第八章常用半導體元器件

半導體二極管返回主目錄導體的知識介紹導體的定義：善于導電的物體。

銀100銅99金74鋁61鎳50鋼

43合金31幾種常見金屬的導電能力大小依次為：銀、銅、金、鋁、鎳、鋼、合金。絕緣體的介紹絕緣體的定義：不善于導電的物體叫絕緣體。如金剛石、人工晶體、琥珀、陶瓷,橡膠等等，稱為絕緣體。。注意：導體和絕緣體之間沒有明確的界限，比如玻璃在常溫下是絕緣體，但是在高溫下加熱至紅赤狀態就是導體半導體的介紹半導體的定義：可以簡單的把導電能力介于導體和絕緣體之間的材料稱為半導體。半導體的特性及使用1、半導體在光照、射線等作用下導電能力加強，可制成光敏元器件。2、半導體的導電性能與溫度有關，利用這個特性可以制成熱敏管。3、半導體的性能與摻雜有很大關系，少量摻雜會讓導電性能大大增加，由此可以制成各種半導體器件。半導體的種類1、本征半導體：即純凈晶體結構的半導體。（1）由于外層有四個價電子，可組成8個價電子的穩定結構（2）在溫度或者射線的作用下，個別價電子獲得能量掙脫原子核束縛，變成自由電子，從而形成空穴。（3）由于空穴和自由電子是成對產生的，因此本征半導體呈電中性。（4）基本認定本征半導體是不導電的。2、雜質半導體：在本征半導體中摻入特定的雜質可以改變它的導電性，這種半導體成為雜質半導體。（1）N型半導體自由電子是多數載流子，空穴是少數載流子整體呈電中性（2）P型半導體自由電子是少數載流子，空穴是多數載流子整體呈電中性

半導體二極管一、PN結的形成

ＰＮ結是采用特定的制造工藝，使一塊半導體的兩邊分別形成Ｐ型半導體和Ｎ型半導體，它們的交界面就形成ＰＮ結。ＰＮ結具有單向導電性正偏：在ＰＮ結上加正向電壓時，ＰＮ結電阻很低，正向電流較大，ＰＮ結處于導通狀態。二極管相當于短路。反偏：加反向電壓時，ＰＮ結電阻很高，反向電流很小，ＰＮ結處于截止狀態。二極管相當于開路。檢測半導體二極管的好壞1.發光二極管的檢測方法：

把萬用表調到短路檔，紅筆接二極管的陽極黑筆接二極管的陰極，此時發光二極管會亮，檢測二極管是良好的。2.普通二極管的檢測方法：萬用表測試條件：R

檔。(1)若正反向電阻均為零，二極管短路；(2)若正反向電阻非常大，二極管開路。(3)若正向電阻約幾十-幾百千歐姆，反向電阻非常大，二極管正常。半導體二極管實驗演示實驗材料：干電池、電阻若干、發光二極管若干、萬用表等工具。1.按電路連接，當二極管分別為硅管和鍺管時，二極管兩端的壓降？2.把+3V改成+0.5V后有什么現象？3.二極管反接后把+3V改成+60V后有什么現象？4.把100歐的電阻改成10歐之后會發生什么？三、二極管的伏安特性

二極管的主要特性是單向導電性，其伏安特性曲線如圖5-3所示。（以正極到負極為參考方向）。1）外加正向電壓很小時，二極管呈現較大的電阻，幾乎沒有正向電流通過。曲線段（或段）稱作死區，點（或）的電壓稱為死區電壓，硅管的死區電壓一般為0.5V，鍺管則約為0.1V。

2）二極管的正向電壓大于死區電壓后，二極管呈現很小的電阻，有較大的正向電流流過，稱為二極管導通，如段（或）特性曲線所示，此段稱為導通段。從圖中可以看出：硅管電流上升曲線比鍺管更陡。二極管導通后的電壓為導通電壓，硅管一般為0.7V，鍺管約為0.3V。1．正向特性

2．反向特性1）當二極管承受反向電壓時，其反向電阻很大，此時僅有非常小的反向電流（稱為反向飽和電流或反向漏電流），如曲線段（或段）所示。實際應用中二極管的反向飽和電流值越小越好，硅管的反向電流比鍺管小得多，一般為幾十微安，而鍺管為幾百微安。2）當反向電壓增加到一定數值時（如曲線中的點或點），反向電流急劇增大，這種現象稱為反向擊穿，此時對應的電壓稱為反向擊穿電壓，用表示，曲線中段（或段）稱為反向擊穿區。通常加在二極管上的反向電壓不允許超過擊穿電壓，否則會造成二極管的損壞（穩壓管除外）。圖5-3二極管的伏安特性

四、二極管的主要參數（1）最大整流電流它是指二極管長期工作時所允許通過的最大正向平均電流。實際應用時，流過二極管的平均電流不能超過這個數值，否則，將導致二極管因過熱而永久損壞。（2）最高反向工作電壓指二極管工作時所允許加的最高反向電壓，超過此值二極管就有被反向擊穿的危險。通常手冊上給出的最高反向工作電壓約為擊穿電壓的一半。（3）反向電流指二極管未被擊穿時的反向電流值。越小，說明二極管的單向導電性能越好。對溫度很敏感，溫度增加，反向電流會增加很大。五、特殊二極管

1．穩壓二極管

穩壓二極管簡稱穩壓管，它是一種用特殊工藝制造的面結合型硅半導體二極管，其圖形符號和外形封裝如圖5-4所示。圖5-4穩壓二極管的圖形符號與外形

外形

圖形符號～范圍內變化。穩壓管的伏安特性曲線工作區域穩壓管的應用

使用時，陰極接外加電壓的正極，陽極接外加電壓負極，管子反向偏置，工作在反向擊穿狀態，利用它的反向擊穿特性穩定直流電壓。二極管在反向擊穿狀態下，流過管子的電流變化很大，而兩端電壓變化很小，穩壓管正是利用這一點實現穩壓作用的。穩壓管工作時，必須接入限流電阻，才能使其流過的反向電流在～范圍內變化

發光二極管是一種光發射器件，能把電能直接轉換成光能的固體發光器件，它是由鎵（Ga）、砷（As）、磷（P）等化合物制成的，其圖形符號如圖5-6a所示。由這些材料構成的ＰＮ結加上正偏電壓時，PN結便以發光的形式來釋放能量。發光二極管的種類按發光的顏色可分為紅、橙、黃、綠和紅外光二極管等多種，按外形可分為方形、圓形等。圖5-6b是發光二極管的外形，它的導通電壓比普通二極管高。2．發光二極管圖5-6發光二極管的圖形符號和外形圖形符號

外形

發光二極管的應用

應用時，加正向電壓，并接入相應的限流電阻，它的正常工作電流一般為幾個毫安至幾十毫安。發光強度在一定范圍內與正向電流大小近似成線性關系。發光二極管作為顯示器件，除單個使用外，也常做成七段式或矩陣式，如用作微型計算機、音響設備、數控裝置中的顯示器。發光二極管的檢測一般用萬用表R×10k(Ω)檔，通常正向電阻15kΩ左右，反向電阻為無窮大。

3．光敏二極管

光敏二極管又稱光電二極管，其ＰＮ結工作在反偏狀態。光敏二極管是一種光接收器件。它的管殼上有一個玻璃窗口以便接受光照，當光線輻射于ＰＮ結時，提高了半導體的導電性，在反偏電壓作用下產生反向電流。反向電流隨光照強度的增加而上升。其主要特點是反向電流與照度成正比。光敏二極管的圖形符號和外形如圖5-7所示。圖5-7光敏二極管的圖形符號和外形圖形符號

外形

光敏二極管的應用

光敏二極管可用于光的測量。當制成大面積光電二極管時，能將光能直接轉換成電能，可作為一種能源使用，稱為光電池。光敏二極管的檢測通常用萬用表R×1k(Ω)檔檢測，要求無光照時反向電阻大，有光照時反向電阻小，若電阻差別小，則表明光敏二極管的質量不好。4．變容二極管

變容二極管是利用PN結的結電容可變原理制成的半導體器件,它仍工作在反向偏置狀態。它的壓—容特性曲線和圖形符號如圖5-8所示。二極管結電