半導體器件基礎與二極管電路第五章第五章半導體器件基礎與二極管電路5.1半導體二極管的工作原理與特性5.2二極管整流電路5.3二極管峰值采樣電路5.4二極管檢波電路5.1半導體二極管的工作原理與特性導體：自然界中很容易導電的物質稱為導體，金屬一般都是導體。絕緣體：有的物質幾乎不導電，稱為絕緣體，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半導體：另有一類物質的導電特性處于導體和絕緣體之間，稱為半導體，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。

根據(jù)物體導電能力(電阻率)的不同，來劃分導體、絕緣體和半導體。5.1.1PN結及其單向導電性一、半導體的導電特性典型的半導體有硅Si和鍺Ge以及砷化鎵GaAs等。半導體有溫敏、光敏和摻雜等導電特性。熱敏性：當環(huán)境溫度升高時，導電能力顯著增強。（可做成溫度敏感元件，如熱敏電阻）光敏性：當受到光照時，導電能力明顯變化。（可做成各種光電元件，如光電電阻、光電二極管、光電晶體管）摻雜性：往純凈的半導體中摻入某些雜質，導電能力明顯改變。（可做成各種不同用途的半導體器件，如二極管、晶體管和晶閘管等）+4+4+4+4+4+4+4+4+4

完全純凈的、不含其他雜質且具有晶體結構的半導體稱為本征半導體

將硅或鍺材料提純便形成單晶體，它的原子結構為共價鍵結構。價電子共價鍵二、本征半導體的晶體結構當溫度T=0

K時，半導體不導電，如同絕緣體。+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由電子空穴若T

，將有少數(shù)價電子克服共價鍵的束縛成為自由電子，在原來的共價鍵中留下一個空位——空穴。T

自由電子和空穴使本征半導體具有導電能力，但很微弱?？昭煽闯蓭д姷妮d流子。三、本征半導體中的兩種載流子雜質半導體有兩種N型半導體P型半導體1、N型半導體(Negative)在硅或鍺的晶體中摻入少量的5價雜質元素，如磷、銻、砷等，即構成N型半導體(或稱電子型半導體)。常用的5價雜質元素有磷、銻、砷等。四、雜質半導體本征半導體摻入5價元素后，原來晶體中的某些硅原子將被雜質原子代替。雜質原子最外層有5個價電子，其中4個與硅構成共價鍵，多余一個電子只受自身原子核吸引，在室溫下即可成為自由電子。

見下頁自由電子濃度遠大于空穴的濃度，即n>>p。

電子稱為多數(shù)載流子(簡稱多子)，

空穴稱為少數(shù)載流子(簡稱少子)。5價雜質原子稱為施主原子。+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5自由電子施主原子

2、P型半導體+4+4+4+4+4+4+4+4+4在硅或鍺的晶體中摻入少量的3價雜質元素，如硼、鎵、銦等，即構成P型半導體。+3空穴濃度多于電子濃度，即p>>n?？昭槎鄶?shù)載流子，電子為少數(shù)載流子。3價雜質原子稱為受主原子。受主原子空穴在一塊半導體單晶上一側摻雜成為P型半導體，另一側摻雜成為N型半導體，兩個區(qū)域的交界處就形成了一個特殊的薄層，稱為PN結。PNPN結五、PN結的形成及其單向導電性1、PN結中載流子的運動耗盡層空間電荷區(qū)PN①.擴散運動②.擴散運動形成空間電荷區(qū)電子和空穴濃度差形成多數(shù)載流子的擴散運動?！狿N結，耗盡層。PN③.空間電荷區(qū)產(chǎn)生內電場PN空間電荷區(qū)內電場Uho空間電荷區(qū)正負離子之間電位差Uho

——電位壁壘；——

內電場；內電場阻止多子的擴散——

阻擋層。④.漂移運動內電場有利于少子運動—漂移。少子的運動與多子運動方向相反阻擋層⑤.擴散與漂移的動態(tài)平衡擴散運動使空間電荷區(qū)增大，擴散電流逐漸減??；隨著內電場的增強，漂移運動逐漸增加；當擴散電流與漂移電流相等時，PN結總的電流等于零，空間電荷區(qū)的寬度達到穩(wěn)定。對稱結即擴散運動與漂移運動達到動態(tài)平衡。PN不對稱結2、PN結的單向導電性1.PN結外加正向電壓時處于導通狀態(tài)又稱正向偏置，簡稱正偏。外電場方向內電場方向耗盡層VRI空間電荷區(qū)變窄，有利于擴散運動，電路中有較大的正向電流。PN在PN結加符上一提個很鍛小的誦正向元電壓眨，即哲可得化到較蝴大的厚正向卻電流扶，為椒防止蚊電流悠過大掉，可衣接入厚電阻R。2.PN結外加踢反向喘電壓塘時處蔑于截盯止狀皮態(tài)(反偏)反向換接法途時，視外電細場與刷內電萍場的悉方向冬一致齊，增脂強了般內電腐場的忽作用輪；如下庭圖外電堪場使蹈空間晚電荷鍵區(qū)變療寬；不利啄于擴瓣散運哨動，涉有利睛于漂桂移運船動，堪漂移勒電流茄大于牽擴散臘電流慮，電杰路中辯產(chǎn)生只反向紀電流I；由于副少數(shù)使載流撒子濃膚度很烘低，掏反向聾電流律數(shù)值秩非常屬小。耗盡層反向摩電流默又稱反向群飽和裙電流。對溫贊度十剖分敏叨感，隨著技溫度擱升高似，IS將急變劇增威大。PN外電場方向內電場方向VRIS綜上書所述醋：當PN結正滲向偏堪置時頑，回斃路中勵將產(chǎn)爭生一落個較戲大的專正向導電流鉗，PN結處同于導通返狀態(tài)；當PN結反偽向偏祝置時掩，回疊路中具反向捕電流寇非常版小，劑幾乎元等于中零，PN結處討于截止門狀態(tài)?？梢姾?，PN結具租有單向羞導電除性。在PN結上俊加上壩引線魂和封科裝，料就成濕為一脹個二麗極管好。二極型管按兄結構栗分有點接罪觸型鹿、面探接觸語型和旅平面向型5.串1.屆2半導豈體二登極管隙的基沒本結拍構1點接匆觸型留二極青管(a)點接觸型

二極管的結構示意圖PN結面嫂積小蔬，結饞電容裝小，由用于月檢波卷和變煮頻等黎高頻啊電路農(nóng)。3平面弄型二原極管往往面用于敏集成端電路己制造寫工藝否中。PN結面福積可鉤大可會小，競用于械高頻失整流盜和開察關電懇路中至。2面接程觸型某二極絮管PN結面聽積大浮，用隙于工顆頻大兇電流尸整流河電路見。(b)面接觸型(c)平面型4二極阿管的俯代表逢符號D5.肺1.總3半導廣體二極紅管的骨伏安柳特性攏及主牛要參林數(shù)二極呼管的繭伏安粘特性危曲線切可用遭下式能表示硅二極管2CP10的伏安特性正向凈特性反向褲特性反向蜜擊穿痰特性開啟凝電壓瞞：0.既5V導通電處壓：0.劈燕7一、歐半導帳體二襯極管別的伏些安特坊性鍺二極管2AP15的伏安特性UonU(BR)開啟挪電壓散：0.迅1V導通電玻壓：0.制2V1.正向亮特性外加倘正向輝電壓遇時，般正向膀特性沃的起銳始部肺分，溫正向滴電流摧幾乎巾為零條。這牧一段確稱為董“洪死區(qū)挑”。僻對應縱于二繡極管妖開始奔導通草時的瓦外加坦電壓很稱為兄“撿死區(qū)花電壓叫”。珍鍺管五約為0.松2V米,硅管泰約0.癥5V。2.反向題特性外加至反向對電壓奇不超炸過一擇定范前圍時搞通過痕二極洲管的揭電流庫是少紐奉數(shù)載拆流子運漂移袋運動置所形津成的鞏很小紐奉的反收向電既流，剃稱為反向吵飽和狡電流或漏電旗流。該疼電流升受溫漢度影諒響很控大。3.擊穿愿特性外加芳反向象電壓房誠超過潤某一頓數(shù)值孫時，鋒反向撲電流中會突隔然增亦大，狐這種君現(xiàn)象頑稱為集擊穿乏（擊隊穿時臣，二國極管梁失去婆單向熄導電企性）鈔。梯對應就的電發(fā)壓稱克為擊穿蓮電壓。1.理想模型2.折線模型3.斜線模型二、阻半導壩體二葡極管黎的電售路模販型(1留)最大寶整流總電流IOM(2苗)反向腸工作諸峰值浪電壓UDM于R(3黨)反向洋電流IR(4聽)最高娃工作袖頻率fM三、領半導翅體二克極管錦的主溝要參勒數(shù)二極么管長洽時間米安全厭工作協(xié)所允噴許流絕過的鴨最大神正向滲平均映電流班。由PN結結梨面積計和散今熱條慘件決伍定，觸超過翻此值刃工作蓋可能辨導致溜過熱木而損少壞。為保稱證二秩極管盆不被續(xù)反向道擊穿撫而規(guī)阿定的乓最大宿反向女工作弓電壓登，一涌般為弄反向適擊穿癥電壓已的一貸半。二極凈管未昆被擊碎穿時角，流沒過二攏極管炕的反削向電勿流。鞠此值鳴越小曾，單屢向導魂電性橫越好快。硅月管優(yōu)雨于鍺讓管。二極惠管維社持單幸向導支電性倚的最慢高工極作頻咱率。吐由于步二極苗管中狠存在亞結電漫容，先當頻鞋率很麻高時壟，電丟流可譯直接身通過臥結電陜容，還破壞巧二極筑管的斯單向怪導電粉性。四、頓溫度軟對二奸極管謊伏安挑特性垃的影舅響在環(huán)境峽溫度谷升高膀時，賊二極倚管的御正向鑄特性僅將左聽移，呆反向季特性舅將下鄰移。二極解管的仆特性濁對溫煌度很搜敏感–50I/mAU

/V0.20.4–2551015–0.01–0.020溫度增加在實角際應核用中駛，應憑根據(jù)憤管子夸所用較的場亂合，葵按其咱所承匆受的紐奉最高春反向她電壓劇、最較大正棋向平垮均電存流、棋工作王頻率暖、環(huán)蘆境溫盜度等啞條件渾，選騎擇滿加足要先求的療二極皆管。5.既1.辣4穩(wěn)壓求二極樣管一、多穩(wěn)壓純管的枕伏安因特性(a)符號(b)2CW17伏安特性利用二極管反向擊穿特性實現(xiàn)穩(wěn)壓。穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓時工作在反向電擊穿狀態(tài)，反向電壓應大于穩(wěn)壓電壓。DZ(1枕)穩(wěn)定緩電壓UZ(2蝴)動態(tài)預電阻rZ在規(guī)妻定的彎穩(wěn)壓腥管反身向工競作電會流IZ下，拘所對排應的銜反向圾工作詞電壓隊。rZ=VZ/IZ(3微)最大鼠耗散輩功率PZM(4動)最大躬穩(wěn)定岔工作睜電流IZm叼ax和最員小穩(wěn)鐵定工郵作電受流IZm島in(5涌)溫度當系數(shù)——VZ二、賢穩(wěn)壓伍管的運主要逮參數(shù)一、解發(fā)光哈二極屠管LE投D(Li舉gh咬t砍Em宗it脖ti毒ng舍D邁io大de)1.符號督和特睡性工作均條件蠢：正向消偏置一般父工作霸電流庸幾十mA，導通皆電壓(12)害V符號u/Vi

/mAO2特性5.叔1.粉5其它裹類型辣的二禮極管發(fā)光爺類型霧：可見族光：紅、衫黃、拘綠顯示鞏類型撫：普通LE陜D，不可慮見光攻：紅外王光點陣LE殺D七段LE排D畢,二、土光電慎二極滲管符號亞和特塘性符號特性uiOE=200lxE=400lx工作拒原理發(fā)：三、促變容捕二極某管四、嘗隧道順二極仆管五、引肖特肚基二蛙極管無光照故時，炒與普泥通二單極管解一樣伶。有光鑒照時竊，分南布在桶第三患、四潑象限攔。對整盆流電負路要孔研究第清楚焰以下機問題魚：1.電路帽的工汁作原關理：喚二極莊管工敬作狀趟態(tài)、美波形酒分析2.輸出羽電壓澇和輸現(xiàn)出電春流的虛平均味值：沫輸出葉為脈億動的決直流洪電壓3.整流亮二極葵管的撓選擇搭：二滋極管笛承受廉的最餅大整票流平淘均電宜流和險最高她反向尤工作卵電壓為分標析問稈題簡板單起囑見，搜設二飾極管遲為理迎想二暗極管溜，變攔壓器暈內阻欺為0。整流口二極涌管的絹伏安懶特性務：實際皺特性理想剝化特滋性正向見導通齊電壓桿為0，正貌向電純阻為0。5.鴨2二極閃管整講流電歪路一、腦工作嬸原理u2的正朝半周督，D導通抱，A→猛D→RL→B，uO=u2。u2的負沃半周侮，D截止叫，承督受反獸向電稠壓，凍為u2；uO=0。5.驕2.倒1單相