半导体二极管及其基本电路(12)

二极管的工作原理一、引言二极管是一种常见的电子元件，广泛应用于电子电路中。

它具有非常重要的作用，可以将电流限制在一个方向上流动，实现电路的整流、开关等功能。

本文将详细介绍二极管的工作原理及其相关概念。

二、二极管的基本结构二极管由两个半导体材料（通常是P型和N型）组成，形成一个PN结。

P型半导体中的杂质含有三价原子，N型半导体中的杂质含有五价原子。

PN结的形成是通过将P型半导体和N型半导体材料通过热扩散或外加电场结合在一起。

三、二极管的工作原理1. 正向偏置当外加电压的正极连接到P型半导体，负极连接到N型半导体时，这被称为正向偏置。

在这种情况下，P型半导体的空穴和N型半导体的自由电子会向PN结扩散。

当空穴和自由电子相遇时，它们会发生复合，形成一个正离子和一个负离子。

这些离子会在PN结中形成一个耗尽区域，其中没有可移动的电荷。

2. 反向偏置当外加电压的正极连接到N型半导体，负极连接到P型半导体时，这被称为反向偏置。

在这种情况下，由于P型半导体中的空穴和N型半导体中的自由电子相互吸引，它们被迫远离PN结。

这样就形成了一个宽耗尽区域，其中没有可移动的电荷。

四、二极管的特性1. 电流-电压关系在正向偏置下，当外加电压小于二极管的正向压降（通常是0.6-0.7V），二极管几乎不导电。

当外加电压大于正向压降时，二极管开始导通，电流随电压的增加而迅速增加。

在反向偏置下，二极管只有在反向击穿电压（通常是几十伏到几百伏）时才会导通。

当外加电压小于反向击穿电压时，二极管处于截止状态，几乎不导电。

2. 截止和导通状态在正向偏置下，二极管处于导通状态。

当外加电压大于正向压降时，二极管的电阻变得非常小，电流可以通过。

在反向偏置下，二极管处于截止状态。

当外加电压小于反向击穿电压时，二极管的电阻非常大，几乎不导电。

3. 温度特性二极管的导通特性会受到温度的影响。

通常情况下，随着温度的升高，二极管的正向电压降低，导通电流增加。

五、二极管的应用1. 整流器二极管可以将交流信号转换为直流信号，实现电路的整流功能。

二极管工作原理一、引言二极管是一种最基本的电子元件，广泛应用于电子电路中。

了解二极管的工作原理对于理解电子电路的基本原理至关重要。

本文将详细介绍二极管的工作原理及其相关知识。

二、二极管的结构二极管由P型半导体和N型半导体组成，其中P型半导体富含正电荷载流子（空穴），N型半导体富含负电荷载流子（电子）。

这两种半导体材料通过PN结相连，形成了二极管的结构。

三、二极管的工作原理1. 正向偏置当外加电压的正极连接到P区，负极连接到N区时，形成了正向偏置。

在这种情况下，电子从N区向P区移动，空穴从P区向N区移动。

这些移动的载流子通过PN结相互复合，产生电流。

此时，二极管处于导通状态。

2. 反向偏置当外加电压的正极连接到N区，负极连接到P区时，形成了反向偏置。

在这种情况下，由于PN结两侧的载流子浓度差异，会形成电场。

这个电场会阻碍电子和空穴的移动，使得二极管处于截止状态。

此时，二极管不导电。

四、二极管的特性曲线二极管的特性曲线是描述二极管电流与电压之间关系的图形。

通常有两种常见的特性曲线：正向特性曲线和反向特性曲线。

1. 正向特性曲线正向特性曲线描述了二极管在正向偏置下的电流与电压之间的关系。

当正向电压增加时，二极管的电流也会增加，但是增长趋势会逐渐变缓，直到达到饱和状态。

此时，二极管的电流基本保持不变。

2. 反向特性曲线反向特性曲线描述了二极管在反向偏置下的电流与电压之间的关系。

当反向电压增加时，二极管的电流会非常小，处于微弱的反向漏电状态。

当反向电压超过二极管的耐压值时，二极管会发生击穿，电流急剧增加。

五、二极管的应用二极管作为一种基本的电子元件，广泛应用于各种电子电路中。

以下是二极管的几个常见应用：1. 整流器二极管可以将交流电转换为直流电，实现整流功能。

通过将二极管连接在电路中，可以使得电流只能在一个方向上流动，实现对电流的控制。

2. 信号检测器二极管可以用作信号检测器，将输入信号转换为可用的直流信号。

半导体二极管及其应用习题解答Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT第1章半导体二极管及其基本电路教学内容与要求本章介绍了半导体基础知识、半导体二极管及其基本应用和几种特殊二极管。

教学内容与教学要求如表所示。

要求正确理解杂质半导体中载流子的形成、载流子的浓度与温度的关系以及PN结的形成过程。

主要掌握半导体二极管在电路中的应用。

表第1章教学内容与要求内容提要1.2.1半导体的基础知识1．本征半导体高度提纯、结构完整的半导体单晶体叫做本征半导体。

常用的半导体材料是硅(Si)和锗(Ge)。

本征半导体中有两种载流子：自由电子和空穴。

自由电子和空穴是成对出现的，称为电子空穴对，它们的浓度相等。

本征半导体的载流子浓度受温度的影响很大，随着温度的升高，载流子的浓度基本按指数规律增加。

但本征半导体中载流子的浓度很低，导电能力仍然很差，2．杂质半导体(1) N 型半导体 本征半导体中，掺入微量的五价元素构成N 型半导体，N 型半导体中的多子是自由电子，少子是空穴。

N 型半导体呈电中性。

(2) P 型半导体 本征半导体中，掺入微量的三价元素构成P 型半导体。

P 型半导体中的多子是空穴，少子是自由电子。

P 型半导体呈电中性。

在杂质半导体中，多子浓度主要取决于掺入杂质的浓度，掺入杂质越多，多子浓度就越大。

而少子由本征激发产生，其浓度主要取决于温度，温度越高，少子浓度越大。

1.2.2 PN 结及其特性1．PN 结的形成在一块本征半导体上，通过一定的工艺使其一边形成N 型半导体，另一边形成P 型半导体，在P 型区和N 型区的交界处就会形成一个极薄的空间电荷层，称为PN 结。

PN 结是构成其它半导体器件的基础。

2．PN 结的单向导电性PN 结具有单向导电性。

外加正向电压时，电阻很小，正向电流是多子的扩散电流，数值很大，PN 结导通；外加反向电压时，电阻很大，反向电流是少子的漂移电流，数值很小，PN 结几乎截止。

二极管工作原理一、介绍二极管是一种最基本的电子元件，具有非常重要的作用。

它是一种半导体器件，由P型半导体和N型半导体组成。

本文将详细介绍二极管的工作原理、结构和特性。

二、结构二极管的结构由P型半导体和N型半导体组成，两者通过PN结相连接。

P型半导体中的杂质含有三价的原子，如硼（B）；N型半导体中的杂质含有五价的原子，如磷（P）。

在PN结的交壤面上，P型半导体中的空穴与N型半导体中的电子发生复合，形成一个耗尽区域。

三、工作原理1. 正向偏置当二极管的P端接正电压，N端接负电压时，称为正向偏置。

此时，电场将使得耗尽区变窄，电子从N端向P端挪移，空穴从P端向N端挪移，形成电流。

这种状态下，二极管处于导通状态，电流通过。

2. 反向偏置当二极管的P端接负电压，N端接正电压时，称为反向偏置。

此时，电场将使得耗尽区变宽，电子和空穴被电场阻挠，无法通过PN结。

这种状态下，二极管处于截止状态，电流不通过。

四、特性1. 正向电压和电流关系当正向电压增加时，二极管的电流也随之增加。

但是，当正向电压达到一定值（正向压降），二极管的电流将迅速增加，形成饱和状态。

此时，二极管的电压和电流关系近似线性。

2. 反向电压和电流关系在反向偏置下，二极管的电流非常弱小，通常惟独几个纳安（nA）级别。

然而，当反向电压增大到一定值（反向击穿电压），二极管将突破截止状态，电流急剧增加。

此时，二极管将被击穿，可能会损坏。

3. 速度二极管具有非常快的开关速度。

当正向电压施加时，二极管可以迅速导通；当反向电压施加时，二极管可以迅速截止。

五、应用由于二极管具有独特的电流传导特性，因此在电子电路中有广泛的应用。

1. 整流器二极管的最基本应用是作为整流器，将交流电转换为直流电。

在整流电路中，二极管只允许电流在一个方向上通过。

2. 信号检测二极管可以用于信号检测，将信号转换为可用的直流电。

例如，AM/FM收音机中的二极管用于检测无线电信号。

3. 发光二极管（LED）发光二极管是一种特殊的二极管，可以将电能转换为光能。

1.半导体二极管及其电路分析【重点】半导体特性、杂质半导体、PN结及其单向导电特性。

【难点】PN结形成及其单向导电特性。

1.1 半导体的基本知识1.1.1 半导体的基本知识（1）导电能力对温度的反应非常灵敏。

（2）导电能力受光照非常敏感。

（3）在纯净的半导体中掺入微量的杂质（指其他元素），它的导电能力会大大增强。

1.1.2 本征半导体纯净的半导体称为本征半导体，常用的本征半导体是硅和锗二晶体。

半导体有两种载流子，自由电子和空穴，如果从本征半导体引出两个电极并接上电源，此时带负电的自由电子指向电源正极作定向运动，形成电子电流，带正电的空穴将向电源负极作定向运动，形成空穴电流，而在外电路中的电流为电子电流和空穴电流之和。

1.1.3 杂质半导体1.N型半导体在硅晶体中掺入微量5价元素，如磷（或者砷、锑等），如图所示。

这种半导体导电主要靠电子，所以称为电子型半导体，简称N型半导本。

在N型半导体中，自由电子是多数载流子，而空穴2.P型半导体如果在硅晶体中，掺入少量的3价元素硼（铟、钾等），如图1-5所示。

这种半导体的导电主要靠空穴，因此称为空穴型半导体，有称P型半导体。

P型半导体的空穴是多数载流子，电子是少数载流子。

结论：N型半导体、P型半导体中的多子都是掺入杂质而造成的，尽管杂质含量很微，但它们对半导体的导电能力却有很大影响。

而它们的少数载流子是热运动产生的，尽管数量很少，但对温度非常敏感，对半导体的性能有很大影响。

1.1.4 PN结及其单向导电特性1.PN结的形成结论：在无外电场或其它因素激发时，PN结处于平衡状态，没有电流通过，空间电荷区是恒定的。

另外，在这个区域内，多子已扩散到对方并复合掉了，好像耗尽了一样，因此，空间电荷区又叫做耗尽层。

2.PN结单向导电性（1）正向特性当PN结外加正向电压（简称正偏），电源正极接P，负极接N，PN结处于导通状态，导电时电阻很小。

（2）反向特性当外加反向电压（简称反偏），电源正极接N，负极接P，PN结处于截止状态结论：PN结正偏时电路中有较大电流流过，呈现低电阻，PN结导通；PN结反偏时电路中电流很小，呈现高电阻，PN结截止，可见PN结具有单向导电性。

第一章半导体二极管及其应用典型例题(总14页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--第一章半导体二极管及其应用二极管伏安特性例1-1例1-2例1-3二极管电路分析例1-4例1-5 例1-6例1-7例1-8稳压管电路及其分析例1-9例1-10例1-11【例1-1】分析图所示电路的工作情况，图中I为电流源，I=2mA。

设20℃时二极管的正向电压降U D=660mV，求在50℃时二极管的正向电压降。

该电路有何用途电路中为什么要使用电流源【相关知识】二极管的伏安特性、温度特性，恒流源。

【解题思路】推导二极管的正向电压降，说明影响正压降的因素及该电路的用途。

【解题过程】该电路利用二极管的负温度系数，可以用于温度的测量。

其温度系数–2mV/℃。

20℃时二极管的正向电压降U D=660mV50℃时二极管的正向电压降U D=660 –（2´30）=600 mV因为二极管的正向电压降U D是温度和正向电流的函数，所以应使用电流源以稳定电流，使二极管的正向电压降U D仅仅是温度一个变量的函数。

【例1-2】电路如图(a)所示，已知，二极管导通电压。

试画出u I与u O的波形，并标出幅值。

图(a)【相关知识】二极管的伏安特性及其工作状态的判定。

【解题思路】首先根据电路中直流电源与交流信号的幅值关系判断二极管工作状态；当二极管的截止时，u O=u I；当二极管的导通时，。

【解题过程】由已知条件可知二极管的伏安特性如图所示，即开启电压U on和导通电压均为。

由于二极管D1的阴极电位为＋3V，而输入动态电压u I作用于D1的阳极，故只有当u I高于＋时D1才导通，且一旦D1导通，其阳极电位为，输出电压u O=＋。

由于D2的阳极电位为－3V，而u I作用于二极管D2的阴极，故只有当u I低于－时D2才导通，且一旦D2导通，其阴极电位即为－，输出电压u O=－。

当u I在－到＋之间时，两只管子均截止，故u O=u I。