第2章 半导体二极管及其应用电路

,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,*,第,2,章 半导体二极管及其应用电路,2.1,半导体的基础知识,2.2 PN,结与晶体二极管,2.3,特殊二极管,小结,2.1,半导体的基础知识,2.1.1,半导体,导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，我们称之为半导体。,半导体有以下特点,:,常用的半导体材料有,:,元素半导体，如硅,(Bi,、锗,(,Ge,等,;,化合物半导体，如砷化稼,(,GaAs,等；以及掺杂或制成其他化合物半导体材料，如硼,(B),、磷,(P),、锢,(In),和锑,(,Sb,),等。其中，硅是最常用的一种半导体材料。,(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。,下一页,2.1,半导体的基础知识,2.1.2,本征半导体,本征半导体是一种纯净的半导体晶体。常用的半导体材料是单晶硅,(,Si,),和单晶锗,(,Ge,),，其原子结构如,图,2-1(a),、,(b),所示。,在硅和锗等半导体材料中，内部原子排列是有规律的，即为晶体结构。每个原子受邻近四个原子的束缚，组成四个共价键。共价键像纽带一样将排列整齐的原子连接起来，如,图,2-2,所示。,由热激发产生的自由电子，也会释放能量返回到附近的空穴，这种现象称为复合。,热激发和光激发统称为本征激发。,在本征半导体中，随着温度的升高或光照的增强，电子一空穴对的数量将大大增加，导电能力将大大提高，这就是半导体具有热敏性和光敏性的基本原理。,下一页,上一页,2.1,半导体的基础知识,2.1.3,杂质半导体,杂质半导体是指在本征半导体中掺入了微量其他元素,(,称为杂质,),的半导体。,1.N,型半导体,在纯净的半导体硅,(,或锗,),中掺入微量五价元素,(,如磷,),后，就可成为,N,型半导体，如,图,2-3(a),所示。,2.P,型半导体,P,型半导体是在本征半导体硅,(,或锗,),中掺入微量的三价元素,(,如硼、锢等,),而形成的，如,图,2-3(b),所示。,上一页,返 回,2.2 PN,结与晶体二极管,2.2.1 PN,结的基本原理,1.PN,结的形成,载流子扩散形成内建电场，内建电场形成,PN,结。,因为在空间电荷区内多数载流子已扩散到对方并复合掉了，或者说消耗尽了，因此空间电荷区又称为耗尽层。,2.PN,结的单向导电特性,在,PN,结两端外加电压，称为给,PN,结以偏置电压。,1)PN,结正向偏置,导通,将,PN,结按,图,2-4(b),所示方式连接，此时称,PN,结为反向偏置,(,简称反偏,),。,PN,结具有单向导电性，加正向电压时，,PN,结电阻很小，电流较大，是多数载流子的扩散运动形成的；加反向电压时，,PN,结电阻很大，电流很小，是少数载流子 运动形成的。,下一页,2.2 PN,结与晶体二极管,2.2.2,晶体二极管,1.,半导体二极管的结构、符号及类型,1),类型,(1),按材料分,:,有硅二极管、锗二极管和砷化稼二极管等。,(2),按结构分,:,根据,PN,结面积大小，有点接触型、面接触型二极管。,(3),按用途分,:,有整流、稳压、开关、发光、光电、变容、阻尼等二极管。,(4),按封装形式分,:,有塑封及金属封装等二极管。,(5),按功率分,:,有大功率、中功率及小功率等二极管。,2),结构及符号,半导体二极管又称晶体二极管，简称二极管。二极管的结构与符号如,图,2-5,所示。,下一页,上一页,2.2 PN,结与晶体二极管,2.2.1 PN,结的基本原理,2.,半导体二极管的命名方法,半导体器件的型号由五个部分组成，如,图,2-6,所示。,3.,晶体二极管的伏安特性,半导体二极管的核心是,PN,结，它的特性就是,PN,结的特性,单向导电性。利用伏安特性曲线可形象地描述二极管的单向导电性。,二极管的伏安特性曲线，如,图,2-7,所示。,4.,二极管的主要参数,1),最大整流电流,I,FM,2),最高反向工作电压,U,RM,3),最大反向电流,I,RM,4),最高工作频率,f,M,下一页,上一页,2.2 PN,结与晶体二极管,2.2.1 PN,结的基本原理,5.,二极管的选择与使用注意事项,(1),要求导通电压低时选锗管,;,要求反向电流小时选硅管。,(2),要求导通电流大时选平面形,;,要求工作频率高时选点接触型。,(3),要求反向击穿电压高时选硅管。,(4),要求耐高温时选硅管。,6.,二极管的检测,(1),一般情况下，可利用万用表判断普通二极管的极性，并粗略地鉴别其质量好坏。如,图,2-8,所示。,(2),当需要获知二极管的伏安特性时，可利用晶体管特性测试仪测得，也可利用测试电路测得。,下一页,上一页,2.2 PN,结与晶体二极管,2.2.1 PN,结的基本原理,7.,半导体二极管的应用,二极管是电子电路中最常用的器件。,1),钳位,利用二极管正向导通时压降很小的特性，可组成钳位电路，如,图,2-9,所示。,2),限幅,利用二极管正向导通后其两端电压很小且基本不变的特性，可以构成各种限幅电路。如,图,2-10,所示。,3),元件保护,在电子线路中，常用二极管来保护其他元器件免受过高电压的损害，如,图,2-11,所示电路，,L,和,R,是线圈的电感和电阻。,上一页,返 回,2.3,特殊二极管,2.3.1,稳压管,稳压二极管又称齐纳二极管，简称稳压管。它是一种特殊的面接触型硅二极管，其符号和伏安特性曲线如,图,2-12,所示，它的正向特性曲线与普通二极管相似，而反向击穿特性曲线很陡。,稳压二极管的主要参数如下,:,(1),稳定电压,U,Z,(2),稳定电流,I,Z,(3),最大耗散功率,P,M,(4),动态电阻,r,Z,下一页,2.3,特殊二极管,2.3.2,发光二极管,发光二极管,(LED),与普通二极管一样，也是由,PN,结构成的，同样具有单向导电性，但在正向导通时，由于空穴和电子的复合而发出能量，发出一定波长的可见光。,光的波长不同，颜色也不同，常见的,LE D,有红、绿、黄等颜色。,电路符号如,图,2-13,所示。,下一页,上一页,2.3,特殊二极管,2.3.3,光电二极管,光电二极管又称光敏二极管，是一种将光信号转为电信号的半导体器件，其电路符号如,图,2-14,所示。光电二极管的结构与普通二极管的结构基本相同，只是在它的,PN,结处，通过管壳上的一个玻璃窗口能接收外部的光照。,光电二极管的,PN,结在反向偏置状态下运行，其反向电流随光照强度的增加而上升。,下一页,上一页,2.3,特殊二极管,2.3.4,变容二极管,变容二极管是利用,PN,结电容可变原理制成的半导体器件，它仍工作在反向偏置状态。,它的压控特性曲线和电路符号如,图,2-15,所示。,因其容量很小，为皮法数量级，所以主要用于高频场合下，例如，电调谐、调频信号的产生等。,上一页,返 回,小结,(1)PN,结是半导体器件的基础,PN,结正偏导通、反偏截止，具有单向导电性、反向击穿性和非线性的特点。,(2),二极管本质上是一个,PN,结，其主要特点是单向导电性。其全面的性质可用伏安特性来描述。,(3),二极管可用于整流、限幅、保护、开关等电路中。,(4),稳压二极管、发光二极管、光电二极管、变容二极管等都是常用的特殊二极管，各自用在不同的电路中。,返 回,图,2-1,原子结构示意图,返 回,图,2-2,硅和锗的共价键结构,返 回,图,2-3,掺杂质后的半导体,返 回,图,2-4 PN,结的单向导电性,返 回,图,2-5,二极管的结构与符号,返 回,图,2-6,半导体器件的型号组成,返 回,图,2-7,二极管伏安特性曲线,返 回,图,2-8,万用表简易测试二极管示意图,返 回,图,2-9,二极管钳位电路,返 回,图,2-10,二极管上限幅电路及波形,返 回,图,2-11,二极管保护电路,返 回,图,2-12,稳压管的伏安特性及符号,返 回,图,2-13,发光二极管电路符号,返 回,图,2-14,光电二极管电路符号,返 回,图,2-15,变容二极管符号及特性,返 回,