【正文】 PN結(jié)外加正向電壓（也叫正向偏置）時，如左下圖所示： ? 正向偏置時外加電場與內(nèi)電場方向相反，內(nèi)電場被削弱，多子的擴散運動大大超過少子的漂移運動， N區(qū)的電子不斷擴散到 P區(qū)， P區(qū)的空穴也不斷擴散到 N區(qū)，形成較大的正向電流，這時稱 PN結(jié)處于 導通 狀態(tài)。 空間電荷區(qū) 變窄 R 內(nèi)電場 外電場 P N I 正向 U S ＋ － 第 3頁 跳轉(zhuǎn)到第一頁 E R 內(nèi)電場 外電場 空間電荷區(qū)變寬 P N I R ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ? P端引出極接電源負極， N端引出極電源正極的接法稱為反向偏置； ? 反向偏置時內(nèi)、外電場方向相同，因此內(nèi)電場增強，致使多子的擴散難以進行，即 PN結(jié)對反向電壓呈高阻特性；反偏時少子的漂移運動雖然被加強，但由于數(shù)量極小，反向電流 IR一般情況下可忽略不計，此時稱 PN結(jié)處于 截止 狀態(tài)。 PN結(jié)的“正偏導通，反偏阻斷”稱為其單向?qū)щ娦再|(zhì)，這正是 PN結(jié)構(gòu)成半導體器件的基礎。 第 3頁 跳轉(zhuǎn)到第一頁 討論題 半導體的導電機理與金屬導體的導電機理有本質(zhì)的區(qū)別： 金屬導體中只有一種載流子 —自由電子參與導電，半導體中有兩種載流子 —自由電子和空穴參與導電， 而且這兩種載流子的濃度可以通過在純凈半導體中加入少量的有用雜質(zhì)加以控制。 半導體導電機理 和導體的導電機 理有什么區(qū)別？ 雜質(zhì)半導體中的多子和少子性質(zhì)取決于雜質(zhì)的外層價電子。若摻雜的是五價元素，則由于多電子形成 N型半導體：多子是電子，少子是空穴；如果摻入的是三價元素，就會由于少電子而構(gòu)成 P型半導體。 P型半導體的共價鍵結(jié)構(gòu)中 空穴多于電子，且這些空穴很容易讓附近的價電子跳過來填補，因此價電子填補空穴的空穴運動是主要形式，所以多子是空穴，少子是電子。 雜質(zhì)半導體中的多數(shù)載流子和少數(shù)載流子是怎樣產(chǎn)生的？為什么 P型半導體中的空穴多于電子？ N型半導體中具有多數(shù)載流子電子，同時還有與電子數(shù)量相同的正離子及由本征激發(fā)的電子 —空穴對，因此整塊半導體中正負電荷數(shù)量相等，呈電中性而不帶電。 N型半導體中的多數(shù)載流子是電子，能否認為這種半導體就是帶負電的？為什么？ 空間電荷區(qū)的電阻率為什么很高？ 何謂 PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕? 第 3頁 跳轉(zhuǎn)到第一頁 2. 半導體在熱（或光照等 ）作用下產(chǎn)生電子、空穴對，這種現(xiàn)象稱為本征激發(fā)；電子、空穴對不斷激發(fā)產(chǎn)生的同時，運動中的電子又會 “跳進”另一個空穴，重新被共價鍵束縛起來，這種現(xiàn)象稱為復合，即復合中電子空穴對被“吃掉”。 在一定的溫度下，電子、空穴對的產(chǎn)生和復合都在不停地進行，最終處于一種平衡狀態(tài)，平衡狀態(tài)下半導體中載流子濃度一定 。 1. 半導體中的少子雖然濃度很低 ，但少子對溫度非常敏感，即 溫度對半導體器件的性能影響很大 。而多子因濃度基本上等于雜質(zhì)原子的濃度，所以基本上不受溫度影響。 4. PN結(jié)的單向?qū)щ娦允侵福?PN結(jié)的正向電阻很小，因此正向偏置時電流極易通過；同時 PN結(jié)的反向電阻很大，反向偏置時電流基本為零。 問題探討 3. 空間電荷區(qū)的電阻率很高，是指它的內(nèi)電場總是阻礙多數(shù)載流子（電流）的擴散運動作用，由于這種阻礙作用，使得擴散電流難以通過，也就是說， 空間電荷區(qū)對擴散電流呈現(xiàn)高阻 。 第 3頁 跳轉(zhuǎn)到第一頁 半導體二極管 1. 二極管的結(jié)構(gòu)和類型 一個 PN結(jié)加上相應的電極引線并用管殼封裝起來 ， 就構(gòu)成了半導體二極管 ， 簡稱二極管 ， 接在 P型半導體一側(cè)的引出線稱為陽極；接在 N型半導體一側(cè)的引出線稱為陰極 。 半導體二極管按其結(jié)構(gòu)不同可分為 點接觸型 和 面接觸型 兩類 。 點接觸型二極管 PN結(jié)面積很小 ， 因而結(jié)電容小 ， 適用于高頻幾百兆赫茲下工作 ， 但不能通過很大的電流 。 主要應用于小電流的整流和高頻時的檢波 、 混頻及脈沖數(shù)字電路中的開關(guān)元件等 。 面接觸型二極管 PN結(jié)面積大 ， 因而能通過較大的電流 ， 但其結(jié)電容也小 ， 只適用于較低頻率下的整流電路中 。 參看二極管的實物圖 第 3頁 跳轉(zhuǎn)到第一頁 陽極 陰極2. 二極管的伏安特性 二極管的電路圖符號如右圖所示： 60 40 20 0 . 4 0 . 8 U /V 40 30 20 10 I / m A 0 正向特性 反向特性 死區(qū)電壓 （ 1）正向特性 二極管外加正向電壓較小時，外電場不足以克服內(nèi)電場對多子擴散的阻力， PN結(jié)仍處于截止狀態(tài) 。 反向電壓大于擊穿電壓時，反向電流急劇增加。 正向電壓大于死區(qū)電壓后，正向電流 隨著正向電壓增大迅速上升。通常死區(qū)電壓硅管約為 ， 鍺管約為 。 （ 2）反向特性 外加反向電壓時， PN結(jié)處于截止狀態(tài)，反向電流很??； 顯然二極管的伏安特性不是直線，因此屬于非線性電阻元件。 導通后二極管的正向壓降變化不大，硅管約為 ～ ，鍺管約為 ～ 。溫度上升，死區(qū)電壓和正向壓降均相應降低。 第 3頁 跳轉(zhuǎn)到第一頁 普通二極管被擊穿后，由于反向電流很大，一般都會造成“熱擊穿”， 熱擊穿不同于齊納擊穿和雪崩擊穿 ，這兩種擊穿不會從根本上損壞二極管，而 熱擊穿將使二極管永久性損壞。 熱擊穿問題 3. 二極管的主要參數(shù) 1）最大整流電流 IDM： 指管子長期運行時，允許通過的最大正向平均電流。 2）最高反向工作電壓 URM： 二極管運行時允許承受的最高反向電壓。 3）反向電流 IR： 指管子未擊穿時的反向電流，其值越小，則管子的單向?qū)щ娦栽胶谩? 4. 二極管的應用舉例 二極管應用范圍很廣，主要是利用它的單向?qū)щ娦?，常用于整流、檢波、限幅、元件保護以及在數(shù)字電路中用作開關(guān)元件等。 D Tr u1 RL u2 ＋UL － 二極管半波整流電路 ＋ u － u D A U＋ F 二極管鉗位電路 R uO ui D1 D2 二極管限幅電路 第 3頁 跳轉(zhuǎn)到第一頁 討論 PN結(jié)擊穿現(xiàn)象包括哪些？擊穿是否意味著二極管的永久損壞 ？ 反向電壓增加到一定大小時，通過二極管的反向電流劇增，這種現(xiàn)象稱為二極管的 反向擊穿 。 反向擊穿電壓一般在幾十伏以上（高反壓管可達幾千伏）。反向擊穿現(xiàn)象分有雪崩擊穿和齊納擊穿兩種類型。 雪崩擊穿： PN結(jié)反向電壓增加時，空間電荷區(qū)內(nèi)電場增強。通過空間電荷區(qū)的電子和空穴，在內(nèi)電場作用下獲得較大能量，它們運動時不斷地與晶體中其它 原子發(fā)生碰撞，通過碰撞使其它共價鍵產(chǎn)生本征激發(fā)又出現(xiàn)電子 –空穴對，這種現(xiàn)象稱為碰撞電離。新產(chǎn)生的電子 —空穴對與原有的電子和空穴一樣，在電場作用下，也向相反的方向運動，重新獲得能量，再通過碰撞其它原子，又產(chǎn)生電子 –空穴對，從而 形成載流子的倍增效應 。當反向電壓增大到某一數(shù)值，載流子的倍增情況就像在陡峻的山坡上積雪發(fā)生雪崩一樣，突然使反向電流急劇增大，發(fā)生二極管的 雪崩擊穿 。 齊納擊穿： 在加有較高的反向電壓下， PN結(jié)空間電荷區(qū)中存一個強電場，它能夠破壞共價鍵將束縛電子分離出來造成電子 –空穴對，形成較大的反向電流。發(fā)生齊納擊穿需要的電場強度約為 2 10V/cm，這只有在雜質(zhì)濃度特別大的 PN結(jié)中才能達到，因為雜質(zhì)濃度大，空間電荷區(qū)內(nèi)電荷密度也大，因而空間電荷區(qū)很窄，電場強度可能很高，致使 PN結(jié)產(chǎn)生 雪崩擊穿 。 齊納擊穿和雪崩擊穿都不會造成二極管的永久性損壞。 第 3頁 跳轉(zhuǎn)到第一頁 穩(wěn)壓二極管是一種特殊的面接觸型二極管，其實物圖、圖符號及伏安特性如圖所示： 當反向電壓加到某一數(shù)值時，反向電流劇增，管子進入反向擊穿區(qū)。圖中 UZ穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓值。 特殊二極管 1. 穩(wěn)壓管 穩(wěn)壓管實物圖 由圖可見，穩(wěn)壓管特性和普通二極管類似，但其反向擊穿是可逆的，不會發(fā)生“熱擊穿”，而且其反向擊穿后的特性曲線比較陡直，即反向電壓基本不隨反向電流變化而變化，這就是穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓特性。 陽極 陰極穩(wěn)壓管圖符號 穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用： 電流增量 Δ I 很大，只會引起很小的電壓變化 Δ U。曲線愈陡，動態(tài)電阻 rz=Δ U/Δ I愈小，穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓性能愈好。一般地說， UZ為 8V左右的穩(wěn)壓管的動態(tài)電阻較小，低于這個電壓時， rz隨齊納電壓的下降迅速增加，使低壓穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓性能變差。 穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓 UZ，低的為 3V，高的可達 300V，穩(wěn)壓二極管在工作時的正向壓降約為 。 I/mA 40 30 20 10 5 10 15 20 （ μ A） 正向 0 － 12 － 8 － 4 反向 Δ UZ Δ IZ U/V 第 3頁 跳轉(zhuǎn)到第一頁 注意： 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中一般都要加限流電阻 R，使穩(wěn)壓管電流工作在 Izmax和 Izmix的范圍內(nèi)。穩(wěn)壓管在應用中要采取適當?shù)拇胧┫拗仆ㄟ^管子的電流值，以保證管子不會造成熱擊穿。 穩(wěn)壓管的主要參數(shù)： （ 1） 穩(wěn)定電壓 UZ：反向擊穿后穩(wěn)定工作的電壓 。 （ 2） 穩(wěn)定電流 IZ：工作電壓等于穩(wěn)定電壓時的電流 。 （ 3） 動態(tài)電阻 rZ：穩(wěn)定工作范圍內(nèi) ， 管子兩端電壓的變化量與相應電流的變化量之比 。 即： rZ=ΔUZ/ΔIZ （ 4） 耗散功率 PZ