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1、主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 第一第一章：半导体器件基础章：半导体器件基础设计/制作/主讲：谭诚臣适用于理工科电子信息类专业适用于理工科电子信息类专业主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 第一第一章：半导体器件基础章：半导体器件基础第一章：二极管及其应用第一章：二极管及其应用主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 1.1.11.1.1半导体的特性半导体的特性物体分类物体分类导体导体：导电率为：导电率为10105 5s.cms.cm-1-1，量级，如金属量级，如金属绝缘体绝缘体：导电率为：导电率为1010-22-22-10-10-14 -14 s.cms.cm-1-1量级，如：
2、塑料量级，如：塑料半导体半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间。：导电能力介于导体和绝缘体之间。 如：硅、锗、砷化镓等。如：硅、锗、砷化镓等。 半导体特性半导体特性掺入杂质则导电率剧增且可控掺入杂质则导电率剧增且可控掺杂特性掺杂特性半导体器件半导体器件温度增加使导电率大为增加温度增加使导电率大为增加温度特性温度特性热敏器件热敏器件光照不仅使导电率大为增加还可以产生电动势光照不仅使导电率大为增加还可以产生电动势光照特性光照特性光敏器件光敏器件光电器件光电器件第一章：二极管及其应用第一章：二极管及其应用主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 1.1.21.1.2 本征半导体本征半导体本征半导体本征
3、半导体完全纯净、结构完整的半导体晶体。完全纯净、结构完整的半导体晶体。纯度：纯度：99.9999999%99.9999999%，“九个九个9”9”它在物理结构上呈单晶体形态。它在物理结构上呈单晶体形态。常用的本征半导体常用的本征半导体Si+14284Ge+3228 184硅原子和锗原子的简化模型图第一章：二极管及其应用第一章：二极管及其应用主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 1.1.21.1.2 本征半导体本征半导体 本征半导体原子核最外层的价电子都是本征半导体原子核最外层的价电子都是4 4个，称为四价元个，称为四价元素，它们排列成非常整齐的晶格结构。在本征半导体的晶格素，它们排列成非常
4、整齐的晶格结构。在本征半导体的晶格结构中，每一个原子均与相邻的四个原子结合，即与相邻四结构中，每一个原子均与相邻的四个原子结合，即与相邻四个原子的价电子两两组成电子对，构成个原子的价电子两两组成电子对，构成。444444444实际上半导体实际上半导体的晶格结构是的晶格结构是三维的三维的晶格结构晶格结构共价键结构共价键结构第一章：二极管及其应用第一章：二极管及其应用主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 1.1.21.1.2 本征半导体本征半导体444444444从共价键晶格结构从共价键晶格结构来看，每个原子外来看，每个原子外层都具有层都具有8 8个价电子个价电子。但价电子是相邻。但价电子是相
5、邻原子共用，所以稳原子共用，所以稳定性并不能象绝缘定性并不能象绝缘体那样好。体那样好。在游离走的价电子原在游离走的价电子原位上留下一个不能移位上留下一个不能移动的空位，叫空穴。动的空位，叫空穴。 受光照或温度上升受光照或温度上升影响，共价键中价电影响，共价键中价电子的热运动加剧，一子的热运动加剧，一些价电子会挣脱原子些价电子会挣脱原子核的束缚游离到空间核的束缚游离到空间成为成为自由电子自由电子。由于热激发而在晶体中出现由于热激发而在晶体中出现电子空穴对电子空穴对的现象称为的现象称为。本征激发本征激发的结果，造成了半导体内部的结果，造成了半导体内部自由电子载流子自由电子载流子运动运动的产生，的产
6、生，失掉电子的原失掉电子的原子变成子变成带正电荷的离子。带正电荷的离子。由于共价键是定域的，这些带正电的离子不会移动，即不能参与导电，由于共价键是定域的，这些带正电的离子不会移动，即不能参与导电，成为晶体中固定不动的成为晶体中固定不动的带正电离子带正电离子。 第一章：二极管及其应用第一章：二极管及其应用主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 1.1.21.1.2 本征半导体本征半导体第一章：二极管及其应用第一章：二极管及其应用主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 1.1.21.1.2 本征半导体本征半导体444444444受光照或温度受光照或温度上升影响，共上升影响，共价键中其它一价键中
7、其它一些价电子直接些价电子直接跳进跳进空穴，使空穴，使失电子的原子失电子的原子重新恢复电中重新恢复电中性性。价电子填补空穴的现象称为价电子填补空穴的现象称为。参与复合的价电子又会留下一个新参与复合的价电子又会留下一个新的空位，而这个新的空穴仍会被邻近共价键中跳出来的价电子填补上，的空位，而这个新的空穴仍会被邻近共价键中跳出来的价电子填补上，这种价电子填补空穴的复合运动使本征半导体中又形成一种不同于本这种价电子填补空穴的复合运动使本征半导体中又形成一种不同于本征激发下的电荷迁移，为区别于本征激发下自由电子载流子的运动，征激发下的电荷迁移，为区别于本征激发下自由电子载流子的运动，我们把我们把价电子
8、填补空穴的复合运动价电子填补空穴的复合运动称为称为空穴载流子运动空穴载流子运动。第一章：二极管及其应用第一章：二极管及其应用主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 1.1.21.1.2 本征半导体本征半导体444444444 自由电子的运动可自由电子的运动可以形容为没有座位的以形容为没有座位的人的移动；空穴的运人的移动；空穴的运动则可形容为有座位动则可形容为有座位的人依次向前挪动座的人依次向前挪动座位的运动。位的运动。 半导体内部的这两种运动总是半导体内部的这两种运动总是共存共存的，且在的，且在一定温度一定温度下达到下达到动态平衡动态平衡。第一章：二极管及其应用第一章：二极管及其应用主讲/设
9、计/制作：谭诚臣 E-mail: 1.1.21.1.2 本征半导体本征半导体1. 1. 本征半导体中有两种载流子本征半导体中有两种载流子 自由电子和空穴自由电子和空穴它们是成对出现的它们是成对出现的2. 2. 在外电场的作用下，产生电流在外电场的作用下，产生电流 电子流和空穴流电子流和空穴流电子流电子流自由电子作定向运动形成的自由电子作定向运动形成的与外电场方向相反与外电场方向相反自由电子始终在导带内运动自由电子始终在导带内运动空穴流空穴流价电子递补空穴形成的价电子递补空穴形成的与外电场方向相同与外电场方向相同始终在价带内运动始终在价带内运动第一章：二极管及其应用第一章：二极管及其应用主讲/设
10、计/制作：谭诚臣 E-mail: 1.1.31.1.3 掺杂半导体掺杂半导体杂质半导体杂质半导体掺入杂质的本征半导体。掺入杂质的本征半导体。掺杂后半导体的导电率大为提高掺杂后半导体的导电率大为提高掺入的三价元素如掺入的三价元素如B B、AlAl、InIn等，等，形成形成P P型半导体，也称空穴型半导体型半导体，也称空穴型半导体掺入的五价元素如掺入的五价元素如P P、SeSe等，等，形成形成N N型半导体，也称电子型半导体型半导体，也称电子型半导体第一章：二极管及其应用第一章：二极管及其应用主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: N型半导体：型半导体：+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5+
11、5掺入的五价元素，如：掺入的五价元素，如：P自由电子是多子自由电子是多子空穴是少子空穴是少子杂质原子提供杂质原子提供由热激发形成由热激发形成由于五价元素很容易贡献电子，因由于五价元素很容易贡献电子，因此将其称为此将其称为施主杂质。施主杂质。施主杂质因施主杂质因提供自由电子而带正电荷成为提供自由电子而带正电荷成为正离正离子子1.1.31.1.3 掺杂半导体掺杂半导体第一章：二极管及其应用第一章：二极管及其应用主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: P型半导体：型半导体：+4+4+4+4+4+4+4+4+4+3+3掺入的三价元素如掺入的三价元素如B。自由电子是少子自由电子是少子空穴是多子空穴是多
12、子杂质原子提供杂质原子提供由热激发形成由热激发形成因留下的空穴很容易俘获电子，因留下的空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为使杂质原子成为负离子。负离子。三价杂三价杂质质 因而也称为因而也称为受主杂质受主杂质。1.1.31.1.3 掺杂半导体掺杂半导体第一章：二极管及其应用第一章：二极管及其应用主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 1.2.1 PN结的形成结的形成1.2.2 PN结的单向导电性结的单向导电性1.2.3 二极管二极管1.2.4 二极管的伏安特性二极管的伏安特性1.2.5 二极管的主要参数二极管的主要参数第一章：二极管及其应用第一章：二极管及其应用主讲/设计/制作：谭诚臣 E-ma
13、il: 1.2.1 PN结的形成结的形成多子的扩散运动多子的扩散运动内电场内电场少子的漂移运动少子的漂移运动浓度差浓度差+3 3、扩散、扩散= =漂移，动态平衡漂移，动态平衡第一章：二极管及其应用第一章：二极管及其应用主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 1.2.1 PN结的形成结的形成动画演示：动画演示：第一章：二极管及其应用第一章：二极管及其应用主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: V V 内电场的建立，内电场的建立，使使PNPN结中产生电位结中产生电位差。从而形成接触差。从而形成接触电位电位V V 接触电位接触电位V V 决定于决定于材料及掺杂浓度材料及掺杂浓度1.2.1 PN结
14、的形成结的形成硅：硅：V =0.7 锗：锗：V =0.2第一章：二极管及其应用第一章：二极管及其应用主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 1.2.1 PN结的形成结的形成内电场阻止多子扩散内电场阻止多子扩散 因浓度差因浓度差多子的扩散运动多子的扩散运动由由杂质离子形成空间电荷区杂质离子形成空间电荷区空间电荷区形成内电场空间电荷区形成内电场内电场促使少子漂移内电场促使少子漂移多子的扩散多子的扩散=少子的漂移，达到动态平衡，形成少子的漂移，达到动态平衡，形成PN结。结。第一章：二极管及其应用第一章：二极管及其应用主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 1. PN1. PN结加正向电压时的导电
15、情况结加正向电压时的导电情况外电场方向与外电场方向与PN结内电场方向结内电场方向相反，削弱了内电场。相反，削弱了内电场。于是内电场对多子扩散运动的于是内电场对多子扩散运动的阻碍减弱，扩散电流加大。阻碍减弱，扩散电流加大。扩散电流远大于漂移电流，可扩散电流远大于漂移电流，可忽略漂移电流的影响忽略漂移电流的影响PN结呈现低阻性。结呈现低阻性。P区的电位高于区的电位高于N区的电位，称为加区的电位，称为加正向电压正向电压，简称，简称正偏正偏；内内外外1.2.2 PN结的单向导电性结的单向导电性第一章：二极管及其应用第一章：二极管及其应用主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 1.2.2 PN结的单向
16、导电性结的单向导电性PNPN结正向偏置结正向偏置第一章：二极管及其应用第一章：二极管及其应用主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 2. PN2. PN结加反向电压时的导电情况结加反向电压时的导电情况外电场与外电场与PN结内电场方向相同，结内电场方向相同，增强内电场。增强内电场。内电场对多子扩散运动阻碍增强内电场对多子扩散运动阻碍增强，扩散电流大大减小。少子在内，扩散电流大大减小。少子在内电场的作用下形成的漂移电流加电场的作用下形成的漂移电流加大。大。此时此时PN结区少子漂移电流大于扩结区少子漂移电流大于扩散电流，可忽略扩散电流。散电流，可忽略扩散电流。PN结呈现高阻性结呈现高阻性P区的电位
17、低于区的电位低于N区的电位，称为加区的电位，称为加反向电压反向电压，简称，简称反偏反偏；内内外外1.2.2 PN结的单向导电性结的单向导电性第一章：二极管及其应用第一章：二极管及其应用主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 1.2.2 PN结的单向导电性结的单向导电性PNPN结反向偏置结反向偏置第一章：二极管及其应用第一章：二极管及其应用主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 结论：结论：PN结具有单向导电性。结具有单向导电性。PN结加正向电压时，呈现低电阻，具结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；有较大的正向扩散电流；PN结加反向电压时，呈现高电阻，结加反向电压时，呈现高电
18、阻，具有很小的反向漂移电流。具有很小的反向漂移电流。小结：小结：思考题：思考题：如果输入信号为交流电呢？如果输入信号为交流电呢？第一章：二极管及其应用第一章：二极管及其应用主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: PN PN结上所加的反向电压达到某一数值时，反向电流激结上所加的反向电压达到某一数值时，反向电流激增的现象。增的现象。 雪崩击穿：雪崩击穿：当反向电压增高时，少子获得能量高速运动，在空间电当反向电压增高时，少子获得能量高速运动，在空间电荷区与原子发生碰撞，产生碰撞电离。形成连锁反应，荷区与原子发生碰撞，产生碰撞电离。形成连锁反应，象雪崩一样。使反向电流激增象雪崩一样。使反向电流激增
19、齐纳击穿：齐纳击穿：当反向电压较大时，强电场直接从共价键中将电子拉出当反向电压较大时，强电场直接从共价键中将电子拉出来，形成大量载流子来，形成大量载流子, ,使反向电流激增。使反向电流激增。 热击穿：热击穿：PNPN结的电流或电压较大，使结的电流或电压较大，使PNPN结耗散功率超过极限结耗散功率超过极限值，使结温升高，导致值，使结温升高，导致PNPN结过热而烧毁！结过热而烧毁！不可逆击穿不可逆击穿击穿是可逆的。击穿是可逆的。掺杂浓度掺杂浓度小小的二极管容易发生的二极管容易发生击穿是可逆的。击穿是可逆的。掺杂浓度掺杂浓度大大的二极管容易发生的二极管容易发生1.2.2 PN结的单向导电性结的单向导
20、电性第一章：二极管及其应用第一章：二极管及其应用主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 1.2.3 二极管二极管 晶体晶体二极管的结构类型二极管的结构类型在在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管结上加上引线和封装，就成为一个二极管二极管按结构分二极管按结构分点接触型点接触型面接触型面接触型平面型平面型PN结面积小，结电容小，结面积小，结电容小，用于高频场合用于高频场合PN结面积大，用结面积大，用于低频大电流场合于低频大电流场合PN 结面积结面积可大可小可大可小常用于高频和开关电路中。常用于高频和开关电路中。第一章：二极管及其应用第一章：二极管及其应用主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail
21、: 半导体二极管图片半导体二极管图片1.2.3 二极管二极管第一章：二极管及其应用第一章：二极管及其应用主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 半导体二极管图片半导体二极管图片1.2.3 二极管二极管第一章：二极管及其应用第一章：二极管及其应用主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 半导体二极管图片半导体二极管图片1.2.3 二极管二极管第一章：二极管及其应用第一章：二极管及其应用主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 一、一、PN结的伏安方程结的伏安方程UT = 26 mV)1e (/SDD TUuIi反向反向饱和电流饱和电流温度的温度的电压当量电压当量qkTUT 玻尔兹曼常数玻尔兹曼
22、常数电子电量电子电量当当T = 300（27 C）二、二极管的伏安特性二、二极管的伏安特性OuD /ViD /mA正向特性正向特性Uon死区死区电压电压iD = 0Uon = 0.5 V 0.1 V(硅管硅管)(锗管锗管)U UoniD 急剧上升急剧上升0 U Uon UD = 0.6 0.8 V硅管硅管0.7 V0.1 0.3 V锗管锗管0.2 V反向特性反向特性ISU (BR)U（BR) U 0 iD = IS 0.1 A(硅硅) 几十几十 A (锗锗)1.2.4 二极管的伏安特性（二极管的伏安特性（AVR）:第一章：二极管及其应用第一章：二极管及其应用主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mai
23、l: 反向击穿反向击穿电压电压U(BR)正向特性正向特性反向特性反向特性UI死区死区PN+PN+) 1e (/STUuIi非线性区非线性区线性区线性区第一章：二极管及其应用第一章：二极管及其应用主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: U(V)0.500.8-50-25I (mA)204060 (A)4020 二极管的伏安特性呈非线性，特性二极管的伏安特性呈非线性，特性曲线上大致可分为四个区：曲线上大致可分为四个区： 外加正向电压超过死区电压外加正向电压超过死区电压(硅管硅管0.5V锗管锗管0.1V)时，内电场大大削弱，正向电流时，内电场大大削弱，正向电流迅速增长，二极管进入迅速增长，二极管进
24、入正向导通区正向导通区。死区死区正向正向导通区导通区反向反向截止区截止区 当外加正向电压很低时，由于外电场当外加正向电压很低时，由于外电场还不能克服还不能克服PN结内电场对多数载流子扩散结内电场对多数载流子扩散运动的阻力，故正向电流很小几乎为零。运动的阻力，故正向电流很小几乎为零。这一区域称之为这一区域称之为死区死区。 外加反向电压超过反向击穿电压外加反向电压超过反向击穿电压UBR时，反向电流突然增大，二时，反向电流突然增大，二极管失去单向导电性，进入极管失去单向导电性，进入反向击穿区反向击穿区。反向击穿区 反向截止区反向截止区内反向饱和电流很小，可内反向饱和电流很小，可近似视为零值。近似视为
25、零值。继续讨论继续讨论1：第一章：二极管及其应用第一章：二极管及其应用主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 继续讨论继续讨论2：U(V)0.500.8-50-25I (mA)204060 (A)4020死区正向导通区反向截止区反向击穿区 当外加正向电压大于死区电压时，二当外加正向电压大于死区电压时，二极管由不导通变为导通，电压再继续增极管由不导通变为导通，电压再继续增加时，电流迅速增大，而二极管端电压加时，电流迅速增大，而二极管端电压却几乎不变，此时二极管端电压称为却几乎不变，此时二极管端电压称为正正向导通电压向导通电压。硅硅二极管的正向导通电压约为二极管的正向导通电压约为0.7V锗锗二极
26、管的正向导通电压约为二极管的正向导通电压约为0.3V。 在二极管两端加反向电压时，将有很在二极管两端加反向电压时，将有很小的、由少子漂移运动形成的反向饱和小的、由少子漂移运动形成的反向饱和电流通过二极管。电流通过二极管。 反向电流有反向电流有两个特点两个特点：一是它：一是它随温度随温度的上升增长很快，二是的上升增长很快，二是在反向电压不超过某一范围时，反向电流的大小基本在反向电压不超过某一范围时，反向电流的大小基本恒定恒定，而，而与反向电压的高低无关与反向电压的高低无关(与少子的数量有限与少子的数量有限)。所以通常称它为。所以通常称它为反向反向饱和饱和电流电流。第一章：二极管及其应用第一章：二
27、极管及其应用主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 实测伏安特性实测伏安特性1.正向起始部分存在一个死区或正向起始部分存在一个死区或门坎，称为门坎，称为门限电压门限电压。 硅：硅：Uon = 0.5 - 0.6v 锗：锗：Uon = 0.1 - 0.2v3.当反压增大到当反压增大到UBR，反向电流激，反向电流激增，发生反向击穿现象，增，发生反向击穿现象， UBR称称为为反向击穿反向击穿电压。电压。2.加反向电压时，反向电流很小加反向电压时，反向电流很小 即即Is硅硅(nA)Is锗锗( A) 硅管比锗管稳定硅管比锗管稳定第一章：二极管及其应用第一章：二极管及其应用主讲/设计/制作：谭诚臣 E-
28、mail: PN PN结上所加的反向电压达到某一数值时，反向电流激结上所加的反向电压达到某一数值时，反向电流激增的现象。增的现象。 雪崩击穿：雪崩击穿：当反向电压增高时，少子获得能量高速运动，在空间电当反向电压增高时，少子获得能量高速运动，在空间电荷区与原子发生碰撞，产生碰撞电离。形成连锁反应，荷区与原子发生碰撞，产生碰撞电离。形成连锁反应，象雪崩一样。使反向电流激增象雪崩一样。使反向电流激增 齐纳击穿：齐纳击穿：当反向电压较大时，强电场直接从共价键中将电子拉出当反向电压较大时，强电场直接从共价键中将电子拉出来，形成大量载流子来，形成大量载流子, ,使反向电流激增。使反向电流激增。 热击穿：热
29、击穿：PNPN结的电流或电压较大，使结的电流或电压较大，使PNPN结耗散功率超过极限结耗散功率超过极限值，使结温升高，导致值，使结温升高，导致PNPN结过热而烧毁！结过热而烧毁！不可逆击穿不可逆击穿击穿是可逆的。击穿是可逆的。掺杂浓度掺杂浓度小小的二极管容易发生的二极管容易发生击穿是可逆的。击穿是可逆的。掺杂浓度掺杂浓度大大的二极管容易发生的二极管容易发生第一章：二极管及其应用第一章：二极管及其应用主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 反向击穿反向击穿电击穿电击穿热击穿热击穿雪崩击穿雪崩击穿整整流管流管齐纳击穿齐纳击穿稳稳压管压管可可 逆逆不可逆不可逆碰撞电离碰撞电离第一章：二极管及其应用
30、第一章：二极管及其应用主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 1.2.5 二极管的主要参数二极管的主要参数 （1 1）最大整流电流最大整流电流I IF F：指二极管：指二极管长期运行长期运行时，允许通过的时，允许通过的最大最大正向正向平均电流平均电流。其大小由。其大小由PNPN结的结面积和外界散热条件决定。结的结面积和外界散热条件决定。 （2 2）最高反向工作电压最高反向工作电压U URMRM：指二极管长期安全运行时所能承受的最：指二极管长期安全运行时所能承受的最大反向电压值。手册上一般取击穿电压的一半作为最高反向工作电压值。大反向电压值。手册上一般取击穿电压的一半作为最高反向工作电压值。
31、（3 3）反向电流反向电流I IR R：指二极管未击穿时的反向电流。：指二极管未击穿时的反向电流。I IR R值越小，二极值越小，二极管的单向导电性越好。反向电流随温度的变化而变化较大，这一点要特管的单向导电性越好。反向电流随温度的变化而变化较大，这一点要特别加以注意。别加以注意。 （4 4）最大工作频率最大工作频率f fM M：此值由：此值由PNPN结的结电容大小决定。若二极管的结的结电容大小决定。若二极管的工作频率超过该值，则二极管的单向导电性能将变得较差。工作频率超过该值，则二极管的单向导电性能将变得较差。第一章：二极管及其应用第一章：二极管及其应用主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail
32、: 1.3.1 整流电路整流电路1.3.2 开关电路开关电路1.3.3 显示电路显示电路第一章：二极管及其应用第一章：二极管及其应用主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 220Ve2iDuL半波整流半波整流e2E2m+-iDuL220Ve2iDuL+-U00.45V22202LO45. 02)d(sin221VVttVVV第一章：二极管及其应用第一章：二极管及其应用主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 全波整流全波整流220VuLioRLe2e2+-+220VuLioRLe2e2-+-+e2uLUo0.9V22202LO9 .022)d(sin21VVttVVV第一章：二极管及其应用第
33、一章：二极管及其应用主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 桥式整流桥式整流220Ve2uL+-220Ve2uL+-e2uLUO0.9V2第一章：二极管及其应用第一章：二极管及其应用主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 倍压整流与多倍压整流：倍压整流与多倍压整流：UO2V2 UOnV2 第一章：二极管及其应用第一章：二极管及其应用主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 倍压整流与多倍压整流的应用：倍压整流与多倍压整流的应用：第一章：二极管及其应用第一章：二极管及其应用主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 整流整流电路形式与比较：电路形式与比较：桥式整流电路简化图第一章：二极管及其应
34、用第一章：二极管及其应用主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 分析实际电路时为简单化，通常把二极管进行理想分析实际电路时为简单化，通常把二极管进行理想化处理，即正偏时视其为化处理，即正偏时视其为“短路短路”，截止时视其为，截止时视其为“开路开路”。RD=0RD=正向导通时相当正向导通时相当一个闭合的开关一个闭合的开关反向阻断时相当反向阻断时相当一个打开的开关一个打开的开关第一章：二极管及其应用第一章：二极管及其应用主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 例例1：D6V12V3k BAUAB+第一章：二极管及其应用第一章：二极管及其应用主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 例例2:D2
35、124mA3IBD16V12V3k AD2UAB+ 第一章：二极管及其应用第一章：二极管及其应用主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: V sin18itu t 第一章：二极管及其应用第一章：二极管及其应用主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 判断二极管的工作状态判断二极管的工作状态导通导通截止截止第一第一章：半导体器件基础章：半导体器件基础主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 第一第一章：半导体器件基础章：半导体器件基础主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: UZIZIZM UZ IZ为使为使IZIZM，使用时必须要加限流电阻使用时必须要加限流电阻稳压管反向击穿稳压管反向击穿后，
36、电流变化很大，但后，电流变化很大，但其两端电压变化很小，其两端电压变化很小，利用此特性，稳压管在利用此特性，稳压管在电路中可起稳压作用。电路中可起稳压作用。UIO1.4.1 1.4.1 稳压稳压二极管：二极管：第一第一章：半导体器件基础章：半导体器件基础主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 稳压二极管实物照片稳压二极管实物照片第一第一章：半导体器件基础章：半导体器件基础主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: ZZ ZIUr第一第一章：半导体器件基础章：半导体器件基础主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 2. 2. 现有两只稳压管，它们的稳定电压分别为现有两只稳压管，它们的稳定电压分别
37、为6V6V和和8V8V，正，正向导通电压为向导通电压为0.7V0.7V。试问：。试问：(1)(1)若将它们串联相接，可得若将它们串联相接，可得到几种稳压值？各为多少？到几种稳压值？各为多少？(2)(2)若将它们并联相接，又可若将它们并联相接，又可得到几种稳压值？各为多少？得到几种稳压值？各为多少？3.3.在右图所示电路中，发光二极管导通电压在右图所示电路中，发光二极管导通电压U UD D1.5V1.5V，正向电流在，正向电流在5 515mA15mA时才能正常工作。时才能正常工作。试问图中开关试问图中开关S S闭合时发光二极管能否发光？闭合时发光二极管能否发光？R R的取值范围又是多少？的取值范
38、围又是多少？ 练练 一一 练练第一第一章：半导体器件基础章：半导体器件基础主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 1.4.2 变容变容二极管二极管利用结势垒电容利用结势垒电容CT随外电压随外电压U的变化而变化的特点制的变化而变化的特点制成的二极管。成的二极管。符号：符号：注意：注意：使用时，应加反向电压！使用时，应加反向电压！第一第一章：半导体器件基础章：半导体器件基础主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 定义定义：有光照射时，将有电流产生的二极管。有光照射时，将有电流产生的二极管。 类型类型：PIN型、型、PN型、型、雪崩型雪崩型 结构结构：和普通的二极管基本相同。和普通的二极管基本相
39、同。 工作原理工作原理：利用光电导效应工作，利用光电导效应工作，PN结工作在反偏态结工作在反偏态，当光照射在当光照射在PN结上时，束缚电子获得光能变结上时，束缚电子获得光能变成自由电子，形成光生电子成自由电子，形成光生电子空穴对，在外空穴对，在外电场的作用下形成光生电流电场的作用下形成光生电流EDDRLUDIP注意：注意：应在反压状态下工作应在反压状态下工作UD= -IPRLD符号符号工作电路工作电路第一第一章：半导体器件基础章：半导体器件基础主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 定义定义：将电能转换成光能的特殊半导体器件，当管子加正向将电能转换成光能的特殊半导体器件，当管子加正向电压时，
40、在正向电流激发下，管子发光，属电致发光电压时，在正向电流激发下，管子发光，属电致发光器件。器件。 常用驱动电路常用驱动电路：直流驱动电路直流驱动电路交流驱动电路交流驱动电路注注：在交流驱动电路中，为了避免发光二极管发生反向击穿，通：在交流驱动电路中，为了避免发光二极管发生反向击穿，通常要加入串联或并联的保护二极管常要加入串联或并联的保护二极管发光二极管只有在加正向电压时才发光发光二极管只有在加正向电压时才发光符号符号第一第一章：半导体器件基础章：半导体器件基础主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 颜色颜色波长波长（nm）基本材料基本材料正向电压正向电压（10mA时）时）V光强（光强（10m
41、A时时，张角，张角4545）（mcdmcd）光功率光功率（W W）红外红外900砷化镓砷化镓1.31.5100500红红655磷砷化镓磷砷化镓1.61.80.4112鲜红鲜红635磷砷化镓磷砷化镓2.02.224510黄黄583磷砷化镓磷砷化镓2.02.21338绿绿565磷化镓磷化镓2.22.40.511.58第一第一章：半导体器件基础章：半导体器件基础主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 发光二极管和普通二发光二极管和普通二极管一样，管芯由极管一样，管芯由PNPN结构成，具有单向导结构成，具有单向导电性。电性。单个发光二极管常作单个发光二极管常作为电子设备通断指示为电子设备通断指示灯或
42、快速光源及光电灯或快速光源及光电耦合器中的发光元件耦合器中的发光元件等。发光二极管一般等。发光二极管一般使用砷化镓、磷化镓使用砷化镓、磷化镓等材料制成。现有的等材料制成。现有的发光二极管能发出红发光二极管能发出红黄绿等颜色的光。发黄绿等颜色的光。发光管正常工作时应正光管正常工作时应正向偏置，因发光管属向偏置，因发光管属于功率型器件，因此于功率型器件，因此死区电压较普通二极死区电压较普通二极管高，其正偏工作电管高，其正偏工作电压至少要在压至少要在1.3V1.3V以上以上。七段七段LEDLED数码显示器数码显示器abcdfgabcdefgabcdefg+5V共共阳阳极电路极电路共共阴阴极电路极电路
43、控制端为高电平对应二极管发光控制端为高电平对应二极管发光控制端为低电平对应二极管发光控制端为低电平对应二极管发光e第一第一章：半导体器件基础章：半导体器件基础主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 普通二极管D稳压二极管DZ发光二极管D光电二极管D变容二极管几种常见符号：几种常见符号：第一第一章：半导体器件基础章：半导体器件基础主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 半导体发光二极管图片半导体发光二极管图片第一第一章：半导体器件基础章：半导体器件基础主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 半导体发光二极管图片半导体发光二极管图片第一第一章：半导体器件基础章：半导体器件基础主讲/设计/制作
44、：谭诚臣 E-mail: 半导体发光二极管图片半导体发光二极管图片第一第一章：半导体器件基础章：半导体器件基础主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 半导体发光二极管图片半导体发光二极管图片第一第一章：半导体器件基础章：半导体器件基础主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 半导体发光二极管应用半导体发光二极管应用第一第一章：半导体器件基础章：半导体器件基础主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 半导体发光二极管应用半导体发光二极管应用第一第一章：半导体器件基础章：半导体器件基础主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 半导体发光二极管应用半导体发光二极管应用第一第一章：半导体器件基础章：
45、半导体器件基础主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 半导体发光二极管应用半导体发光二极管应用第一第一章：半导体器件基础章：半导体器件基础主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 半导体发光二极管应用半导体发光二极管应用第一第一章：半导体器件基础章：半导体器件基础主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 第一第一章：半导体器件基础章：半导体器件基础半导体二极管的型号半导体二极管的型号国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 第一第一章：半导体器件基础章：半导体器件基础五部
46、分意义如下：五部分意义如下： 第一部分：用数字表示半导体器件有效电极数目。第一部分：用数字表示半导体器件有效电极数目。 2-2-二极管二极管 第二部分：用汉语拼音字母表示半导体器件的材料和极性。第二部分：用汉语拼音字母表示半导体器件的材料和极性。 A-NA-N型锗材料、型锗材料、B-PB-P型锗材料、型锗材料、C-NC-N型硅材料、型硅材料、D-PD-P型硅材料型硅材料 第三部分：用汉语拼音字母表示半导体器件的内型。第三部分：用汉语拼音字母表示半导体器件的内型。 P-P-普通管普通管 V- V-微波管微波管 W- W-稳压管稳压管 C- C-参量管参量管 Z- Z-整流管整流管 L-L-整流堆
47、整流堆 S- S-隧道管隧道管 N- N-阻尼管阻尼管 U- U-光电器件光电器件 K- K-开关管开关管 第四部分：用数字表示序号第四部分：用数字表示序号 第五部分：用汉语拼音字母表示规格号第五部分：用汉语拼音字母表示规格号如：如：2CZ8 2CZ8 、2CW562CW56主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 第一第一章：半导体器件基础章：半导体器件基础两种载流两种载流子的运动子的运动电子电子自由电子自由电子空穴空穴价电子价电子两种两种半导体半导体N型型 (多电子多电子)P型型 (多空穴多空穴)正向电阻小（理想为正向电阻小（理想为0）反向电阻大（反向电阻大（ ）)1(DSD TUueIi
48、)1( , 0DSDD TUueIiu0 , 0SD IIuiDuDU (BR)I FURM正向正向 最大平均电流最大平均电流 IF反向反向反向饱和电流反向饱和电流IR (IS)(受温度影响受温度影响)最大反向工作电压最大反向工作电压U(BR) (超过则击穿超过则击穿)主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 第一第一章：半导体器件基础章：半导体器件基础 (大信号状态采用大信号状态采用)uDiD正偏导通正偏导通 电压降为零电压降为零 相当于理想开关闭合相当于理想开关闭合反偏截止反偏截止 电流为零电流为零 相当于理想开关开关断开相当于理想开关开关断开UD(on)正偏电压正偏电压 UD(on)时导
49、通时导通 等效为恒压源等效为恒压源UD(on)否则截止，相当于二极管支路断开否则截止，相当于二极管支路断开UD(on) = 0.6 0.8V估算时取估算时取 0.7V硅管：硅管：锗管：锗管：0.1 0.3V0.2V相当于有内阻的恒压源相当于有内阻的恒压源UD(on)主讲/设计/制作：谭诚臣 E-mail: 第一第一章：半导体器件基础章：半导体器件基础1.1.学习使用学习使用EWB EWB 仿真软件仿真软件，拼接桥式整流电路，拼接桥式整流电路2.2.练习使用练习使用EWBEWB仿真软件观察二极管的单向导电性仿真软件观察二极管的单向导电性3.3.制作微型夜光灯制作微型夜光灯( (变压变压+ +整流整流+ +限流限流+ +发光二极管发光二极管) )4.4.制作一个电池极性保护与纠正电路制作一个电池极性保护与纠正电路5.5.用万用表测量二极管的极性与好坏用万用表测量二极管的极性与好坏
