1、1第二章第二章 半导体二极管及其半导体二极管及其基本基本应用电路应用电路 2023-1-1722023-1-173 半导体半导体(semiconductor)器件是在器件是在20世纪世纪50年代初发展起来年代初发展起来的器件，由于具有体积小、重量轻、使用寿命长、输入功率小、的器件，由于具有体积小、重量轻、使用寿命长、输入功率小、功率转换效率高等优点，已广泛应用于家电、汽车、计算机及功率转换效率高等优点，已广泛应用于家电、汽车、计算机及工控技术等众多领域，被人们视为现代技术的基础。工控技术等众多领域，被人们视为现代技术的基础。这一章的任务就是让学习者在了解半导体的特殊性能、这一章的任务就是让学习
2、者在了解半导体的特殊性能、PN结结(PN junction)的形成及其单向导电性的基础上，进一步认识的形成及其单向导电性的基础上，进一步认识半导体二极管、半导体三极管这些半导体器件。半导体二极管、半导体三极管这些半导体器件。通过对这些半导体器件的结构、工作原理、特性曲线及特通过对这些半导体器件的结构、工作原理、特性曲线及特性参数等方面的剖析，掌握二极管、三极管等半导体器件的结性参数等方面的剖析，掌握二极管、三极管等半导体器件的结构特点和工作原理；在技术能力上掌握正确测试半导体器件的构特点和工作原理；在技术能力上掌握正确测试半导体器件的好坏及极性的判别方法，并能看懂由这些半导体器件作为核心好坏及
3、极性的判别方法，并能看懂由这些半导体器件作为核心元件构成的简单电子线路图，初步掌握一些元件构成的简单电子线路图，初步掌握一些EWB电路仿真技能。电路仿真技能。2023-1-174 半导体的导电性能力虽然介于导体和绝缘体之间。半导体的导电性能力虽然介于导体和绝缘体之间。温度升高，大多数半导体的电阻率下降。温度升高，大多数半导体的电阻率下降。由于半导体的电阻率对温度特别灵敏，利用这种特性就可以做由于半导体的电阻率对温度特别灵敏，利用这种特性就可以做成各种热敏元件。成各种热敏元件。许多半导体受到光照辐射，电阻率下降。利许多半导体受到光照辐射，电阻率下降。利用这种特性可制成各种光电元件。用这种特性可制
4、成各种光电元件。在纯净的半导体中掺入微量的某种杂质后，在纯净的半导体中掺入微量的某种杂质后，它的导电能力就可增加几十万甚至几百万倍。利用这种特性就它的导电能力就可增加几十万甚至几百万倍。利用这种特性就可制成各种不同用途的半导体器件，如半导体二极管、三极管可制成各种不同用途的半导体器件，如半导体二极管、三极管晶闸管、场效应管等。晶闸管、场效应管等。2023-1-175 在半导体物质中，目前用得最多的材料是在半导体物质中，目前用得最多的材料是硅和锗。在硅和锗的原子结构中，最外层电子硅和锗。在硅和锗的原子结构中，最外层电子的数目都是的数目都是4个，个，因此被成为四价元素，因此被成为四价元素，如图如图
5、2-1所示。所示。单晶体的晶格结构是完全对称，单晶体的晶格结构是完全对称，原子排列得非常整齐，故常称为晶原子排列得非常整齐，故常称为晶体，就是我们所说的本征半导体其体，就是我们所说的本征半导体其平面示意图如图平面示意图如图2-2所示。所示。2023-1-176 把在光或热的作用下，把在光或热的作用下，本征半导体中产生电子本征半导体中产生电子空空穴对的现象，叫本征激发。穴对的现象，叫本征激发。2023-1-177 在四价元素晶体中掺入微量的五价元素，这种掺杂所产生的在四价元素晶体中掺入微量的五价元素，这种掺杂所产生的自由电子浓度远大于本征激发所产生的电子自由电子浓度远大于本征激发所产生的电子空穴
6、对的浓度。空穴对的浓度。电电子为多子，空穴为少子。这种半导体的导电主要依靠电子，称其子为多子，空穴为少子。这种半导体的导电主要依靠电子，称其为为N型半导体（型半导体（N-type semiconductor）或电子型半导体。）或电子型半导体。在四价晶体中掺入微量的三价元素，这种杂质半导体中，在四价晶体中掺入微量的三价元素，这种杂质半导体中，空穴浓度远大于自由电子浓度，空穴为多子，自由电子为少子。空穴浓度远大于自由电子浓度，空穴为多子，自由电子为少子。这种半导体的导电主要依靠空穴，称其为这种半导体的导电主要依靠空穴，称其为P P型半导体型半导体（P-type semiconductor）或空穴型
7、半导体。或空穴型半导体。2023-1-178需要指出的是：需要指出的是：不论是不论是N型还是型还是P型半导体型半导体，整个晶体仍然呈中性。，整个晶体仍然呈中性。为突出杂质半导体的主要特征，在画为突出杂质半导体的主要特征，在画P型或型或N型型半导体时，半导体时，常常只画多子和离子成对出现，如图常常只画多子和离子成对出现，如图2-4所示。所示。图2-4 杂质半导体a)P型半导体 b)N型半导体2023-1-179 半导体中有电子和空穴这两种载流子，当这些载流子作定向半导体中有电子和空穴这两种载流子，当这些载流子作定向运动时就形成电流。半导体中的载流子运动有漂移运动和扩散运运动时就形成电流。半导体中
8、的载流子运动有漂移运动和扩散运动两种方式，相应地也就有漂移电流和扩散电流这两种电流。动两种方式，相应地也就有漂移电流和扩散电流这两种电流。图2-5 PN结的形成过程a)多子的扩散运动 b)少子的漂移运动2023-1-1710内电场的削弱使多数载流子的扩散运内电场的削弱使多数载流子的扩散运动得以增强，形成较大的扩散电流动得以增强，形成较大的扩散电流（有多子的定向移动形成，即所谓常（有多子的定向移动形成，即所谓常称的电流）。称的电流）。在一定范围内，外电场越强，正向电在一定范围内，外电场越强，正向电流越大，流越大，PN结对正向电流呈低电阻状结对正向电流呈低电阻状态，称为态，称为PN结正向导通。结正
9、向导通。2023-1-1711 2023-1-1712 2023-1-1713 2023-1-1714 2023-1-17 2023-1-1716 2023-1-1717 4）最高工作频率）最高工作频率 Mf5）二极管使用注意事项）二极管使用注意事项 1）直流电阻）直流电阻DDDIURDR DRQ2023-1-17192）交流电阻（动态电阻）交流电阻（动态电阻）drtgIUr1ddrQdrIIUgrmV261TddK300T 图2-12 理想模型 a)U-I 特性 b)、c)符号及等效模型2023-1-1721 图2-13 恒压降模型 a)U-I 特性 b)电路符号2023-1-1722图2-
10、14 小信号模型 2023-1-1723 V6S1UV3140sin2.0s2tu k1SR图2-17Di2023-1-1724 0s2uDImA3.5k1V)7.06(SFS1DRUUI 9.45.3mAmV26mV26DdIr 0S1UdimA3140sin2.0k)109.41(V3140sin2.03dDs2dttrRuimA)3124sin2.03.5(dDDtiIi2023-1-1725 0s2uDImA3.5k1V)7.06(SFS1DRUUI 9.45.3mAmV26mV26DdIr 0S1UdimA3140sin2.0k)109.41(V3140sin2.03dDs2dttr
11、RuimA)3140sin2.03.5(dDDtiIi2023-1-1726 ZUZmaxI2023-1-1727 ZmaxI ZI ZUZmP Zr ZU2023-1-1728 2023-1-1729 2023-1-17302023-1-1731 2023-1-1732 tUu sin222 2u)0(sin222OttUuu 2u)2(sin222VDttUuu2023-1-1733 L2LOO45.0RURUI202202O222)(sin221)(21UttdUtduU2023-1-1734DILIODFIII2RM2UU 2023-1-1735 2u2uD1iLRD2iLR 2023
12、-1-173622O9.022UUUL2O9.0RUI DILILD2D1F21IIII 22UUUU22DMRM 2023-1-1738 2uLRLR2u 2023-1-1739 22O9.022UUUL2D45.0RUI2u2DRM2UU OF21II 2RM2UU2023-1-1740 2023-1-17412O45.0UUL2LOO45.0RURUIODFIII2RM2UU2023-1-1742 2O9.0 UUL2LOO9.0RURUI2/ODFIII2RM22UU2023-1-17432O9.0 UUL2LOO9.0RURUI2/ODFIII2RM2UU 697页 泛读2023-1
13、-1748直流分量的幅值负载上最低次谐波分量S 直流分量效值负载上交流分量的总有 2023-1-1749 2023-1-1750 LROU为使滤波效果良好，一般取时间常数的值大一些，通常选取为使滤波效果良好，一般取时间常数的值大一些，通常选取2/)53(LTCR 考虑电网电压的波动，电容考虑电网电压的波动，电容C C的耐压值可选为的耐压值可选为（1.51.52 2）U22O(AV)0.1 UU2O(AV)2.1 UU（半波）（全波）2023-1-1751 2O9.0 UU2023-1-1752 2023-1-1753 2u2u 2023-1-1754 2023-1-1755 。2023-1-1756 2023-1-1757 2023-1-1758 2023-1-17592023-1-1760 2023-1-1761 2u2u2023-1-1762 0CC1V12CCCCVV2CCV2CCV21CCCCVV2023-1-1763 2023-1-1764 DCDUDCLLCXfDU 2023-1-1765 2023-1-1766 2023-1-1767 应用二：自动感应节能灯电路应用二：自动感应节能灯电路自动感应节能灯电路 69
