半导体二极管单向导电特性特点共44页

6-1 半导体二极管半导体元器件是现代电子技术的重要组成部分，是构成各种电子电路的核心，常用的半导体元器件有二极管、晶体管、场效应管等。

半导体元器件由半导体材料制成，因此，学习电子技术应首先了解半导体材料的特性，这将有助于对半导体元器件的学习、掌握和应用。

6-1-1 半导体的导电特性1. 半导体的导电机理导电能力介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体，这类材料大都是三、四、五价元素,主要有：硅、锗、磷、硼、砷、铟等，他们的电阻率在10-3～107欧.厘米。

绝对纯净的硅、锗、磷、砷、硼、铟叫做本征半导体。

（1）本征半导体及特点半导体材料的广泛应用，并不是因为它们的导电能力介于导体与绝缘体之间，而是它们具有一些重要特性：1）当半导体受到外界光和热的激发（本征激发）时，其导电能力发生显著的变化；2）若在本征半导体中加入微量的杂质（不同的本征半导体）后，其导电能力显著的增加；半导体的这些特点取决于这类物质的化学特性。

（2）半导体的共价键结构1)半导体的化合价物质的化学和物理性质都与物质的价电子数有密切的关系，半导体材料大都是三、四、五价元素。

硅、锗（四价）、磷、砷（五价）、硼、铟（三价）。

2)化学键物质化学键分离子键、共价键和金属键三种，半导体物质的化学键都属于共价键的晶体结构，同时它们的键长一般很长，故原子核对价电子的束缚力不象绝缘物质那样紧，当价电子获得一定的能量后，就容易挣脱原子核的束缚成为自由电子。

+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4可见半导体中的载流子有两种，即自由电子（●）和空穴(○)。

本征半导体的载流子是由本征激发而产生的，其自由电子与空穴是成对出现，即有一个自由电子，就一定有一个空穴，故称电子空穴对。

由于空穴带正电，容易吸引邻近的价电子来填补，从而形成了共有价电子的运动，这种运动无论从效果上，还是从现象上，都好象一个带正电的空穴在移动，它不同于自由电子的运动，故称之为空穴运动。

物质的导电是靠物体内带电粒子的移动而实现的，这种粒子称作载流子。

二极管单向导电的原理
二极管（Diode）是一种具有单向导电性质的电子器件，其原
理基于PN结的特性。

PN结由一种被掺杂了掺杂剂的p型半
导体和一种被掺杂了不同掺杂剂的n型半导体结合而成。

p型
半导体的材料中掺杂了少量的三价元素，如硼，形成了多余的正电荷，而n型半导体则是通过掺入五价元素，如磷，从而形成了多余的电子。

当这两个材料被连接在一起时，形成了PN 结。

在平衡状态下，PN结两侧会形成一个电势差，即存在一个由
p端指向n端的内建电场。

这个内建电场会阻止电子和空穴的
自由扩散，并且使得p端富电子而n端富空穴。

当外部电压施加在PN结上时，如果是正向偏置，即p端连接正电压，n端
连接负电压，那么该外电压会抵消内建电场，从而减小或消除内建电势差。

这样，电子和空穴就能够穿过PN结，导电发生。

而当施加的外电压是反向偏置，即p端连接负电压，n端连接
正电压时，这时外电压将会增加内建电势差，阻止电子和空穴穿越PN结，导电不会发生。

只有当外电压超过PN结的击穿
电压时，电流才会通过。

根据以上原理，可以得出二极管的单向导电特性。

当二极管的正向电压小于它的额定击穿电压时，它会导电，而当反向电压大于或等于它的额定击穿电压时，它会呈现高阻抗状态，导电不会发生。

这样，二极管可以用来整流交流电、保护电路免受反向电压的破坏等应用。

简单的电子技术基础刘海军摘编一、课程背景：电子技术的发展十分迅速，应用非常广泛，现代一切新的科学技术无不与电有着密切的关系。

因此，电子技术是一门重要课程。

为他们将来涉及到电的知识打基础；也为他们自学、深造、拓宽和创新打下基础。

二、课程目标：1、了解模拟电路构成的最基本元件，特性及工作原理。

2、了解集成电路的特点和两种整流电路。

3、了解两种振荡电路及调制方式。

4、了解无线电广播与接收的简单知识。

5、培养学生学习物理的兴趣，用物理知识解决实际问题的能力，热爱生活的情操。

三、教学方式：讲座、讨论、探究（观看教学片、维修店调查、信息采集整理等）四、课程安排：1、时间：每周一课时，共9课时2、对象：全校各年级五、课程内容：向运动形成较大的电流。

因而导体的电阻率很小，只有作用也不会形成电流，所以，绝缘体的电阻率很大，在纯净的半导体单晶硅在室温下电阻率约为（如磷）后，其电阻率急剧下降为，几乎降低了一百万倍。

半导体具有这种性能的根（按一定规则整齐地排列着的晶体。

非常纯净的单晶半导体称为半导体锗和硅都是四价元素，其原子结构示意图如图个电子，带结其符表室一、半波整流电路半波整流电路如图Z0702所示。

它由电源变压器T r整流二极管D和负载电阻RL组成，变压器的初级接交流电源，次级所感应的交流电压为其中U2m为次级电压的峰值，U2为有效值。

电路的工作过程是：在u2的正半周（ωt = 0~π），二极管因加正向偏压而导通，有电流i L流过负载电阻R L。

由于将二极管看作理想器件，故R L上的电压u L与u2的正半周电压基本相同。

在u2的负半周（ωt =π~2π），二极管D因加反向电压而截止，R L 上无电流流过，R L 上的电压u L = 0。

可画出整流波形如图I0702所示。

可见，由于二极管的单向导电作用，使流过负载电阻的电流为脉动电流，电压也为一单向脉动电压，其电压的平均值（输出直流分量）为GS0701流过负载的平均电流为GS0702流过二极管D的平均电流（即正向电流）为GS0703加在二极管两端的最高反向电压为GS0704 。

二极管单向导电性工作原理图文分析⑴半导体及基本特性自然界中存在着许多不同的物质，根据其导电性能的不同大体可分为导体、绝缘体和半导体二大类。

通常，将很容易导电、电阻率小于10-4Ω.cm的物质称为导体，如铜、铝、银等金属材料；将很难导电、电阻率小于10-10Ω.cm的物质称为绝缘体，如塑料、橡胶、陶瓷等材料；将导电能力介丁导体和绝缘体之间、电阻率在10-3～109Ω.cm范围内的物质称为半导体。

常用的半导体材料是硅(Si)和锗(Ge)，硅和锗等半导体都是晶体，所以利用该两种材料所制成的半导体器什又称晶体管。

同时，半导体材料的导电能力会随着温度、光照等的变化而变化，分别称为热敏性和光敏性，尤其是半导体的导电能力因掺入适量杂质会发生很大的变化。

例如在半导体硅中，只要掺入亿分之一的硼，导电率会下降到原来的几万分之一，称为杂敏性，利用这一特性，可以制造成不同性能、不同用途的半导体器件。

而金属导体即使掺入千分之一的杂质，对其电阻率几乎也没有什么影响。

⑵本征半导体和杂质半导体通常把纯净的不含任何杂质的半导体（硅和锗）称为本征半导体，从化学的角度来看，硅原子和锗原子的电子数分别为32和14，所以它们最外层的电子数都是4个，是四价元素。

由于导电能力的强弱，在微观上看就是单位体积中能自由移动的带电粒子数日，所以，半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间。

由于半导体具有杂敏性，所以利用掺杂可以制造出不同导电能力、不同用途的半导体器件。

根据掺入杂质的不同，又可分为N型半导体和P型半导体。

①N型半导体在四价的本征硅（或锗）中，掺入微量的五价元素磷(P)之后，磷原子由丁数量较少，不会改变本征硅的共价键结构，而是和本征硅一起形成共价键结构，形成N型半导体。

②P型半导体在四价的本征硅(或锗)掺入微量的二价元素硼(B)之后，参照上述分析，硼原子也和周围相邻的硅原子组成共价键结构，形成P型半导体。

⑶ PN结的形成与单向导电性在一块本征半导体上通过某种掺杂工艺，使其形成N型区和P型区两部分后，在它们的交界处就形成一个特殊薄层，这就是PN结，如图1.6所示。

二极管的特征及应用二极管是一种用于电子电路中的重要器件，由于其简单的结构和独特的特性，使得二极管在电子技术中应用广泛。

二极管有很多种类，如常见的整流二极管、稳压二极管、光电二极管、恒流二极管等。

以下是对二极管的特征及应用的详细介绍。

一、二极管的特征1. 具有单向导电特性：二极管是一种非线性元件，只有在正向电压作用下才能通过电流，而反向电压作用下几乎不导电。

这是由于二极管的结构决定的，二极管由P区和N区组成，P区掺杂有多余的空穴，N区掺杂有多余的电子，当在P 区施加正向电压时，P区失去多余的空穴，N区失去多余的电子，使得P区和N 区的空穴和电子相结合，形成导电通道，电流可以通过；而当在P区施加反向电压时，P区的空穴向N区迁移，N区的电子向P区迁移，两者结合消失，形成一个空间电荷区，导致电流无法通过。

2. 正向压降特性：当正向电压达到二极管的正向开启电压时，才开始导电，此时会出现一个固定的压降，一般为0.6-0.7V。

在这个正向压降范围内，电流和电压呈指数关系，即电流随着正向电压的增加而迅速增大。

3. 反向封锁特性：当在二极管的反向施加电压时，一直到达二极管的反向击穿电压时，二极管才开始导通，此时电流会迅速增大，但需要注意的是，在正常工作状态下，应尽量避免超过二极管的反向击穿电压，以保护二极管的正常使用寿命。

4. 小信号导通：当二极管处于当正向偏置电压小于开启电压时，可以在小信号作用下导通，而不是像饱和开启那样需要正向电压大于开启电压来导通。

二、二极管的应用1. 整流器：最常见的二极管应用就是整流电路。

在交流电路中，二极管可以将交流信号转换为直流信号，将电流限制在一个方向上流动。

典型的整流电路使用的是单相桥式整流电路，将交流输入转换为直流输出，用于电源适配器、电子变压器等电子设备中。

2. 稳压器：稳压二极管是一种特殊的二极管，可以用于稳定电压。

稳压二极管根据其工作状态的不同，可以将过高或过低的电压稳定在一个相对恒定的值。

二极管有什么特性二极管的特性是单方向导电性。

二极管是用半导体材料制成的一种电子器件，它具有单向导电性能，即给二极管阳极和阴极加上正向电压时，二极管导通。

当给阳极和阴极加上反向电压时，二极管截止。

因此，二极管的导通和截止，则相当于开关的接通与断开。

二极管是最早诞生的半导体器件之一，其应用非常广泛。

特别是在各种电子电路中，利用二极管和电阻、电容、电感等元器件进行合理的连接，构成不同功能的电路，可以实现对交流电整流、对调制信号检波、限幅和钳位以及对电源电压的稳压等多种功能。

一、二极管结构组成二极管就是由一个PN结加上相应的电极引线及管壳封装而成的。

采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体（通常是硅或锗）基片上，在它们的交界面就形成空间电荷区称为PN结。

由P区引出的电极称为阳极，N区引出的电极称为阴极。

因为PN结的单向导电性，二极管导通时电流方向是由阳极通过管子内部流向阴极。

二、二极管工作原理二极管的主要原理就是利用PN结的单向导电性，在PN结上加上引线和封装就成了一个二极管。

晶体二极管为一个由P型半导体和N型半导体形成的PN结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。

当不存在外加电压时，由于PN结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。

当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。

当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流。

当外加的反向电压高到一定程度时，PN结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。

PN结的反向击穿有齐纳击穿和雪崩击穿之分。

二极管的特性与参数几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管，它在许多的电路中起着重要的作用，它是诞生最早的半导体器件之一，其应用也非常广泛。

二极管的工作原理晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。

当不存在外加电压时，由于p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。

当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流，如下图导通区所示。

当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0，如下图截止区所示。

当外加的反向电压高到一定程度时，p-n结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象，如下图击穿区所示。

二极管的导电特性二极管最重要的特性就是单方向导电性。

在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。

下面通过简单的实验说明二极管的正向特性和反向特性。

1.正向特性在电子电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就会导通，这种连接方式，称为正向偏置。

必须说明，当加在二极管两端的正向电压很小时，二极管仍然不能导通，流过二极管的正向电流十分微弱。

只有当正向电压达到某一数值（硅管约为0.6V）以后，二极管才能真正导通。

导通后二极管两端的电压称为二极管的正向压降。

2、反向特性在电子电路中，二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管处于截止状态，这种连接方式，称为反向偏置。

二极管处于反向偏置时，仍然会有微弱的反向电流流过二极管，称为漏电流。

当二极管两端的反向电压增大到某一数值，反向电流会急剧增大，二极管将失去单方向导电特性，这种状态称为二极管的击穿。

二极管测试中的主要参数用来测试二极管的性能好坏的技术指标称为二极管的参数。

二极管的单向导电应用原理1. 引言二极管是一种非常常见的电子元件，在电子电路中有着广泛的应用。

它具有单向导电性质，即只允许电流在一个方向上流动。

本文将介绍二极管的单向导电原理以及其在电子领域中的应用。

2. 二极管的结构二极管由P型半导体和N型半导体材料组成。

P型半导体带有电子减少的杂质，形成正电荷；N型半导体带有电子增多的杂质，形成负电荷。

两者结合形成PN结，正电荷区域称为阳极，负电荷区域称为阴极。

3. 单向导电原理当PN结中施加正向电压时，即阳极连接正电源，阴极连接负电源，此时P区的正电荷会吸引N区的电子，形成电子漂移，从而形成电流。

这种状态下，二极管表现为导电状态。

而当PN结中施加反向电压时，即阳极连接负电源，阴极连接正电源，正负电荷相互吸引，形成耗尽层。

因此，反向电流几乎不会流动，二极管处于截止状态，即不导电状态。

4. 二极管的应用二极管的单向导电特性使其在电子领域中有着广泛的应用。

4.1 整流器二极管可以用作整流器，将交流电转换成直流电。

当交流电的正弦波通过二极管时，正半周的电流会流过，负半周的电流会被阻止。

这样，就可以将交流电转换为单向的直流电。

4.2 电压调节器二极管还可以用作电压调节器，如稳压二极管。

稳压二极管在反向工作模式下，可以将电压稳定在一个特定的值。

当电压超过该值时，稳压二极管会导通，将电流通过。

当电压低于该值时，稳压二极管会截止，阻止电流通过。

4.3 信号检波器二极管还可用于作为信号检波器，将高频信号转换成低频信号。

通过采样输入信号的正半周，二极管可以将输入信号转换为等幅度的脉冲信号。

4.4 保护装置二极管还可以用作过压保护装置。

当电路中出现过电压时，二极管会截止，阻止过电压通过，从而保护其他元件不受到损坏。

5. 总结二极管的单向导电原理使其在电子领域中具有重要的应用价值。

无论是作为整流器、电压调节器、信号检测器还是保护装置，二极管都发挥着重要的作用。

通过了解二极管的原理和应用，我们可以更好地理解并灵活运用二极管在电子电路中的功能。