再将假设的集电极和发射极互换，按上述方法重测。
比较两次表针摆幅，摆幅较大的一次黑表笔所接的管脚为集电极，红表笔所接的管脚为发射极。
型三极管，只要将红表笔和黑表笔对换再按上述方法测试即可。
E脚示意图如图所示。
—集电极。
）大功率三极管：额定功率在1 W ~ 1.5 W 的大功率三极管，一般采用
（内部连接在一起）—集电极。
在三极管的管芯内加入一只或两只偏置电阻的片状三极管称带阻片状三极管。
）带阻片状三极管内部电路
表1-2 部分带阻片状三极管型号和极性
1R /2R
型号 极性
SOT—36 SOT—25 UM—6
练习
1．晶体三极管集电极电流过大，过小都会使其 β 值_____
2．三极管输出特性曲线常用一族曲线表示，其中每一条曲线对应一个特定的_____。
3．三极管的输出特性曲线是如何绘制的？
小结
1．三极管的特性曲线表示管子各极电流与各极间的电压的关系。
包括输入和输出特性曲线。
2．三极管的输入特性曲线与普通二极管的伏安特性曲线相似。
3．三极管的输出特性曲线，分为饱和区、放大区和截止区。
布置作业P23习题一
1-7，1-8，1-9，1-10。
新课 结型场效晶体管可分为P 沟道和N 沟道两种。
．电压放大作用
场效晶体管共源极电路中，漏极电流D I 受栅源电压GS V 控制。
场效晶体管是电压控制器件，具有电压放大作用。
绝缘栅场效晶体管
栅极与漏、源极完全绝缘的场效晶体管，称绝缘栅场效晶体管。
．电路符号和分类
四种场效晶体管的电路符号如图所示。
N沟道耗尽型 P沟道耗尽型
沟道用虚线为增强型，用实线为耗尽型，N沟道称
沟道用虚线为增强型，用实线为耗尽型，P沟道称
型区引出两个电极：漏极（D）、源极（S）。
在源区和漏区之间的衬底表面覆盖一层很薄的绝缘层，再在绝缘层上覆盖一层金属薄层，形成栅极（G）。
从衬底基片上引出一个电极，称为衬底电极。
工作原理示意图如图所示。
时，漏极电流
D
I≈ 0，处于截止状态。
增大，超过开启电压，形成漏区和源区间的导电沟道。
若此时在漏极和源
DS > 0，就会形成漏极电流
D
I。
越大，导电沟道越宽，沟道电阻越小，
D
I越大。
则通过调节）输出特性和转移特性（与晶体管类似）。