第2章 半导体二极管及其基本应用电路

第二章半导体二极管及其基本电路2-1．填空（1）N型半导体是在本征半导体中掺入；P型半导体是在本征半导体中掺入。

（2）当温度升高时，二极管的反向饱和电流会。

（3）PN结的结电容包括和。

（4）晶体管的三个工作区分别是、和。

在放大电路中，晶体管通常工作在区。

（5）结型场效应管工作在恒流区时，其栅-源间所加电压应该。

（正偏、反偏）答案：（1）五价元素；三价元素；（2）增大；（3）势垒电容和扩散电容；（4）放大区、截止区和饱和区；放大区；（5）反偏。

2-2．判断下列说法正确与否。

（1）本征半导体温度升高后，两种载流子浓度仍然相等。

（）（2）P型半导体带正电，N型半导体带负电。

（）（3）结型场效应管外加的栅-源电压应使栅-源间的耗尽层承受反向电压，才能保证R GS大的特点。

（）（4）只要在稳压管两端加反向电压就能起稳压作用。

（）（5）晶体管工作在饱和状态时发射极没有电流流过。

（）（6）在N型半导体中如果掺入足够量的三价元素，可将其改型为P型半导体。

（）（7）PN结在无光照、无外加电压时，结电流为零。

（）（8）若耗尽型N沟道MOS场效应管的U GS大于零，则其输入电阻会明显减小。

（）答案：（1）对；温度升高后，载流子浓度会增加，但是对于本征半导体来讲，电子和空穴的数量始终是相等的。

（2）错；对于P型半导体或N型半导体在没有形成PN结时，处于电中性的状态。

（3）对；结型场效应管在栅源之间没有绝缘层，所以外加的栅-源电压应使栅-源间的耗尽层承受反向电压，才能保证R GS大的特点。

（4）错；稳压管要进入稳压工作状态两端加反向电压必须达到稳压值。

（5）错；晶体管工作在饱和状态和放大状态时发射极有电流流过，只有在截止状态时没有电流流过。

（6）对；N型半导体中掺入足够量的三价元素，不但可复合原先掺入的五价元素，而且可使空穴成为多数载流子，从而形成P型半导体。

（7）对；PN结在无光照、无外加电压时，处于动态平衡状态，扩散电流和漂移电流相等。

半导体二极管及其基本应用1. 二极管是什么？说到二极管，大家可能会想，“这玩意儿是什么？吃的吗？”其实，二极管是个小小的电子元件，但它的作用可大得很！简而言之，二极管就像个单行道，电流只能朝一个方向走，通俗点说，它让电流变得有规矩。

不论是在家里的电子产品里，还是在我们身边的各种科技设备中，二极管几乎无处不在。

听起来神秘，其实它在我们生活中默默无闻地工作着。

那么，二极管是怎么工作的呢？想象一下，一个人站在一个门口，门只能向一个方向打开，外面的人想进来，就得从这扇门走，反之则不行。

这就是二极管的基本原理。

它能让电流顺利通过，但一旦反向，它就会坚决拒绝，像个守门员一样把电流挡在外面。

1.1 二极管的类型当然，二极管可不是单一品种，市场上有各种各样的二极管，就像水果摊上的水果一样多。

例如，有普通的硅二极管，广泛应用于各种电路中；还有整流二极管，专门负责把交流电转换成直流电，就像把河水引入小渠里，确保水流顺畅。

再比如发光二极管（LED），它不仅能导电，还能发光，真是个“能发光的好家伙”，让我们的小夜灯亮起来，简直是黑夜里的小明星。

1.2 二极管的特点谈到二极管的特点，首先要提的是它的“单向导电性”。

就像一个不喜欢麻烦的人，只有在合适的情况下才会敞开心扉。

其次，二极管的反向击穿电压也很有意思。

当电压达到某个临界值时，二极管就像忍不住了，突然间放开了电流，虽然这在大多数情况下不是好事，但有时候却能拯救一些电路的生命。

还有，就是它的“恢复时间”，二极管在电流切换时的表现，也决定了它的应用场合。

2. 二极管的基本应用说了这么多，二极管到底有什么用呢？这可是个大问题，接下来我们就来聊聊它的一些基本应用。

2.1 整流电路首先要提的就是整流电路。

整流电路的任务就是把交流电转换成直流电。

你知道吗，家里的电器大部分都需要直流电，比如手机充电器、电脑等。

如果没有二极管，交流电就会让这些电器“崩溃”，简直就是电器界的“天塌下来了”。

二极管原理及其基本电路二极管是一种最简单的半导体器件，它具有非常重要的功能和应用。

本文将介绍二极管的原理以及其基本电路。

一、二极管的原理二极管是由一种带有p型半导体和n型半导体的材料组成的。

在p-n 结的区域内，因为半导体的材料特性，会形成一个电势垒。

当外加电压的极性与电势垒形成的方向相反时，电势垒将变得更大，称为反向偏置；当外加电压的极性与电势垒形成的方向一致时，电势垒将变得更小，称为正向偏置。

在二极管的工作中，主要有以下几个重要的特性。

1.正向电压特性：当二极管处于正向偏置状态时，在两端加上正向电压时，电势垒逐渐缩小，直到消失。

在这个过程中，二极管的导电性变得很好。

正向电压越大，二极管导通越好。

2.反向电压特性：当二极管处于反向偏置状态时，在两端加上反向电压时，电势垒逐渐增加。

当反向电压超过反向击穿电压时，二极管就会发生击穿，电流急剧增大，此时二极管就会损坏。

3.导通和截止特性：当二极管处于正向偏置状态时，正向电压不超过一定限制时，二极管会导通。

当正向电压超过这个限制时，二极管截止，不导通。

而当二极管处于反向偏置状态时，无论外加电压的大小，其表现都是开路状态，不导通。

二、二极管的基本电路二极管广泛地应用于各种电路中，下面介绍几个常见的二极管基本电路。

1.正向电压特性测试电路：这是一个测试二极管正向电压特性的电路。

它由一个电压源、一个限流电阻和一个二极管组成。

通过改变电压源的电压，可以测量二极管在不同电压下的电流。

当电压逐渐增加时，电流也逐渐增加，直到达到二极管的最大电流。

2.整流电路：整流电路主要用于将交流电转换为直流电。

它由一个二极管和负载组成。

当二极管处于正向偏置状态时，它允许正向电流通过，从而将正半周期的交流信号变为直流信号。

而当二极管处于反向偏置状态时，它阻止反向电流通过。

3.限流电路：限流电路主要用于限制电流的大小。

它由一个电压源、一个电阻和一个二极管组成。

二极管起到了稳压和限流的作用。

计算机电路基础第二章半导体器件基础上海第二工业大学冯涛编写上海第二工业大学冯涛编写第二章半导体器件基础2.1 半导体基础知识2.2 PN结与半导体二极管2.3 半导体三极管2.4 场效应管上海第二工业大学冯涛编写章节要求和学习任务PN结的形成和单向导电性二极管的伏安特性半导体三极管的基本结构、工作原理三极管的伏安特性MOS场效应管的结构、工作原理和伏安特性曲线结型场效应管的结构、工作原理和伏安特性曲线上海第二工业大学冯涛编写2.1 半导体基础知识半导体基础知识导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。

绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。

导电能力介于导体与绝缘体之间的物质，称为半导体。

半导体主要有硅（Si）、锗（Ge）、砷化镓（GaAs）等。

上海第二工业大学冯涛编写2.1 半导体基础知识硅、锗等半导体材料之所以得到广泛的应用，主要是因为它们的导电能力具有一些特殊的方面。

1、热敏性：半导体的电阻率随温度升高而显著减小。

常用于检测温度的变化。

对其他工作性能有不利的影响。

2、光敏性：在无光照时电阻率很高，但一有光照电阻率则显著下降。

利用这个特性可以制成光敏元件。

3、杂敏性：在纯净的半导体中加入杂质，导电能力猛增几万倍至百万倍。

利用这些特性可以制造出具有不同性能用途的半导体器件。

上海第二工业大学冯涛编写2.1 半导体基础知识本征半导体（完全纯净的、结构完整的半导体晶体。

） 点阵结构：每个原子周围有四个相邻的原子，原子之间通过共价键紧密结合在一起。

原子最外层的价电子不仅围绕…两个相邻原子共用一对电子。

（ａ）点阵结构（ｂ）共价键结构上海第二工业大学冯涛编写上海第二工业大学冯涛编写由于热激发而产生的自由电子自由电子移走后而留下的空穴共价键共有价电子所形成的束缚作用共价键结构、自由电子、空穴在电子技术中，将空穴看成带正电荷的载流子。

2.1 半导体基础知识共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。

模拟电子技术胡宴如（第3版）自测题第1章半导体二极管及其基本应用1．1 填空题1．半导体中有空穴和自由电子两种载流子参与导电。

2．本征半导体中，若掺入微量的五价元素，则形成N 型半导体，其多数载流子是电子；若掺入微量的三价元素，则形成P型半导体，其多数载流子是空穴。

3．PN结在正偏时导通反偏时截止，这种特性称为单向导电性。

4．当温度升高时，二极管的反向饱和电流将增大，正向压降将减小。

5．整流电路是利用二极管的单向导电性，将交流电变为单向脉动的直流电。

稳压二极管是利用二极管的反向击穿特性实现稳压的。

6．发光二极管是一种通以正向电流就会发光的二极管。

7．光电二极管能将光信号转变为电信号，它工作时需加反向偏置电压。

8．测得某二极管的正向电流为1 mA，正向压降为0.65 V，该二极管的直流电阻等于650 Ω，交流电阻等于26 Ω。

1．2 单选题1．杂质半导体中，多数载流子的浓度主要取决于( C )。

A．温度B．掺杂工艺C．掺杂浓度D．晶格缺陷2．PN结形成后，空间电荷区由(D )构成。

A．价电子B．自由电子C．空穴D．杂质离子3．硅二极管的反向电流很小，其大小随反向电压的增大而(B )。

A．减小B．基本不变C．增大4．流过二极管的正向电流增大，其直流电阻将( C )。

A．增大B．基本不变C．减小5．变容二极管在电路中主要用作(D )。

、A．整流B．稳压C．发光D．可变电容器1．3 是非题1．在N型半导体中如果掺人足够量的三价元素，可将其改型为P型半导体。

(√)2．因为N型半导体的多子是自由电子，所以它带负电。

(×)3．二极管在工作电流大于最大整流电流I F时会损坏。

(×)4．只要稳压二极管两端加反向电压就能起稳压作用。

(×)1．4 分析计算题1．电路如图T1．1所示，设二极管的导通电压U D(on)=0.7V，试写出各电路的输出电压Uo值。

解：(a)二极管正向导通，所以输出电压U0＝(6—0.7)V＝5.3 V。

半导体二极管及其基本应用电路1.1 PN结的基本知识1.1.1 N型半导体和P型半导体在物理学中已知，常用的四价元素硅和锗等纯净半导体（称本征半导体）中的载流子，为自由电子（带负电荷）和空穴（带正电荷），是在常温下激发出来的，（称为热激发或本征激发），其数量很少，故导电能力微弱，介于导体和绝缘体之间。

在本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现，因此两种载流子的浓度是相等的。

本征半导体中的载流子浓度除了与半导体材料的性质有关外，还与温度密切相关，而且随着温度的升高基本上按指数规律增加。

所以，本征载流子浓度对温度十分敏感。

在本征半导体桂或锗中渗入微量五价元素，如磷或砷，（称为杂质）等，可使自由电子的浓度大大增加，自由电子成为多数载流子，（简称多子），空穴成为少数载流子（简称少子）。

这种以电子为导电为主的半导体成为N型半导体。

由于离子不能移动，故不能参与导电，整体半导体仍然呈电中性。

在本征半导体硅或锗中渗入微量三价元素杂质，如硼或铟等，则空穴浓度大大增加，空穴成为多子，而电子成为少子。

这种以空穴为主的半导体成为P型半导体。

N型半导体和P型半导体统称为杂质半导体，掺杂后半导体的导电能力将显著增加，有理论计算可知，在本征半导体中掺入百分之一的杂质，可使载流子浓度增加近一万倍。

在杂质半导体中，多子的浓度主要取决于杂质的含量；少子的浓度主要与本征激发有关，如前所述，他对温度的变化非常敏感，因此，温度是影响半导体器件性能的一个重要因素。

1.1.2 PN结的形成若在一种类型杂质半导体的基片上，用特定的掺杂工艺加入另一种类型杂质元素，这样在所形成的P型半导体和N 型半导体的交界两侧，P区的空穴（多子）和N区的电子（多子）浓度远大于另一区的同类少子浓度，因而多子通过交界处扩散各自向对方运动，这种由于浓度差而引起的载流子运动成为扩散运动。

载流子扩散运动的结果是使电子和空穴复合载流子消失，在交界面N区一侧失去电子而留下正离子，P区一侧失去空穴而留下负离子。

半导体二极管的基本原理及应用半导体二极管是一种最简单的电子器件，它在现代电子技术中起着至关重要的作用。

本文将介绍半导体二极管的基本原理、工作方式以及常见的应用。

1. 基本原理半导体二极管由N型半导体和P型半导体组成，其中N型半导体富含自由电子，而P型半导体则富含空穴。

当两种半导体材料通过P-N结（P-N Junction）连接时，便形成了一个二极管。

P-N结的形成是通过掺杂过程实现的，也即将掺杂少量的杂质元素（如硼、磷等）加入到纯净的半导体材料中。

半导体二极管正常工作时，其中的P区域称为“阳极”或“正极”，而N区域则称为“阴极”或“负极”。

在正向偏置情况下，即阳极电压高于阴极，电子从N区域进入P区域，而空穴从P区域进入N区域。

这使得电流流过二极管，形成正向导通。

相反，在反向偏置情况下，即阳极电压低于阴极，由于P-N结的电子云和空穴云相互吸引，电流被阻止，二极管呈现高阻抗状态，称为反向截止。

2. 工作方式半导体二极管具有直流和交流两种工作方式。

在直流工作中，二极管起到整流器的作用，将交流信号转化为直流信号。

在正向偏置时，直流电流通过二极管，而在反向偏置时，几乎没有电流通过。

这一特性使得二极管非常适合用于电源电路的整流器。

在交流工作中，二极管被用作开关或者调制器件。

通过正向偏置或反向偏置，可以实现二极管的导通和截止。

当二极管处于导通状态时，信号可以流过，而在截止状态时，信号被阻断。

这使得二极管在数字与模拟信号处理系统中发挥重要作用，例如在计算机中的逻辑门电路和通信系统中的调制解调器。

3. 应用领域半导体二极管广泛应用于各种电子设备和领域，下面是几个典型的应用示例：3.1 整流器我们在家庭中常用的电源适配器和电池充电器中常会见到二极管的身影。

在这些设备中，二极管被用作整流器，将交流电转换为直流电，以供电子器件正常工作。

由于二极管具有单向导通特性，可以保证电流仅在一个方向上流动，从而实现直流电的获取。

3.2 发光二极管（LED）发光二极管（LED）是一种将电能转换为光能的电子器件。