二极管单向导电性

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电子爱好者之家,二极管的单向 导电性,1,半导体的特性,1. 导体：,电阻率, 10,9,cm 物质。如橡胶、塑料等。,3. 半导体：,导电性能介于导体和半导体之间的物质。大多数半导体器件所用的主要材料是硅,(,Si,),和锗,(,Ge,),。,半导体导电性能是由其原子结构决定的。,2,硅(锗)的原子结构,简化,模型,惯性核,价电子,(束缚电子),半导体的原子结构,半导体材料：硅、锗,3,本征半导体的晶体结构,硅(锗)的共价键结构,共价键 ,相邻原子共有价电子所形成的束缚。,完全纯净的半导体称为本征半导体。硅和锗都是四价元素，其原子核最外层有四个价电子。它们都是由同一种原子构成的“单晶体”，属于本征半导体,4,本征激发：,复 合：,自由电子和空穴在运动中相遇重新结合成对消失的过程。,漂 移：,自由电子和空穴在电场作用下的定向运动。,在室温或光照下价电子获得足够能量摆脱共价键的束缚成为自由电子，并在共价键中留下一个空位,(空穴),的过程。,载流子 ：,自由电子和空穴,5,杂质半导体,一、N 型半导体,N 型,+5,+4,+4,+4,+4,+4,磷原子,自由电子,电子为,多,数载流,子,空穴为,少,数载流,子,载流子数,电子数,6,二、 P 型半导体,P,型,+3,+4,+4,+4,+4,+4,硼原子,空穴,空穴 ,多子,电子 ,少子,载流子数,空穴数,7,半导体二极管,PN 结及其单向导电性,在一块半导体单晶上一侧掺杂成为 P 型半导体，另一侧掺杂成为 N 型半导体，两个区域的交界处就形成了一个特殊的薄层，,称为 PN 结,。,P,N,PN结,PN 结的形成,8,一、 PN 结中载流子的运动,耗尽层,空间电荷区,P,N,1. 扩散运动,2. 扩散运动形成空间电荷区,电子和空穴浓度差形成,多数载流子的扩散运动。, PN 结，耗尽层。,图 1.2.1,P,N,9,3. 空间电荷区产生内电场,P,N,空间电荷区,内电场,U,D,空间电荷区正负离子之间电位差,U,D,电位壁垒,；,内电场,；内电场阻止多子的扩散,阻挡层,。,4. 漂移运动,内电场有利于少子运动,漂移。,少子的运动与多子运动方向相反,阻挡层,10,5. 扩散与漂移的动态平衡,扩散运动使空间电荷区增大，扩散电流逐渐减小；,随着内电场的增强，漂移运动逐渐增加；,当扩散电流与漂移电流相等时，PN 结总的电流,空间电荷区的宽度约为几微米 几十微米；,等于零，空间电荷区的宽度达到稳定。即,扩散运动与,漂移运动达到动态平衡。,电压壁垒,U,D,，硅材料约为,(,0.6 0.8,),V,锗材料约为,(,0.2 0.3,),V。,11,二、 PN 结的单向导电性,1.,PN,外加正向电压,又称正向偏置，简称正偏。,外电场方向,内电场方向,空间电荷区,V,R,I,空间电荷区变窄，有利于扩散运动，电路中有较大的正向电流。,P,N,12,在 PN 结加上一个很小的正向电压，即可得到较大的正向电流，为防止电流过大，可接入电阻,R,。,2.,PN 结,外加反向电压,(,反偏,),反向接法时，外电场与内电场的方向一致，增强了内电场的作用；,外电场使空间电荷区变宽；,不利于扩散运动，有利于漂移运动，漂移电流大于扩散电流，电路中产生反向电流,I,；,由于少数载流子浓度很低，反向电流数值非常小。,13,空间电荷区,图 1.2.3反相偏置的 PN 结,反向电流又称,反向饱和电流,。,对温度十分敏感,，,随着温度升高，,I,S,将急剧增大,。,P,N,外电场方向,内电场方向,V,R,I,S,14,综上所述：,当 PN 结正向偏置时，回路中将产生一个较大的正向电流， PN 结处于,导通状态,；当 PN 结反向偏置时，回路中反向电流非常小，几乎等于零， PN 结处于,截止状态,。,可见， PN 结具有,单向导电性,。,15,二极管的伏安特性,将 PN 结封装在塑料、玻璃或金属外壳里，再从 P 区和 N 区分别焊出两根引线作正、负极。,二极管的结构：,(,a,),外形图,半导体二极管又称晶体二极管。,(,b,),符号,图 1.2.4二极管的外形和符号,16,半导体二极管的类型：,按 PN 结结构,分：,有点接触型和面接触型二极管。,点接触型管子中不允许通过较大的电流，因结电容小，可在高频下工作。,面接触型二极管,PN 结的面积大，允许流过的电流大，但只能在较低频率下工作。,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。,按半导体材料分：,有硅二极管、锗二极管等。,17,二极管的伏安特性,在二极管的两端加上电压，测量流过管子的电流，,I,=,f,(,U,),之间的关系曲线,。,60,40,20, 0.002, 0.004,0,0.5,1.0,25,50,I,/ mA,U,/ V,正向特性,硅管的伏安特性,死区电压,击穿电压,U,(BR),反向特性, 50,I,/ mA,U,/ V,0.2,0.4, 25,5,10,15,0.01,0.02,锗管的伏安特性,0,图 1.2.4二极管的伏安特性,18,1. 正向特性,当正向电压比较小时，正向电流很小，几乎为零。,相应的电压叫,死区电压,。范围称,死区。死区电压,与材料和温度有关，硅管约 0.5 V 左右，锗管约 0.1 V 左右。,正向特性,死区电压,60,40,20,0,0.4,0.8,I,/ mA,U,/ V,当正向电压超过死区电压后，随着电压的升高，正向电流迅速增大。,19,2. 反向特性, 0.02, 0.04,0,25,50,I,/ mA,U,/ V,反向特性,当电压超过零点几伏后，反向电流不随电压增加而增大，即饱和；,二极管加反向电压，反向电流很小；,如果反向电压继续升高，大到一定数值时，反向电流会突然增大；,反向饱和电流,这种现象称,击穿,，对应电压叫,反向击穿电压,。,击穿并不意味管子损坏，若控制击穿电流，电压降低后，还可恢复正常。,击穿电压,U,(BR),20,结论：,二极管具有单向导电性。加正向电压时导通，呈现很小的正向电阻，如同开关闭合；加反向电压时截止，呈现很大的反向电阻，如同开关断开。,从二极管伏安特性曲线可以看出，二极管的电压与电流变化不呈线性关系，其内阻不是常数，所以二极管属于非线性器件。,21,