第三讲-半导体二极管
半导体二极管(Diode)
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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)
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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
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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
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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)
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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
半导体二极管及其基本应用电路1.1 PN结的基本知识1.1.1 N型半导体和P型半导体在物理学中已知，常用的四价元素硅和锗等纯净半导体（称本征半导体）中的载流子，为自由电子（带负电荷）和空穴（带正电荷），是在常温下激发出来的，（称为热激发或本征激发），其数量很少，故导电能力微弱，介于导体和绝缘体之间。
在本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现，因此两种载流子的浓度是相等的。
本征半导体中的载流子浓度除了与半导体材料的性质有关外，还与温度密切相关，而且随着温度的升高基本上按指数规律增加。
所以，本征载流子浓度对温度十分敏感。
在本征半导体桂或锗中渗入微量五价元素，如磷或砷，（称为杂质）等，可使自由电子的浓度大大增加，自由电子成为多数载流子，（简称多子），空穴成为少数载流子（简称少子）。
这种以电子为导电为主的半导体成为N型半导体。
由于离子不能移动，故不能参与导电，整体半导体仍然呈电中性。
在本征半导体硅或锗中渗入微量三价元素杂质，如硼或铟等，则空穴浓度大大增加，空穴成为多子，而电子成为少子。
这种以空穴为主的半导体成为P型半导体。
N型半导体和P型半导体统称为杂质半导体，掺杂后半导体的导电能力将显著增加，有理论计算可知，在本征半导体中掺入百分之一的杂质，可使载流子浓度增加近一万倍。
在杂质半导体中，多子的浓度主要取决于杂质的含量；少子的浓度主要与本征激发有关，如前所述，他对温度的变化非常敏感，因此，温度是影响半导体器件性能的一个重要因素。
1.1.2 PN结的形成若在一种类型杂质半导体的基片上，用特定的掺杂工艺加入另一种类型杂质元素，这样在所形成的P型半导体和N 型半导体的交界两侧，P区的空穴（多子）和N区的电子（多子）浓度远大于另一区的同类少子浓度，因而多子通过交界处扩散各自向对方运动，这种由于浓度差而引起的载流子运动成为扩散运动。
载流子扩散运动的结果是使电子和空穴复合载流子消失，在交界面N区一侧失去电子而留下正离子，P区一侧失去空穴而留下负离子。
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。
半导体二极管在电子电路中的基本作用
半导体二极管在电子电路中的基本作用半导体二极管是一种重要的电子器件，广泛应用于各种电子电路中。
它具有诸多独特的性质和功能，可以起到多种作用。
本文将从基本原理、特点和应用领域等方面，详细介绍半导体二极管在电子电路中的基本作用。
半导体二极管是一种两端具有PN结的二极管，由p型和n型半导体材料组成。
它有一个主要的特点，即只能从p端流向n端的方向导通电流，而反向时截止电流。
这种非线性特性使得二极管在电子电路中具有独特的应用价值。
首先，半导体二极管常用作整流器。
整流器是将交流信号转换为直流信号的重要电子元件。
半导体二极管具有只能单向传导电流的特性，可以有效地将交流信号中的负半周去除，只保留正半周，从而实现整流的功能。
这在电源、通信和音频等领域的电路中经常需要。
其次，半导体二极管广泛应用于电路的保护功能。
例如，在电路中加入一个二极管，可以实现过压保护。
当电路中出现过高的电压时，二极管会在达到其击穿电压时变为导通状态，将超出范围的电压引到地或其他处，从而保护其他电子元件不受损坏。
类似地，二极管还可以用于过流保护、过温保护和反向电压保护等，保障电路的安全运行。
此外，半导体二极管还可用作电压参考源。
例如，锂电池充电、开关电源和运算放大器等电子电路中，通常需要一个稳定的参考电压。
半导体二极管的正向电压降通常比较稳定，因此可以将其作为稳定的参考电压源使用。
通过合理设计与连接，可以在电路中产生精确的参考电压，确保其他电子元件的工作稳定和准确。
同时，半导体二极管在信号混频中具有重要的作用。
信号混频是将两个频率不同的信号混合在一起，得到频率和幅度均不同于原信号的新信号。
在混频电路中，半导体二极管常常作为非线性元件被使用。
通过合理选择和连接二极管，可以实现不同种类的混频电路，从而实现频率合成、调制解调等功能，广泛应用于无线通信和广播电视等领域。
此外，半导体二极管还可用作电路中的开关元件。
在数字电路中，常常需要将信号进行开关控制。
《模拟电子技术》(余红娟)电子教案第1章 半导体二极管 电子课件
术
流子，在N区内，“空穴”称 为少数载流子，扩散到对方的
专
“电子”或“空穴”称为“非
业
平衡少数载流子”。P型半导 体体内的“空穴”成为P型半
教
导体的“多子”，同理，N型 半导体内的“电子”称为N型
学
半导体的“多子”。这些非平
资
衡少数载流子的注入，必然与 对方的多子复合，在交界面附
源
近使载流子成对的消失，并且 各留下不能移动的正、负离子，
设
常，较长引线表示正极（＋），另一根为负极（－）。 测试方法与 普通二极管一样
金华职业技术学院
应 二极管的应用: 例1 LED节能灯
用
电
子
技
术
专
业
教
整流二极管: 整流电流0.5A, 反向压降600V
学
资
稳压二极管: 稳压电压20V, 额定功率1W
源
LED: 正向压降3V以上
建
说明本电路工作原理:R1、C1降压\QZ整流桥把交流变成直
技 ＝1kΩ，未经稳压的直流输入电压Ui＝24V。
术 专
（1）试求Uo、Io、I 及Iz； （2）若负载电阻RL 的阻值减小为0.5K，再求Uo、Io、I 及Iz。
业
教
学
资
源
建
设
金华职业技术学院
当P区电位低于N区电位——PN结反向偏置时，回路基本无电流产生，
源
PN结趋于截止。
建
由于正反向电流相差悬殊，所以PN结具有单向导电的性质
设
金华职业技术学院
应
二极管----单向导电性
用
电
将一个“PN”结
子
封装在一个密
技
二极管PPT课件
（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刺激时，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，其导电能力会急剧增强 。
半导体中两种携带电荷粒子： （1）空穴（带正电荷） （2）自由电子（带负电荷）
载流子
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2、Ｐ型半导体和Ｎ型半导体
空穴 自由电子
多数载流子（简称多子） 少数载流子（简称少子）
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＋＋＋ ＋ ＋＋＋ ＋ ＋＋＋ ＋
N 型半导体
P 型半导体
无论是P型半导体还是N型半导体都是中性 的，通常对外不显电性。
掺入的杂质元素的浓度越高，多数载流子 的数量越多。
只有将两种杂质半导体做成PN结后才能成 为半导体器件。
I
反向击穿 电压U(BR)
反向电流 在一定电压 范围内保持 常数。
P– +N 反向特性
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
P+ – N 硅0.7V左右
导通压降 锗0.3V左右 U
死区电压
硅管0.5V, 锗0.2V。
外加电压大于死区 电压二极管才能导通。
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即处于正向导通状态，所以H1指示灯发光。
图1-3 [例1.1]电路图
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4. 晶体二极管的主要参数
（1）最大整流电流IFM
指管子长期运行时，允许通过的最大直流电流。
（2）反向击穿电压UBR
指管子反向击穿时的电压值。
（3）最高反向工作电压URM
二极管正常工作时允许承受的最高反向电压 （约为UBR的一半）。
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二极管PPT课件
二极管的单向导电性
综上所述，二极管加正向电压大 于死区电压时才会导通，加反向电压 时管子处于截止状态，这一特性称为 二极管的单向导电性。
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[例1.1] 图1-3所示电路中，当开关S闭合后，H1、H2两个指 示解 ：灯 ，由哪电 路一图个可可知能，发开光关 S？闭 合 后 ， 只 有 二 极 管 V 1 正 极 电 位 高 于 负 极 电 位 ，
(b)面接触型
结面积大、正向电流大、结 电容大，用于大电流整流电路。
金属触丝 N型锗片
阳极引线
阴极引线
( a ) 点接触型 外壳
铝合金小球 阳极引线
N型硅
PN结 金锑合金
底座
阴极引线 ( b ) 面接触型
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(c) 平面型
用于集成电路制作工艺中。 PN结结面积可大可小，用于高频整 流和开关电路中。
1、半导体的特点：
（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刺激时，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，其导电能力会急剧增强 。
半导体中两种携带电荷粒子： （1）空穴（带正电荷） （2）自由电子（带负电荷）
载流子
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2、Ｐ型半导体和Ｎ型半导体
即处于正向导通状态，所以H1指示灯发光。
图1-3 [例1.1]电路图
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4. 晶体二极管的主要参数
（1）最大整流电流IFM
指管子长期运行时，允许通过的最大直流电流。
（2）反向击穿电压UBR
指管子反向击穿时的电压值。
（3）最高反向工作电压URM
二极管正常工作时允许承受的最高反向电压 （约为UBR的一半）。
二极管的原理与作用的详解
二极管的原理与作用的详解一、二极管的原理1.1 二极管的结构和材料二极管是由P型半导体和N型半导体通过P-N结焊接而成的。
P型半导体中的空穴是载流子，N型半导体中的自由电子是载流子。
在P-N结区域，由于P型半导体与N型半导体之间的电子互相扩散，产生了内建电场。
当二极管处于正向偏置时，外加电场与内建电场相反，减弱内建电场，使电子和空穴互相推动，形成电流。
当二极管处于反向偏置时，外加电场与内建电场相同，增强内建电场，阻止电子和空穴互相推动，电流几乎为零。
1.2 二极管的I-V特性在二极管的工作过程中，通过正向偏置和反向偏置测试电压和电流的关系，得到了二极管的I-V特性曲线。
对于正向偏置，当初始时电压较小时，电流增加较快，此时二极管呈现出导通状态。
当电压较大时，电流增加的速度迅速放缓，呈现出近似于垂直的I-V特性曲线。
对于反向偏置，随着电压增加，电流一直保持在很小的数量级上，此时二极管处于截止状态。
从I-V特性曲线可以看出，二极管在正向偏置下具有导通特性，在反向偏置下具有截止特性。
1.3 二极管的载流子运动和电压分布在正向偏置下，P-N结区域的载流子受到外加电场的作用，不断地向结区域移动，形成电流。
P型半导体中的空穴向N型半导体区域移动，N型半导体中的自由电子向P型半导体区域移动，二者在P-N结区域重组，产生光子辐射。
在反向偏置下，P-N结区域的载流子受到内建电场的作用，难以移动，形成电流非常小的状态。
此时，二极管的内部电压分布非常重要，它会影响二极管的导通和截止状态。
1.4 二极管的能带图和禁带宽度能带图是根据半导体的能带结构绘制的图像，它反映了半导体的导电性和光电性。
对于二极管而言，能带图反映了P-N结区域的特性。
在P型半导体中，价带较高，导带较低，禁带宽度较小；在N型半导体中，价带较高，导带较低，禁带宽度较小。
在P-N结区域，由于电子的扩散和重组，形成了内建电场，使得P-N结处的禁带宽度增加。
禁带宽度的变化影响了二极管的导通和截止状态。