3二極管及其基本電路3.1半導體的基本知識3.3二極管3.4二極管的基本電路及其分析方法3.5特殊二極管3.2PN結的形成及特性13.1半導體的基本知識

3.1.1半導體材料

3.1.2半導體的共價鍵結構

3.1.3本征半導體

3.1.4雜質半導體2

3.1.1半導體材料根據物質導電能力(電阻率)的不同，來劃分導體、絕緣體和半導體。典型的半導體有硅Si、鍺Ge、砷化鎵GaAs和一些硫化物、氧化物等。半導體：導電能力介于導體和絕緣體之間的物質。半導體材料多以晶體的形式存在。3

3.1.2半導體的共價鍵結構晶體中原子的排列方式硅單晶中的共價健結構共價健共價鍵中的兩個電子，稱為價電子（束縛電子）。+4+4+4+4價電子4

3.1.3本征半導體本征半導體——完全純凈的、具有晶體結構的半導體。在絕對0度和沒有外界激發時，價電子完全被共價鍵束縛著，本征半導體中沒有可以運動的帶電粒子（即載流子），它的導電能力為0，相當于絕緣體。+4+4+4+4價電子5

3.1.3本征半導體當溫度升高或受到光的照射時，價電子能量增高，有的價電子可以掙脫原子核的束縛成為自由電子。這一現象稱為本征激發（也稱熱激發）。但常溫下，通過本征激發產生的載流子很少，所以本征半導體的導電能力很弱。+4+4+4+4價電子6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）。價電子自由電子+4+4+4+4空穴7+4+4+4+4在其它力的作用下，空穴吸引附近的電子來填補，這樣的結果相當于空穴的遷移，而空穴的遷移相當于正電荷的移動，因此可以認為空穴是載流子。8本征半導體的導電機理當半導體兩端加上外電壓時，在半導體中將出現兩部分電流(1)自由電子作定向運動電子電流(2)價電子遞補空穴空穴電流注意：溫度愈高，載流子的數目愈多，半導體的導電性能也就愈好。所以，溫度對半導體器件性能影響很大。

自由電子和空穴都是載流子。

自由電子和空穴成對地產生的同時，又不斷復合。在一定溫度下，載流子的產生和復合達到動態平衡，半導體中載流子便維持一定的數目。9半導體的導電特性（本征半導體的導電能力很差）摻雜性:

往純凈的半導體中摻入某些雜質，導電能力明顯增強。(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)熱敏性:

當環境溫度升高時，導電能力顯著增強。（可做成溫度敏感元件，如熱敏電阻)10

3.1.4雜質半導體

N型半導體——摻入五價雜質元素（如磷）的半導體。

P型半導體——摻入三價雜質元素（如硼）的半導體。在常溫下，本征半導體的兩種載流子數量還是極少的，其導電能力相當低。在本征半導體中摻入微量的雜質元素，形成雜質半導體。雜質半導體的導電能力將大大提高。11

1.N型半導體（摻入五價元素）在N型半導體中自由電子是多數載流子，它主要由雜質原子提供；空穴是少數載流子,

由本征激發形成。

Si

Si

Si

Sip+多余電子磷原子在常溫下即可變為自由電子失去一個電子變為正離子自由電子導電成為這種半導體的主要導電方式，稱為N型半導體（電子半導體）。施主雜質122.P型半導體（摻入三價元素）在P型半導體中空穴是多數載流子，它主要由摻雜形成；自由電子是少數載流子，由本征激發形成。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P型半導體(空穴半導體)。

Si

Si

Si

SiB–硼原子接受一個電子變為負離子空穴雜質半導體對外是否顯電性？受主雜質13摻入雜質對本征半導體的導電性有很大的影響，一些典型的數據如下:T=300K室溫下,本征硅的電子和空穴濃度:

n=p=1.45×1010/cm32本征硅的原子濃度:4.96×1022/cm3

1以上三個濃度基本上依次相差106/cm3。

3摻雜后N型半導體中的自由電子濃度:

n=5×1016/cm3雜質對半導體導電性的影響本征半導體中載流子數目極少,其導電性能很差；摻入雜質后，導電能力大大增強。141.在雜質半導體中多子的數量主要與

（a.摻雜濃度、b.溫度）有關。2.在雜質半導體中少子的數量主要與（a.摻雜濃度、b.溫度）有關。3.當溫度升高時，少子的數量（a.減少、b.不變、c.增多）。abc4.在外加電壓的作用下，P型半導體中的電流主要是

，N型半導體中的電流主要是。（a.電子電流、b.空穴電流）ba思考題：153.影2翻P帳N結的悶形成拔及特染性3.染2.騰1PN結的承形成3.占2.歌2PN結的尋單向科導電顆性3.塊2.竊3PN結的擊反向很擊穿3.壯2.釀4PN結的宴電容答效應16不論肺是P型半爸導體竟還是N型半辛導體脾，都瘋只能燭看做針是一鄙般的拾導電沈材料細，不愈具有吧半導置體器言件的湯任何主特點比。半導用體器勁件的賄核心輕是PN結，是坡采取鑰一定嗽的工轎藝措治施在刮一塊漿半導男體基巷片的乓兩側再分別薪制成P型半這導體雕和N型半秧導體扁，在良兩種鋒半導巷體的勸交界專面上捕形成PN結。各種漿各樣治的半魚導體阿器件腐都是全以PN結為擾核心錯而制壞成的宮，正滿確認殺識PN結是歸了解軟和運都用各墳種半雁導體越器件蓬的關份鍵所善在。PN結17載流埋子的復漂移哈與擴枝散漂移獵運動睜：在電爺場作照用引策起的嗎載流供子的栽運動德稱為孝漂移裹運動。擴散疏運動延：由載也流子遇濃度液差引辮起的徹載流暴子的燈運動誦稱為托擴散垃運動僑。183.擦2.死1拒P樹N結的晨形成多子診的擴駕散運躲動內電場少子醫的漂蜻移運倒動濃度咱差P型半很導體N型半判導體內電劫場越錢強，臉漂移殃運動趨越強近，而捐漂移遲使空睛間電峽荷區舍變薄悠。擴散及的結程果使奧空間緒電荷緊區變楊寬。擴散叉和漂確移這州一對踩相反叮的運意動最糊終達窗到動西態平暖衡，主空間練電荷身區的顏厚度攤固定置不變職。－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－形成焰空間遵電荷啞區即PN結19在一稼塊本賭征半銅導體優在兩敘側通京過擴填散不欣同的朗雜質,分別謀形成N型半秀導體帝和P型半令導體噴。此典時將已在N型半托導體宴和P型半管導體集的結廚合面舊上形史成如休下物瞇理過是程:因濃母度差空間發電荷遙區形樸成內厭電場內電導場促煉使少綿子漂午移內電定場阻茅止多展子擴伐散最后,多子哀的擴散和少忽子的漂移達到動態閉平衡。對于P型半導體和N型半導體結合面，離子薄層形成的空間電荷區稱為PN結。在空間電荷區，由于缺少載流子，所以也稱耗盡層。多子背的擴嗎散運晴動由雜質逮離子墾形成統空間冊電荷舊區20PN結213.麻2.裙2PN結的筐單向估導電挖性PN結加正救向電焦壓，即風：P區接兆電源們正極驕，N區接辱電源初負極土，又歐稱為PN結正向尚偏置。PN結加反血向電濤壓，即君：P區接恭電源閥負極渠，N區接什電源壩正極通，又黃稱為PN結反向對偏置。223.夕2.間2PN結的濾單向抹導電酸性1.PN結加有正向誤電壓（正舟向偏閑置）P接正性、N接負外電場IF內電筒場被穗削弱駁，多下子的班擴散共加強譜，形折成較弓大的已擴散繩電流辯。PN結加正攝向電饅壓時，PN結變盆窄，統正向秒擴散沒電流姜較大原，正毅向電脈阻較噴小，PN結處于肯導通閱狀態。內電場PN－－－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++++–232.吳P籃N結加份反向嘩電壓（反友向偏催置）外電場P接負德、N接正內電場PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－–+24PN結變狼寬外電場內電丘場被播加強沈，少奏子的先漂移資加強飼，由蓋于少例子數布量很示少，脫形成饅很小溉的反廉向漂貞移電栽流。IR–+PN結加反頭向電候壓時，PN結變犬寬，純反向撫漂移以電流訪較小決，反藍向電美阻較得大，PN結處鋸于截止擁狀態。內電場PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－2.側P獵N結加托反向句電壓（反溜向偏番置）P接負巾、N接正反向雙漂移菌電流遼的大塵小是傘否與憑溫度域有關反？25PN結的脖伏安足特性PN結具理有單向汗導電答性，即曠正向敢導通茂、反叼向截緣瑞止。263.膽PN結V-I特性肢表達坦式其中IS——反向亂飽和割電流VT——溫度軋的電節壓當無量且在味常溫挨下（T=3器00鏡K）PN結的伏安特性273.光2.叼3PN結的年反向熊擊穿當PN結的送反向非電壓病增加醫到一描定數膜值時帳，反指向電喉流突接然快士速增伴加，射此現融象稱鍵為PN結的反向衣擊穿該。熱擊決穿——不可綢逆雪崩擊穿齊納擊穿電擊穿——可逆283.歷2.囑4PN結的余電容陳效應1.勢壘者電容CB勢壘電容示意圖292.擴散宵電容CD擴散電容示意圖303.櫻3半導池體二忙極管3.濱3.妨1半導涌體二陷極管嗎的結哪構3.治3.絹2二極膠管的倒伏安籮特性3.弱3.脫3二極押管的豈參數313.脅3.么1半導私體二真極管間的結戴構將PN結加朋上引情線和形封裝減，就訂成為缺一個二極牧管。表示萌符號庫：P區引塌出的坊線稱真為陽極（正極），忘用“a”表示若；N區引搬出的染線稱肺為陰極（負極），周用“k”表示劉。k陰極陽極aD按結構分點接觸型面接觸型按材料分硅管鍺管按用途分普通管整流管…321.點接醉觸型鍋二極敘管PN結面守積小慮、結涉電容徒小、傭正向遇電流昂小。監用于婦檢波鳳和變洪頻等桑高頻勉電路勺。金屬觸絲陽極引線N型鍺片陰極引線外殼(a)點接觸型332.面接邪觸型拒二極閣管鋁合金小球N型硅陽極引線PN結金銻合金底座陰極引線(b)面接觸型PN結面丟積大語、正福向電知流大怠、結續電容繞大，致用于勝工頻占大電橋流整盾流電糠路。343.平面井型二疑極管陰極引線陽極引線二氧化硅保護層P型硅N型硅(c)平面型往往奪用于鏈集成細電路界制造甚工藝陳中。PN結面堤積可抬大可鄭小，乎用于桑高頻璃整流腰和開陡關電商路中逼。35硅管0.枝5V鍺管0.1霸V反向差擊穿悟電壓VBR正向柜壓降VF外加軌電壓贏大于剝死區饅電壓呢，二叼極管漢才能敗導通哨。外加辟電壓呢大于性反向牙擊穿泡電壓肌，二頭極管階被擊托穿，擴失去拉單向書導電祝性。正向下特性反向河特性特點掩：非線籃性硅0.7仁V鍺0.2VvDiD死區辨電壓VthPN+–PN–+常溫籠下，載反向電泄流很品小3.革3.夫2二極顯管的干伏安棍特性36硅二極管2CP10的V-I特性鍺二極管2AP15的V-I特性在工咱程實尖踐中竿，為凝什么窮硅二知極管昌應用常得較害普遍辨？硅二闖極管簡的反控向電效流一俊般在證納安(n喊A)級；仙鍺二督極管壇的反規向電峽流一左般在妥微安(u弟A)級。37二極雅管的單舅向導他電性1.二極油管加算正向曉電壓咬（正漂向偏壞置，與陽極著接正閃、陰較極接犁負端）時溝，友二極企管處慚于正述向導斑通狀歇態，體二極雨管正爐向電抹阻較嫂小，滾正向漠電流奏較大浪。2.二極表管加謊反向妻電壓零（反否向偏斬置，開陽極寫接負糾、陰稻極接歇正拌）時牧，職二極僵管處掩于反球向截獵止狀回態，催二極抗管反顧向電家阻較協大，趟反向民電流老很小屢。3.外加輸電壓既大于羅反向梢擊穿帥電壓援二極鏡管被迫擊穿惹，失抵去單厚向導從電性杏。4.二極覆管的苗反向飄電流泊受溫斥度的學影響霜，溫株度愈寺高反糞向電碧流愈犬大。383.司3.裁3二極觸管的耀參數1.最大極整流允電流IF2.反向竊擊穿紗電壓VBR二極宣管長提期使勤用時和，允杰許流關過二肺極管克的最劇大正阿向平著均電糊流。最高查反向幅工作凡電壓VRM二極債管反唯向擊膊穿時縱的電擦壓值劍。是保辜證二迫極管寶不被嘆擊穿蔥而給艙出的坡反向喂峰值灶電壓晝，一為般是屠二極腦管反淹向擊撥穿電禾壓VBR的一傷半或靜三分轟之二門。鍺二極管2AP15的V-I特性——選擇鐮二極埋管的脖依據393.正向露壓降VF鍺二極管2AP15的V-I特性門坎告電壓圈：硅管0.隊5V，鍺管防0.1塊V。導通宋壓降:硅管0.討7V主,鍺管碗0.貼2V。門坎戲電壓Vth溫度亦升高憤時，段二極旋管的片正向躺壓降驢將減怎小，平每增尋加1℃，正向生壓降VF大約綁減小2m突V，即爆二極純管具勒有負溫辛度系證數。404.反向到電流IR指二車極管只未擊搬穿時抄的反勸向電憐流。煮反向疏電流委大，旦說明蹦管子狼的單邀向導浙電性掏差。5.極間兄電容CJCJ=CD+CB溫度役對二弄極管碧的性吹能有鞭較大鋸的影赤響，濱溫度修升高打時，濱反向糠電流鈔將呈瓶指數謹規律歲增加松。硅蔑二極姐管溫監度每俘增加8℃，反墻向電怎流將添約增觀加一塔倍；程鍺二發極管堆溫度侍每增促加12暢℃，反倉向電騎流大次約增日加一日倍。413.達4二極夾管基芒本電晴路及稿其分冬析方責法3.豪4.烈2二極鞭管電些路的匯簡化惑模型百分析潑方法3.似4.停1簡單顛二極辛管電枕路的貿圖解育分析幣方法423.叫4.邀1簡單劃二極惠管電祖路的明圖解合分析逐方法二極腎管是騙一種絮非線想性器療件，代因而賞其電輝路一漆般要指采用爽非線本性電遠路的漲分析女方法史，相秀對來涉說比編較復電雜，匯而圖員解分楚析法休則較譽簡單固，但掩前提芽條件川是已糕知二也極管索的V-I特性跨曲線違。43例：電路長如圖牙所示連，已叮知二購極管事的V-I特性遷曲線攔、電嫌源VDD和電眉阻R，求二裹極管障兩端親電壓vD和流與過二架極管資的電禮流iD。解：由電磨路的KV添L方程漁，可紫得即是一距條斜賊率為-1簽/R的直指線，藝稱為負載藏線Q點稱喝為電鑰路的工作雁點，Q的坐獸標值絲式（VD，ID）即為受所求捐。44將指數模型分段線性化，得到二極管V-I特性的簡化模型。3.捏4.該2二極裂管電驢路的悔簡化恩模型桌分析邁方法1.理想紐奉模型正向偏置時的電路模型反向偏置時的電路模型電源夜電壓粉遠大妥于二私極管在正向漿壓降45定性分析：判斷二極管的工作狀態導通截止如何裕利用騙二極總管理見想模其型分憂析電介路？分析猾方法念：將二暴極管婦斷開獸，分姨析二背極管劉兩端沙電位底的高嚴低。若V陽>V陰(正向棒偏置)，二局極管導通若V陽<V陰(反向沖偏置)，二臨極管截止理想幻玉狀況宰下，正向究導通脫時，二黨極管趨可視代作短路；反向盲截止驕時，二極收管可術視作斷路。46例：電路蘆如圖(a隱)所示冠，輸讀入電拖壓vs=1圓8顯si徑n平t果V,二極煎管是樂理想伍的，蹦試畫汪出輸蛾出電嚼壓vO的波介形。vs18V在這鐵里，獎二極熟管起整流作用水。470V0V5V0VVCC5VRD1vI1vI2vOD25V5V0V0V5V例：電路休如圖樓，利閑用理慮想模暖型求探解，架當vI1和vI2為0V或5V時，伍求vI1和vI2的值譜各種匆組合行情況腐下，于輸出現電壓vO的值尖。在這怠里，瘦二極攝管用疤作開關元件籌。482.恒壓割降模坦型正向管壓降硅管0.7V鍺管0.2ViD≈述1m藥A或iD>惑1m吉A493.折線零模型死區電壓硅管0.5V鍺管0.1V50理想川模型（R=10k）（1）VDD=10V時恒壓頑降模匆型（硅二極管典型值）折線階模型（硅二極管典型值）設例：電路拋如圖形，R=醉10媽kΩ，二恒極管共為硅傳二極蘿管。檢分別鮮用理川想模臨型、決恒壓猜降模排型和倡折線殃模型宵求解曉，當(1定)VDD=謠10正V，(2罷)VDD=瘋1V時，ID和VD的值懂。51恒壓用降模屑型（硅二極管典型值）折線圖模型（硅二極管典型值）設理想兩模型（R=10k）（2）VDD=1V時52例：限幅支電路如圖籍，R=槍1k展Ω，VRE享F=油3V，二極賠管為遭硅二爽極管來。分泊別用扭理想折模型賴和恒第壓降靈模型蹲求解限，當vi=座6s絲式intV時，集繪出磨相應陳的輸拜出電塔壓vo的波助形。理想需模型uO-+DVREFuI-+RuO-+VREFuI-+R53恒壓柳模型uO-+VFVREFuI-+RuO-+DVREFuI-+RuO-+VFVREFuI-+R544.小信天號模貫型vs=照0時,Q點稱附為靜態伐工作餃點，反桃映直值流時婚的工挽作狀沫態。vs=Vmsi擔nt時（Vm<<VDD）,將Q點附仁近小串范圍斗內的V-亞I特性線性舌化，即痛以Q點為咐切點搜作一殃條直嬌線，嬸得到小信源號模挪型。55二極靠管工胃作在蹲正向括特性倡的某除一小抓范圍溫內時香，其芬正向拖特性虎可以梨等效絹成一旨個微督變電抄阻。即根據得Q點處舟的微籌變電愿導則常溫踢下（T=3羞00晨K）特別注意：

小信號模型中的微變電阻rd與靜態工作點Q有關。該模型用于二極管處于正向偏置條件下，且vD>>VT。

56如何抄利用塊二極媽管小鉗信號宇模型穩分析沒電路籮？1、判填斷二緣瑞極管芬是否刻工作拐于正向丸導通莖狀態；2、分扮析電身路的畝靜態躺工作莖情況告，求僚得靜態截工作窩點Q；3、根期據靜盜態工某作點Q計算斬出微變搜電阻rd；4、根丘據小捆信號卵模型能的交流億通路，計侍算出古交流檢小信烘號作稍用下蓄電路介的交酒流電割壓、坊電流嚷；5、將跳交流艦量與榆靜態咐直流減量疊追加，慨得到副電壓捎、電襲流總量。57小信段號工手作情宗況分對析例：圖示負電路橋中，VDD=遣5V，R=眉5k，恒壓道降模滲型的VD=0近.7精V，vs=霜0.搞1s柄inwtV。（1）求輸萍出電榜壓vO的交哄流量故和總漲量；偽（2）繪削出vO的波寄形。5859直流傭通路、交流花通路、靜態、動態等概驗念，罰在放依大電正路的備分析梢中非努常重晝要。二極掘管的群用途角：整流陶、限片幅、倦開關肉、低只電壓腰穩壓傾、檢子波、進鉗位啟、隔盞離、債元件碎保護醋、溫檔度補繭償等銀。603.筍5特殊欠二極絞管3.騰5.固1穩壓豆二極至管3.挖5.尿2光電頂子器冰件1.光電柿二極帶管2.發光閣二極謎管613.應5.暢1穩壓黑二極圍管表示橋符號乏：穩壓顫二極塑管是一村種特懇殊的運面接庸觸型臺二極裳管。遼它在秤電路促中常壺實現郊穩定沖電壓搜的作隱用。+-陰極陽極DZ621.伏安燦特性-VZ-IZ(駁mi慢n)-IZ(鍵ma脫x)VZIZvDiDO1）正向蔥特性泳：同普茶通二墊極管2）反向慢擊穿賠特性秤：a、反向睜擊穿堂特性變曲線賤比普遙通二帽極管為更陡謠一些璃，即較大惠的I較小材的Vb、在趟一定初的范該圍內鄉豐，反扣向擊瘡穿具毫有可店逆性穩壓它二極筋管穩岸壓時哈工作助在反咽向電妹擊穿攜狀態頂，利耍用其橡反向準擊穿嘗特性騎實現蒙穩壓濕。擊穿假區-VZ0-IZT63-VZ-IZ(min)-IZ(max)VZIZvDiDO-VZ0-IZTQ2.簡化治模型64(1謹)穩定友電壓VZ在規嗚定的算穩壓參管反訂向工旺作電區流IZT下，夕所對曠應的鋼反向歉工作醫電壓培。(2亞)最大鈔穩定趴工作蠻電流IZ(障ma翻x)3.主要爺參數最小唱穩定秋工作賀電流IZ(村mi妻n)-VZ-IZ(min)-IZ(max)VZIZvDiDO-VZ0-IZT若I<Iz(蓬mi仇n)，則盛不能稿穩壓若I>Iz(墊ma歇x)，則菠穩壓貓管會鋒過熱靠損壞65(3西)動態置電阻rZrZ=VZ/IZ(4鴉)最大后耗散雪功率PZM(5技)穩定魄電壓淚溫度章系數——VZ3.主要蘆參數保證決穩壓盡管不補發生汁熱擊奔穿的臺最大膛功率睛損耗PZM=VZIZm艘ax-VZ-IZ(min)-IZ(max)VZIZvDiDO-VZ0-IZTQrZ越小猾，說棗明穩是壓管問穩壓討特性紐奉越好664.穩壓濁電路并聯式穩壓電路當電樂源波撒動或這負載嫂電流把的變易化引劑起Vo變化窗時：VOVZVO=VI-VRIZ機IR=(IZ+IO)VR=IRR正常屈穩壓盞時：VO=VZ穩壓貢條件陶是什躁么？IZm鳳in≤IZ≤IZm嚇ax不加R可以狐嗎？R移到徒穩壓妻管后蓋面可線以嗎堅？注：腦穩壓騙管正邀常工嶼作時挖加反旗向電紡壓，紹并要循串入宰一只歪電阻賀。67例：在圖貌示電稱路中相，穩芽壓二恥極管鈔的穩杠壓電挪壓