第二讲 半导体二极管讲解
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)
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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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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。
半导体二极管工作原理
半导体二极管工作原理
半导体二极管是一种基本的电子器件，其工作原理基于真空二极管的热阴极和阳极间的电子流动现象。
半导体二极管由P
型和N型半导体材料构成，形成一个PN结。
在PN结中，由于P型半导体内含有多余的空穴（正电荷载体），而N型半导体内含有多余的自由电子（负电荷载体）。
当N型半导体接触到P型半导体时，多余的自由电子和空穴
会进行扩散。
由于自由电子迁移到P区，形成负离子，而空
穴迁移到N区，形成正离子。
这就导致PN结的两侧形成了一个带有固定电荷的区域，称为耗尽层。
当外加一个电压到二极管时，如果正电压加在P区，而负电
压加在N区，这就称为正向偏置。
在正向偏置下，正电压将
加速电子和空穴的运动。
自由电子将迁移到P区，而空穴将
迁移到N区，这样当电流通过二极管时，电子就会在PN结处再次重组，产生电子空穴对，并且继续流动到外部电路。
因此，二极管在正向偏置下成为导电状态，也被称为ON（导通）状态。
相反地，如果负电压加在P区，而正电压加在N区，这称为
反向偏置。
在反向偏置下，负电压阻止了电子和空穴的运动，这使得电流无法通过PN结。
因此，二极管在反向偏置下处于
非导电状态，也被称为OFF（截止）状态。
总之，半导体二极管的工作原理基于PN结的形成和正反向偏
置下电子和空穴的运动。
这使得二极管可以用作整流、变压、开关和放大等许多电子电路中的基本组件。
第二个教案 2.1 半导体二极管
二极管的伏安特性曲线 二极管的伏安特性曲线： 伏安特性曲线： 硅管
UBE(on)= 0.7V IS=(10-9~10-16)A UBE(on)= 0.25V IS=(10-6~10-8)A
PN结导通； PN结导通； 结导通
锗管
U >UBE(on)时
随着U
↑
I
↑↑
正向R很小 正向R
很小( U < UBE(on)时 IR很小(IR≈ 反向R PN结截止 结截止。 反向R很大 PN结截止。 I S) 温度每升高1℃ 1℃， 约减小2.5mV 2.5mV。 温度每升高1℃， UBE(on)约减小2.5mV。 温度每升高10℃ 10℃， 约增加一倍。 温度每升高10℃，IS约增加一倍。
1.1 半导体的特性
半导体：指导电能力介于导体与绝缘体之间的物质。 半导体：指导电能力介于导体与绝缘体之间的物质。
大多数半导体器件所用的主要材料是硅 (Si) 、锗 (Ge) 大多数半导体器件所用的主要材料是硅
原子结构及简化模型： 硅 、锗 原子结构及简化模型：
+4 +14 2 8 4 +32 2 8 18 4
当原子中的价电子在光照或温度升高时获得能量挣脱共价键的束 缚而成为自由电子，原子中留下空位（即空穴），（即产生自由电 同时原子因失去价电子而带正电。 子－空穴对）同时原子因失去价电子而带正电。 当邻近原子中的价电子释放能量不断填补这些空位时（ 当邻近原子中的价电子释放能量不断填补这些空位时（自由电子与空穴 的复合）形成一种运动，该运动可等效地看作是空穴的运动 空穴的运动。 的复合）形成一种运动，该运动可等效地看作是空穴的运动。空穴运动方向 与价电子填补方向相反。 与价电子填补方向相反。即自由电子和空穴都能在晶格中自由移动。因 而统称它们为半导体的载流子。
半导体二极管的工作原理
半导体二极管的工作原理宝子，今天咱们来唠唠半导体二极管这个超有趣的小玩意儿的工作原理哈。
半导体二极管呢，就像是一个很有个性的小门卫。
它主要是由PN结组成的哦。
啥是PN结呢？这就像是两个不同性格的小团体，P型半导体里面有好多带正电的空穴，就像一群热情好客的小东道主；N型半导体呢，有好多带负电的电子，像是一群活泼好动的小访客。
这俩凑到一块儿，在它们交界的地方就形成了PN结。
当二极管正向偏置的时候，就像是给这个小门卫开了绿灯呢。
电源的正极接到P 区，负极接到N区。
这时候啊，P区的那些空穴就像是收到了邀请函，欢天喜地地朝着PN结跑去；N区的电子呢，也迫不及待地朝着PN结涌过来。
它们在PN结这里就像老朋友见面一样，顺利地通过，形成了电流。
这个电流就像一群欢快奔跑的小动物，在电路里撒欢儿呢。
而且啊，只要这个正向电压达到一定的值，也就是二极管的导通电压，这个小门卫就会大开方便之门，让电流顺畅地通过。
硅二极管的导通电压大概是0.7伏左右，就像是一个小小的门槛，跨过这个门槛，电流就能自由通行啦。
但是呢，要是二极管反向偏置，那可就完全不一样喽。
电源正极接到N区，负极接到P区。
这时候啊，P区的空穴被负极吸引，都往回跑，离PN结越来越远；N区的电子也被正极吸引，同样远离PN结。
就像在PN结这里设了一道屏障，两边的小伙伴都被隔开了。
这时候啊，只有一丁点儿超级小的反向电流，就像几个调皮的小蚂蚁在偷偷摸摸地想穿过屏障，这个电流小到几乎可以忽略不计呢。
不过呢，要是这个反向电压太大了，超过了二极管的击穿电压，那就像洪水冲破了堤坝一样，二极管就被击穿啦，这时候反向电流就会突然变得很大，二极管可能就会被损坏，就像小门卫被强大的外力给推倒了，整个秩序就乱套了。
在我们的生活中啊，二极管可起着大作用呢。
比如说在收音机里，它就像一个小筛子，把不需要的信号给筛掉，只让有用的信号通过，这样我们才能听到清晰的广播。
还有在那些酷炫的LED灯里，二极管也是核心部件呢。
半导体二极管
(1-4)
1. 4 二极管的主要参数
1. 最大整流电流 IFM
在规定的环境温度和散热条件下，二极管长 期使用时，所允许流过二极管的最大正向平 均电流。
2. 最高反向工作电压URM
通常称耐压值或额定工作电压，是指保证二 极管截止的条件下，允许加在二极管两端的 最大反向电压。手册上给出的最高反向工作 电压URM一般是击穿电压UBR的一半。
(1-5)
3. 反向电流 IR
指二极管未击穿时的反向电流。反向电流 越小越好。通常反向电流数值很小，但受 温度影响很大，温度越高反向电流越大， 一般温度每升高10o,反向电流约增大一倍。 硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要 比硅管大几十到几百倍。
4. 最最高工作频率fM
指保证二极管导向导电作用的最高工作频 率。当工作频率超过fM时，二极管将失去导 向导电性。
模拟电子技术
半导体二极管
1. 1 半导体二极管的结构和符号
PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。
点接触型
触丝线
PN结
引线 外壳线
基片
面接触型
二极管的ห้องสมุดไป่ตู้路符号： 阳极
阴极
(1-2)
二极管的主要特性---单向导电
1、二极管的偏置：二极管单向导电的特性，只有外加一定极 性的电压（称为偏置）才能表现出来。阳极电位高于阴极 电位称为二极管的正向偏置，反之称为反向偏置。
2、二极管的主要特性：单向导电，即正向导通，反向截止。 或曰：只能一个方向导电，另一个方向不导电，即由阳极 向阴极可以顺利的流电流，反方向不流电流。
只能一个方向 电，
(1-3)
1. 3 二极管的伏安特性
I
反向击穿 电压UBR
电路第-8-章-半导体二极管及应用-课件1.ppt
能力明显改变。
8.1 半导体基础
半导体种类：N型半导体和P型半导体
Si
Si
pS+i
Si
多余电 子
N型半导体：
在纯净的四价半导体中 掺入微量五价元素磷 （P）形成的半导体。
第八章 半导体二极管及其应用
8.1
半导体的基本知识
8.2
半导体二极管
8.3
半导体二极管的应用
8.1 半导体基础
1. 半导体：导电性能介于导体与绝缘体之间的物体 2. 半导体材料：硅（Si）和锗（Ge）
Si
Si
共价健
Si
Si
晶体中原子的排列方式
硅单晶中的共价健结构
8.1 半导体基础
3. 半导体导电特性：热敏性、光敏性、掺杂性
8.2 半导体二极管
4、特性：单向导电性
图1
图2
若 VP >VN(UD正向偏置 )，二极管导通 若 VP <VN(UD反向偏置 )，二极管截止
8.2 半导体二极管
I
正向特性
特点：非线性
+ P
– N
反向击穿 电压U(BR)
Is
反向电流 Is在一定电压 范围内保持 常数。
– P
+N
反向特性导通Leabharlann 降硅0.7V,锗0.3V U
8.3半导体二极管的应用
➢整流二极管
交流 整流 电压
脉动 直流电压
➢稳压二极管
有波纹的 稳压 直流
直流电压
电压
8.3 半导体二极管的应用
半导体二极管
半导体二极管二极管是由一个PN结、电极引线以及外壳封装构成的。
二极管的最大特点是：单向导电性。
其主要包括：稳压、整流、检波、开关、光/电转换等。
1.二极管的分类（1）按材料来分，可分为：硅二极管、锗二极管。
（2）按结构来分，可分为：点接触型二极管、面接触型二极管。
（3）按用途来分，可分为：稳压二极管、整流二极管、检波二极管、开关二极管、发光二极管、光电二极管等。
图1 常用二极管的外形和电路符号2.二极管性能的检测（1）外观判别二极管的极性二极管的正、负极性一般都标注在其外壳上。
有时会将二极管的图形直接画在其外壳上如图2（a）示。
对于二极管引线是轴向引出的，则会在其外壳上标出色环(色点)，有色环(色点)的一端为二极管的负极端，如图2（b）所示。
若二极管引线是同向引出，其判断如图2（c）所示。
若二极管是透明玻瑞壳，则可直接看出极性，即二极管内部连触丝的一端为正极。
图2根据判断外观二极管极性（2）万用表检测二极管的极性与好坏检测原理：根据二极管的单向导电性这一特点，性能良好的二极管，其正向电阻小，反向电阻大；这两个数值相差越大越好。
若相差不多，说明二极管的性能不好或已经损坏。
测量时，选用万用表的“欧姆”档。
一般用Rx100或Rx lk档。
而不用Rx1或Rx10k 档。
因为Rx l档的电流太大，容易烧坏二极管。
Rx l0k档的内电源电压太大，易击穿二极管。
测量方法：将两表棒分别接在二极管的两个电极上，读出测量的阻值；然后将表棒对换，再测量一次。
记下第二次阻值。
若两次阻值相差很大，说明该二极管性能良好；并根据测.量电阻小的那次的表棒接法(称之为正向连接)，判断出与黑表棒连接的是二极管的正极。
与红表榜连接的是二极管的负极。
因为万用表的内电源的正极与万用表的“—”插孔连通，内电源的负极与万用表的“+”插孔连通。
如采两次测量的阻值都很小，说明二极管己经击穿；如果两次测量的阻值都很大，说明二极管内部己经断路；两次测量的阻值相差不大，说明悦极管性能欠佳。
模拟电子技术基础 课件 01-2讲义(二极管)
3、稳压管的基本电路
工作区：反向击穿
接法：反接
电阻R的作用：限流
RL代表：负载
RL↓→ IO↑→ IR↑→ VO↓→ IZ↓→ IR↓ VO↑
稳压电路如图所示，直流输入电压VI的电压在12V~13.6V之间。 负载为9V的收音机，当它的音量最大时，需供给的功率为0.5W。 稳压管的VZ=9V，稳定电流IZmin=5mA，额定功率为1W，R=51Ω。 试分析稳压管电路能否正常工作。
工作区：反向偏置
接法：反接
作用：把光信号转换成电信号
◆发光二极管
发光二极管是通过电流时发光的一种器件，这是由于电子与空 穴直接复合而放出能量的结果。发出的光的波长由所使用的基本材 料而定。它的符号如图所示。
工作区：正向偏置
接法：正接 作用：把电信号转换成光信号 主要应用：作为显示器件
作业1-1
I S uD YT iD I D diD gd e duD VT VT VT
五、二极管应用举例
1、限幅电路：它是用来让信号在预置的电平范围内，有选择地传 输一部分。 一限幅电路如图所示，R=1KΩ，VREF=3V。当Ui=6sinωt(V) 时，利用恒压降模型绘出相应的输出电压UO的波形。二极管 的恒压降为0.7V。
由于收音机音量最大时，稳压管流过的电流
I z min I z min
所以稳压管失去了稳压作用。
ห้องสมุดไป่ตู้
◆光电二极管
光电二极管的结构与普通二极管类似，但在它的PN结处，通 过管壳上的一个玻璃窗口能接收外部的光照。这种器件的PN结在反 向偏置状态下运行，它的反向电流随光照度的增加而上升。它的符 号如图所示。
VD = VDD- IDR = 10-0.931×10 = 0.69V