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(共33張PPT)
半導體二極管器件
1.3 半導體二極管
1.4 穩(wěn)壓二極管
1.2 PN結及其單向導電性
1.1 半導體的導電特性
1.5 光電器件
1.1 半導體的導電特性
一、半導體的導電性能
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，如鐵、銅、鋁等。
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
1.1 半導體的導電特性
半導體的導電特性：
(可做成溫度敏感元件，如熱敏電阻)。
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、三極管和晶閘管等）。
光敏性：當受到光照時，導電能力明顯變化 (可做
成各種光敏元件，如光敏電阻、光敏二極
管、光敏三極管等)。
熱敏性：當環(huán)境溫度升高時，導電能力顯著增強
1.1.1 本征半導體
完全純凈的、具有晶體結構的鍺、硅、硒，稱為本征半導體。
晶體中原子的排列方式
硅單晶中的共價健結構
共價鍵
共價鍵中的兩個電子，稱為價電子。
Si
Si
Si
Si
價電子
Si
Si
Si
Si
價電子
價電子在獲得一定能量（溫度升高或受光照）后，即可掙脫原子核的束縛，成為自由電子（帶負電），同時共價鍵中留下一個空位，稱為空穴（帶正電）。
本征半導體的導電機理
本征激發(fā)：
空穴
溫度愈高，晶體中產生的自由電子便愈多。
自由電子
在外電場的作用下，空穴吸引相鄰原子的價電子來填補，而在該原子中出現一個空穴，其結果相當于空穴的運動（相當于正電荷的移動）。
1.1.2 N型半導體和 P 型半導體
摻雜后自由電子數目大量增加，自由電子導電成為這種半導體的主要導電方式，稱為電子半導體或N型半導體。
摻入五價元素
Si
Si
Si
Si
p+
多余電子
磷原子
在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮?br/>失去一個電子變?yōu)檎x子
在本征半導體中摻入微量的雜質（某種元素）,形成雜質半導體。
多數載流子（多子）：自由電子
少數載流子（少子）：空穴
1.1.2 N型半導體和 P 型半導體
摻雜后空穴數目大量增加，空穴導電成為這種半導體的主要導電方式，稱為空穴半導體或 P型半導體。
摻入三價元素
Si
Si
Si
Si
多子：空穴
少子：自由電子
B–
硼原子
接受一個電子變?yōu)樨撾x子
空穴
無論N型或P型半導體都是中性的，對外不顯電性。
1.2 PN結及其單向導電性
PN 結：P型半導體和N型半導體交界面的特殊薄層
1. PN 結加正向電壓（正向偏置）
P接正、N接負
外電場
IF
P
N
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
–
多子在外電場作用下定向移動，形成較大的正向電流。
PN 結加正向電壓時，正向電阻較小，處于導通狀態(tài)。
–
+
2. PN 結加反向電壓（反向偏置）
外電場
P接負、N接正
少子在外電場作用下定向移動，形成很小的反向電流。
PN 結加反向電壓時，反向電阻較大，處于截止狀態(tài)。
溫度越高少子的數目越多，反向電流將隨溫度增加。
P
N
+
+
+
－
－
－
－
－
－
+
+
+
+
+
+
+
+
+
－
－
－
－
－
－
－
－
－
+
+
+
+
+
+
－
－
－
IR
1.3 半導體二極管
1.3.1 基本結構（一個PN結）
(a) 點接觸型
(b)面接觸型
結面積小、結電容小、正向電流小。用于檢波和變頻等高頻電路。
結面積大、正向電流大、結電容大，用于工頻大電流整流電路。
(c) 平面型
用于集成電路制作工藝中。PN結面積可大可小，用于高頻整流和開關電路中。
陰極引線
陽極引線
二氧化硅保護層
P
型硅
N
型硅
(
c
)
平面型
金屬觸絲
陽極引線
N
型鍺片
陰極引線
外殼
(
a
)
點接觸型
鋁合金小球
N
型硅
陽極引線
PN
結
金銻合金
底座
陰極引線
(
b
) 面接觸型
二極管的結構示意圖
陰極
陽極
(
d
)
符號
D
二極管的組成
將PN結封裝，引出兩個電極，就構成了二極管。
小功率二極管
大功率二極管
穩(wěn)壓
二極管
發(fā)光
二極管
如何辨別二極管的正負極
對于普通二極管，可以看管體表面，有白線的一端（或者是其他標記色環(huán)或熒光）為負極。
對于發(fā)光二極管，引腳長的為正極，短的為負極。如果引腳被剪得一樣長了，發(fā)光二極管管體內部金屬極較小的是正極，大的片狀的是負極。
萬用表調到歐姆檔，進行調零后，將二極管接到萬用表的兩個表筆之間，若表盤指針指示的電阻值很小，說明二極管兩端加的是正向電壓，即黑表筆接的是二極管的正極，紅表筆接的是二極管的負極;反之，若表盤指針指示的電阻值很大，說明二極管兩端加的是反向電壓，黑表筆接的是二極管的負極，紅表筆接的是正極。
二極管的實物圖
1.3.2 伏安特性
硅管0.5V,
鍺管0.1V。
反向擊穿
電壓U(BR)
導通壓降
外加電壓大于死區(qū)電壓二極管才能導通。
外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向導電性。
正向特性
反向特性
特點：非線性
硅0.6~0.8V鍺0.2~0.3V
U
I
死區(qū)電壓
P
N
+
–
P
N
–
+
反向電流在一定電壓
范圍內保持常數。
二極管電路分析舉例
定性分析：判斷二極管的工作狀態(tài)
導通截止
否則，正向管壓降
硅0.6~0.7V鍺0.2~0.3V
分析方法：將二極管斷開，分析二極管兩端電位
的高低或所加電壓UD的正負。
若 V陽 >V陰或 UD為正，二極管導通
若 V陽 若二極管是理想的，正向導通時正向管壓降為零，反向截止時二極管相當于斷開。
電路如圖，求：UAB
V陽 =－6 V ， V陰 =－12 V
V陽 > V陰 ，二極管導通
若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB =－ 6V
否則， UAB低于－6V一個管壓降，為－6.3Ｖ或－6.7V
例1：
取 B 點作參考點，斷開二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。
D
6V
12V
3k
B
A
UAB
+
–
解：
取 B 點作參考點，斷開二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。
V1陽 =－6 V，V2陽=0 V，V1陰 = V2陰= －12 V
UD1 = 6V，UD2 =12V
∵ UD2 >UD1 ∴ D2 優(yōu)先導通， 鉗位，使D1截止。
若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB = 0 V
例2:
流過 D2 的電流為
求：UAB
D2 ：鉗位作用， D1：隔離作用。
B
D1
6V
12V
3k
A
D2
UAB
+
–
解：
（1） 電路
0V
0V
0V
0V
0V
3V
+U
12V
R
DA
DC
A
B
Y
DB
C
3V
3V
3V
0V
0V
3V
（1） 電路
0V
0V
0V
0V
0V
3V
3V
3V
3V
0V
3V
3V
-U
12V
R
DA
DC
A
B
Y
DB
C
ui > 8V，二極管導通，可看作短路 uo = 8V
ui < 8V，二極管截止，可看作開路 uo = ui
已知：
二極管是理想的，試畫出 uo 波形。
8V
例3：
二極管的用途：
整流、檢波、
限幅、鉗位、開
關、元件保護、
溫度補償等。
ui
18V
參考點
二極管陰極電位為 8 V
D
8V
R
uo
ui
+
+
–
–
解：
1.4 穩(wěn)壓二極管
1. 符號
UZ
IZ
IZM
UZ
IZ
2. 伏安特性
穩(wěn)壓管正常工作時加反向電壓
使用時要加限流電阻
穩(wěn)壓管反向擊穿后，電流變化很大，但其兩端電壓變化很小，利用此特性，穩(wěn)壓管在電路中可起穩(wěn)壓作用。
_
+
U
I
O
1.5.1 發(fā)光二極管(LED)
有正向電流流過時，發(fā)出一定波長范圍的光，目前的發(fā)光管可以發(fā)出從紅外到可見波段的光，它的電特性與一般二極管類似，正向電壓較一般二極管高，為1.5V~3V，電流為幾 ~十幾mA
1.5 光電器件
1.5.2 光電二極管
反向電壓作用下工作。無光照時為暗電流；有光照時為光電流。光電流隨光照強度的增加而上升，但一般很小，只有幾十微安，應用時須進行放大。
I
U
照度增加
符號
光電二極管
發(fā)光二極管
1.5.3 光電晶體管
用入射光控制集電極電流。無光照時為暗電流；有光照時為光電流，約零點幾毫安到幾個毫安。
E
C
光電晶體管
發(fā)光二極管實物圖
光電二極管實物圖
光電晶體管實物圖
光電晶體管實物圖

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