半导体二极管及其基本电路知识点

半导体二极管及其基本电路

基本要求

正确理解：PN结的形成及单向导电性

? 熟练掌握：普通二极管、稳压二极管的外特性及主要参数 ? 能够查阅电子器件相关手册

?

难点重点 1．ＰＮ结的形成

（1）当Ｐ型半导体和Ｎ型半导体结合在一起时，由于交界面处存在载流子浓度的差异，这样电子和空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散。但是，电子和空穴都是带电的，它们扩散的结果就使Ｐ区和Ｎ区中原来的电中性条件破坏了。Ｐ区一侧因失去空穴而留下不能移动的负离子，Ｎ区一侧因失去电子而留下不能移动的正离子。这些不能移动的带电粒子通常称为空间电荷，它们集中在Ｐ区和Ｎ区交界面附近，形成了一个很薄的空间电荷区，这就是我们所说的ＰＮ结。

图（1）浓度差使载流子发生扩散运动

（2）在这个区域内，多数载流子已扩散到对方并复合掉了，或者说消耗殆尽了，因此，空间电荷区又称为耗尽层。

（3）Ｐ区一侧呈现负电荷，Ｎ区一侧呈现正电荷，因此空间电荷区出现了方向由Ｎ区指向Ｐ区的电场，由于这个电场是载流子扩散运动形成的，而不是外加电压形成的，故称为内电场。

图（2）内电场形成

1

（4）内电场是由多子的扩散运动引起的，伴随着它的建立将带来两种影响：

半导体二极管及其基本电路

基本要求

正确理解：PN结的形成及单向导电性

? 熟练掌握：普通二极管、稳压二极管的外特性及主要参数 ? 能够查阅电子器件相关手册

?

难点重点 1．ＰＮ结的形成

（1）当Ｐ型半导体和Ｎ型半导体结合在一起时，由于交界面处存在载流子浓度的差异，这样电子和空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散。但是，电子和空穴都是带电的，它们扩散的结果就使Ｐ区和Ｎ区中原来的电中性条件破坏了。Ｐ区一侧因失去空穴而留下不能移动的负离子，Ｎ区一侧因失去电子而留下不能移动的正离子。这些不能移动的带电粒子通常称为空间电荷，它们集中在Ｐ区和Ｎ区交界面附近，形成了一个很薄的空间电荷区，这就是我们所说的ＰＮ结。

图（1）浓度差使载流子发生扩散运动

（2）在这个区域内，多数载流子已扩散到对方并复合掉了，或者说消耗殆尽了，因此，空间电荷区又称为耗尽层。

（3）Ｐ区一侧呈现负电荷，Ｎ区一侧呈现正电荷，因此空间电荷区出现了方向由Ｎ区指向Ｐ区的电场，由于这个电场是载流子扩散运动形成的，而不是外加电压形成的，故称为内电场。

图（2）内电场形成

1

（4）内电场是由多子的扩散运动引起的，伴随着它的建立将带来两种影响：

第1章 半导体二极管及其基本电路

1.1 教学内容与要求

本章介绍了半导体基础知识、半导体二极管及其基本应用和几种特殊二极管。教学内容与教学要求如表1.1所示。要求正确理解杂质半导体中载流子的形成、载流子的浓度与温度的关系以及PN结的形成过程。主要掌握半导体二极管在电路中的应用。

表1.1 第1章教学内容与要求

教学内容 本征半导体，杂质半导体 形成 半导体基础知识 PN结 单向导电性 伏安特性 电容效应 结构与类型 伏安特性与主要参数 半导体二极管 型号与选择 模型 应用（限幅、整流） 稳压二极管（稳压原理与√ 稳压电路） 特殊二极管 发光二极管、光电二极管、变容二极管 √ 析 条件及稳压电路分熟练掌握 √ √ √ √ √ 教学要求 重点与难点 正确理解 一般了解 √ √ √ √ 重点：PN结的单向导电性 难点：PN结的形成 重点：二极管应用电路分析 难点：二极管各模型的特点及选择各种模型的条件 重点：稳压管稳压1.2 内容提要

1.2.1半导体的基础知识

1．本征半导体

高度提纯、结构完整的半导体单晶体叫做本征半导体。常用的半导体材料是硅(Si)和锗(Ge)。本征半导体中有两种载流子：自由电子

无

课内试验项目操作分析单

班级__08电工07电子 ______姓名___ ____学号_______

一、仪器设备：

模电实验箱、双踪示波器、函数信号发生器、万用表、串联稳压集成稳压实验板、各种类型二极管若干

二、注意事项：

1、万用表档位的正确选择和使用。 2、双踪示波器外接触头在电路中正确连接。 3、接线正确后才能通电测试。

三、试验原理和电路图

项目一、半导体二极管特性的试验 (1)电路图

(2)操作步骤

①让每组学生按照图3－2进行接线

②观察电路中灯亮与灯灭时二极管所加的电压的情况，将结果填入表3－1 中。 (3)试验结果

无

项目二：二极管极性的识别和性能的判断

（1）试验内容 ①普通二极管

借助万用表的欧姆档作简单判别。

指针式万用表正端（+）红笔接表内电池的负极，而负端（—）黑笔接表内电池的正极。根据PN结正向导通电阻值小、反向截止电阻值大的原理来简单确定二极管好坏和极性。 具体做法是：万用表欧姆档置“R×100”或“R×1K”处，将红、黑两表笔接触二极管两端，表头有一指示：将红、黑两表笔反过来再次接触二极管两端，表头又将有一指示。若两次指示的阻值相差很大，说明该二极管单向导电性好，并且阻值大（几百千欧以上）的那次红笔所接为二极

第2章 半导体二极管及其应用

第2章 半导体器件基础

2.1 教学基本要求

主 要 知 识 点 本征半导体，掺杂半导体 半导体基础知识 PN 结的形成 PN 结的单向导电性 PN 结的电容效应 二极管的结构及类型 二极管的伏安特性及主要参数 半导体二极管 二极管的应用（整流和限幅） 硅稳压管的伏安特性、主要参数 硅稳压管稳压电路 光电二极管，变容二极管 晶体管的结构及其工作原理 晶体三极管 电流分配与放大作用 晶体管的工作原理、伏安特性及主要参数 场效应管的结构与类型 场效应管 场效应管的工作原理 场效应管的伏安特性及主要参数 场效应管放大器的结构 √ √ √ √ 教 学 基 本 要 求 熟练掌握 正确理解 √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ 一般了解 √ √ √ √ 2.2 重点和难点 一、重点

1．理解PN结的形成和特点。

2．理解PN结的单向导电性、半导体二极管的伏安特性。 二

第2章 半导体二极管及其应用

第2章 半导体器件基础

2.1 教学基本要求

主 要 知 识 点 本征半导体，掺杂半导体 半导体基础知识 PN 结的形成 PN 结的单向导电性 PN 结的电容效应 二极管的结构及类型 二极管的伏安特性及主要参数 半导体二极管 二极管的应用（整流和限幅） 硅稳压管的伏安特性、主要参数 硅稳压管稳压电路 光电二极管，变容二极管 晶体管的结构及其工作原理 晶体三极管 电流分配与放大作用 晶体管的工作原理、伏安特性及主要参数 场效应管的结构与类型 场效应管 场效应管的工作原理 场效应管的伏安特性及主要参数 场效应管放大器的结构 √ √ √ √ 教 学 基 本 要 求 熟练掌握 正确理解 √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ 一般了解 √ √ √ √ 2.2 重点和难点 一、重点

1．理解PN结的形成和特点。

2．理解PN结的单向导电性、半导体二极管的伏安特性。 二

第2章 半导体二极管及其应用

第2章 半导体器件基础

2.1 教学基本要求

主 要 知 识 点 本征半导体，掺杂半导体 半导体基础知识 PN 结的形成 PN 结的单向导电性 PN 结的电容效应 二极管的结构及类型 二极管的伏安特性及主要参数 半导体二极管 二极管的应用（整流和限幅） 硅稳压管的伏安特性、主要参数 硅稳压管稳压电路 光电二极管，变容二极管 晶体管的结构及其工作原理 晶体三极管 电流分配与放大作用 晶体管的工作原理、伏安特性及主要参数 场效应管的结构与类型 场效应管 场效应管的工作原理 场效应管的伏安特性及主要参数 场效应管放大器的结构 √ √ √ √ 教 学 基 本 要 求 熟练掌握 正确理解 √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ 一般了解 √ √ √ √ 2.2 重点和难点 一、重点

1．理解PN结的形成和特点。

2．理解PN结的单向导电性、半导体二极管的伏安特性。 二

选择正确答案填入空内。 （1）在本征半导体中加入 A 元素可形成N型半导体，加入 C 元素可形成P型半导体。 A. 五价 B. 四价 C. 三价 （2）PN结加正向电压时，空间电荷区将 A 。 A. 变窄 B. 基本不变 C. 变宽

（3）设二极管的端电压为vD，则二极管的电流方程是 c 。

A. ISevD B. ISevDVT C. IS(evDVT－1)

（4）当温度升高时，二极管的反向饱和电流将 a 。 A. 增大 B. 不变 C. 减小 （5）稳压管的稳压区是其工作在 c 。

A. 正向导通 B.反向截止 C.反向击穿

（6）稳压二极管稳压时，其工作在(c )，发光二极管发光时，其工作在( a )。 A．正向导通区 B．反向截止区 C．反向击穿区 6.2将正确答案填入空内。 （1）图P6.2（a）所示电路中二极管为理想器件，则D1工作在 状态，D2工作在 状态

第一章 半导体二极管

练习题

一、填空

1. 当温度升高时，由于二极管内部少数载流子浓度 ，因而少子漂移而形成的反向电

流 ，二极管反向伏安特性曲线 移。

2. 在PN结形成过程中，载流子扩散运动是 作用下产生的，漂移运动是 作用下产生的。

3. 在本征半导体中掺入 价元素得N型半导体，掺入 价元素则得P型半导体。

4. 半导体中有 和 两种载流子参与导电，其中 带正电，而 带负电。 5. 本征半导体掺入微量的五价元素，则形成 型半导体，其多子为 ，少子为 。 6. 纯净的具有晶体结构的半导体称为 ，采用一定的工艺掺杂后的半导体称为 。

7. PN结正偏是指P区电位 N区电位。

8. PN结在 时导通， 时截止，这种特性称为 。

9. 二极管反向击穿分电击穿和热击穿两种情况，其中 是可逆的，而 会损坏二极管。 10. 二极管P区接电位 端，N区接电位 端，称正向偏置，二极管导通；反之，称反向偏

【例1-1】分析图所示电路得工作情况,图中I为电流源,I=2mA。设20℃时二极管得正向电压降U D=660mV,求在50℃时二极管得正向电压降。该电路有何用途？电路中为什么要使用电流源？

【相关知识】

二极管得伏安特性、温度特性,恒流源。

【解题思路】

推导二极管得正向电压降,说明影响正压降得因素及该电路得用途。

【解题过程】

该电路利用二极管得负温度系数,可以用于温度得测量。其温度系数–2mV/℃。

20℃时二极管得正向电压降

U D=660mV

50℃时二极管得正向电压降

U D=660 –(2′30)=600 mV

因为二极管得正向电压降U D就是温度与正向电流得函数,所以应使用电流源以稳定电流,使二极管得正向电压降U D仅仅就是温度一个变量得函数。

【例1-2】电路如图(a)所示,已知,二极管导通电压。试画出u I与u O得波形,并标出幅值。

图(a)

【相关知识】

二极管得伏安特性及其工作状态得判定。

【解题思路】

首先根据电路中直流电源与交流信号得幅值关系判断二极管工作状态;当二极管得截止时,u O=u I;当二极管得导通时,。

【解题过程】

由已知条件可知二极管得伏安特性如图所示,即开启电压U on与导通电压均为0、7V。

由于二极管D1得阴极电位为＋3V,而输入动