1、二極管知識學習報告,報告者：胡國光,時間：2012-9-12,一. 半導體的基礎(chǔ)知識,.半導體材料：硅（Si）鍺（Ge）等元素 .電阻率：（=RS/L） 1）導體：10（-6） 10（-3） 2）半導體：10（-3） 10（8） 3）絕緣體：10（8） 10（20） .空穴的概念： 電子掙脫共價鍵束縛成為自由電子，共價鍵留下空位叫空穴?？昭ㄊ前雽w區(qū)別于導體一個重要特點。 .雜質(zhì)半導體分類 P型：摻入少量三價元素雜質(zhì)（受熱激發(fā)易產(chǎn)生空穴導電） N型：摻入少量五價元素雜質(zhì)（受熱激發(fā)易產(chǎn)生電子導電）,二. PN結(jié)形成及特性,圖（1）,圖（2）,. PN結(jié)形成,P與N區(qū)的空穴與電子存在濃度差，根據(jù)

2、擴散原理濃度高處向濃度低處進行擴散。在P 與N區(qū)交界區(qū)，電子與空穴最易擴散并中和，留下不能移動的帶電粒子（N區(qū)帶正電荷，P區(qū)帶負電荷），形成圖2中空間電荷區(qū)稱為PN結(jié)。,. 擴散運動與漂移運動,擴散運動是由P與N區(qū)的電子和空穴濃度差引起的，這也形成PN結(jié)的原因?？臻g電荷區(qū)的內(nèi)電場阻止擴散運動。 漂移運動是少數(shù)載流子（N區(qū)空穴，P區(qū)電子）在內(nèi)電場作用下進行運動。運動方向與擴散運動方向相反。于是它的作用是使PN結(jié)變薄。,三. PN結(jié)的單向?qū)щ娦?(1) PN結(jié)加正向電壓,當外加正向電壓，即電源的正負端分別接P型和N型半導體時，外加電場的方向與內(nèi)建電場E的方向相反，相應的阻擋層寬度減小，這樣就打破了

3、擴散運動的和漂移運動的動態(tài)平衡，其中擴散運動起主要作用，形成擴散電流。 PN結(jié)呈現(xiàn)低阻性。P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱為加正向電壓， 簡稱正偏。,外加反向電壓,方向與PN結(jié)內(nèi)電場方向相同，加強了內(nèi)電場。內(nèi)電場對多子擴散運動的阻礙增強，擴散電流大大減小。此時PN結(jié)區(qū)的少子在內(nèi)電場的作用下形成的漂移電流大于擴散電流，可忽略擴散電流，PN結(jié)呈現(xiàn)高阻性。 P區(qū)的電位低于N區(qū)的電位，稱為加反向電壓，簡稱反偏。,總結(jié)： PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?，若外加電壓使電流從P區(qū)流到N區(qū)， PN結(jié)呈低阻性，所以電流大；反之是高阻性，電流不能通過。,（2）PN結(jié)加反向電壓,四.半導體二極管結(jié)構(gòu)類型及特性,在PN結(jié)上加上引線

4、和封裝，就成為一個二極管。二極管按結(jié)構(gòu)分有點接觸型、面接觸型和平面型三大類。它們的結(jié)構(gòu)示意圖如圖110所示。,PN結(jié)面積大，用 于工頻大電流整流電路。,往往用于集成電路制造工 藝中。PN 結(jié)面積可大可小，用 于高頻整流和開關(guān)電路中。,PN結(jié)面積小，結(jié)電容小， 用于檢波和變頻等高頻電路。,集成電路中平面型,(1) 正向特性,硅二極管的死區(qū)電壓Vth=0.50.8V左右， 鍺二極管的死區(qū)電壓Vth=0.20.3 V左右。,當0VVth時，正向電流為零，Vth稱死區(qū)電壓或開啟電壓。,正向區(qū)分為兩段：,當V Vth時，開始出現(xiàn)正向電流，并按指數(shù)規(guī)律增長。,(2).半導體二極管的參數(shù),(a) 最大整流電

5、流IF,(b) 反向擊穿電壓VBR,二極管連續(xù)工作時，允許流過的最大正向整流電流的平均值。工作時應使平均工作電流小于, 如超過, 二極管將過熱而燒毀。此值取決于結(jié)的面積、材料和散熱情況。,二極管反向電流急劇增加時對應的反向電壓值稱為反向擊穿電壓VBR。為安全計，在實際工作時，最大反向工作電壓VRM一般只按反向擊穿電壓VBR的一半計算。,(d) 正向壓降VF,在規(guī)定的正向電流下，二極管的正向電壓降。硅二極管約0.60.8V；鍺二極管約0.20.3V。,(e) 最高工作頻率f,的值主要取決于結(jié)結(jié)電容的大小, 結(jié)電容（勢壘電容與擴散電容）越大, 則二極管允許的最高工作頻率越低。,(c) 反向電流IR

6、,未擊穿時反向電流（少數(shù)載流子漂移），值愈小，二極管單向?qū)щ娦杂?。溫度升高時，熱激發(fā)強，反向電流急增。硅二極管的反向電流一般在納安(nA)級；鍺二極管在微安(A)級。,(a)整流二極管：多用硅半導體材料制成，有金屬封裝和塑料封裝兩種，整流二極管是利用PN結(jié)的單向?qū)щ娦?，把交流電變成脈動的直流電，多用在電源電路中。 (b)檢波二極管：檢波的作用是把調(diào)制在高頻電磁波上的低頻信號檢出來，它是利用二極管的非線性，檢波二極管要求結(jié)電容小，反向電流小，必須有良好的高頻特性。 (c)穩(wěn)壓二極管：一種齊納二極管，正常工作區(qū)為PN結(jié)的反向擊穿區(qū)，其特點是反向電流在一定的范圍內(nèi)變化時穩(wěn)壓管兩端的電壓幾乎不變。注

7、意的是，穩(wěn)壓管的電流一定要工作在穩(wěn)壓區(qū)，但電流也不能無限制增大，必須串聯(lián)一定的限流電阻，其作用是限制穩(wěn)壓管的反向電流，防止因電流過大致使PN結(jié)結(jié)溫過高而燒壞。 (d)開關(guān)二極管：利用二極管的單向?qū)щ娦?，在正偏狀態(tài)下電阻很小，約幾十歐；在反偏下呈截止狀態(tài)，電阻很大，在幾十千歐以上，利用二極管的這一特性，在電路中對電流進行控制，可起到“接通”或“關(guān)斷”的開關(guān)作用，要求它的開關(guān)速度非常高，廣泛應用在脈沖電路和自動控制電路中。,(3). 幾種常見的二極管：,(e)變?nèi)荻O管：它是利用PN結(jié)的空間電荷層具有電容特性的原理，特點是電容隨管子上的反向電壓大小而變化，它可以取代可變電容器，廣泛用在振蕩電路和諧

8、振電路中，如高頻頭、壓控振蕩器等，它必須工作在反偏狀態(tài)。 (f)阻尼二極管：它具有高頻高壓整流二極管特性，反向恢復時間小，能承受較高的反向電壓和較大的峰值電流，多用于電視機中的行掃描電路。 (g)發(fā)光二極管：它通常用砷化鎵、磷化鎵等半導體材料制成，它在通過正向電流是會發(fā)光，發(fā)光的顏色取決于所用的材料，可發(fā)出紅、黃、綠及紅外光，它廣泛應用于數(shù)碼指示、電氣設(shè)備的工作狀態(tài)指示和遙控發(fā)射二極管。 (h)光電二極管：它工作時加上反向電壓，在光照射時產(chǎn)生光電流，光電流隨著光照強度的增強而上升。它廣泛應用在光傳感器中，如背投電視中的自動匯聚調(diào)整。,例題：,1、限幅電路：它是用來讓信號在預置的電平范圍內(nèi)，有選

9、擇地傳輸一部分。,一限幅電路如圖所示，R=1K，VREF=3V。當Ui=6sint(V)時，利用恒壓降模型繪出相應的輸出電壓UO的波形。二極管的恒壓降為0.7V。,Ui3.7V時D導通， UO=0.7+3=3.7V,五、二極管應用舉例,2、開關(guān)電路：利用二極管的單向?qū)щ娦砸越油ɑ驍嚅_電路，這在數(shù)字電路中廣泛應用。,例題：,二極管開關(guān)電路如圖所示，當Ui1和Ui2為0V或5V時，求Ui1和Ui2的值不同組合情況下，輸出電壓Uo的值。設(shè)二極管是理想的。,截止,截止,截止,截止,導通,導通,導通,導通,0,5,5,5,3、整流電路：將交流電壓轉(zhuǎn)換成脈動的直流電壓。,例題：,單相橋式整流電路如圖所示，電源US為正弦波電壓，試繪出負載RL兩端的電壓波形，設(shè)二