半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用習(xí)題解答

1、1第1章半導(dǎo)體二極管及其基本電路半導(dǎo)體二極管及其基本電路1.1教學(xué)內(nèi)容與要求本章介紹了半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)、半導(dǎo)體二極管及其基本應(yīng)用和幾種特殊二極管。教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)要求如表1.1所示。要求正確理解雜質(zhì)半導(dǎo)體中載流子的形成、載流子的濃度與溫度的關(guān)系以及PN結(jié)的形成過程。主要掌握半導(dǎo)體二極管在電路中的應(yīng)用。表1.1第1章教學(xué)內(nèi)容與要求章教學(xué)內(nèi)容與要求教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求本征半導(dǎo)體，雜質(zhì)半導(dǎo)體熟練掌握正確理解一般了解重點(diǎn)與難點(diǎn)形成√單向?qū)щ娦浴谭蔡匦?/p>

2、√半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)PN結(jié)電容效應(yīng)√重點(diǎn)：PN結(jié)的單向?qū)щ娦噪y點(diǎn)：PN結(jié)的形成結(jié)構(gòu)與類型√伏安特性與主要參數(shù)√型號(hào)與選擇√模型√半導(dǎo)體二極管應(yīng)用（限幅、整流）√重點(diǎn)：二極管應(yīng)用電路分析難點(diǎn)：二極管各模型的特點(diǎn)及選擇各種模型的條件穩(wěn)壓二極管（穩(wěn)壓原理與穩(wěn)壓電路）√特殊二極管發(fā)光二極管、光電二極管、變?nèi)荻O管√重點(diǎn)：穩(wěn)壓管穩(wěn)壓條件及穩(wěn)壓電路分析1.2內(nèi)容提要1.2.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)1本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體高度提純、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體單晶體叫做本征

3、半導(dǎo)體。常用的半導(dǎo)體材料是硅(Si)和鍺(Ge)。本征半導(dǎo)體中有兩種載流子：自由電子和空穴。自由電子和空穴是成對(duì)出現(xiàn)的，稱為電子空穴對(duì)，它們的濃度相等。本征半導(dǎo)體的載流子濃度受溫度的影響很大，隨著溫度的升高，載流子的濃度基本按指數(shù)規(guī)律增加。但本征半導(dǎo)體中載流子的濃度很低，導(dǎo)電能力仍然很差，2雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體(1)N型半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體中，摻入微量的五價(jià)元素構(gòu)成N型半導(dǎo)體，N型半導(dǎo)體中的多子是自由電子，少子是空穴。N型半導(dǎo)體呈電中性。(

4、2)P型半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體中，摻入微量的三價(jià)元素構(gòu)成P型半導(dǎo)體。P型半導(dǎo)體中的多子是空穴，少子是自由電子。P型半導(dǎo)體呈電中性。在雜質(zhì)半導(dǎo)體中，多子濃度主要取決于摻入雜質(zhì)的濃度，摻入雜質(zhì)越多，多子濃度就越大。而少子由本征激發(fā)產(chǎn)生，其濃度主要取決于溫度，溫度越高，少子濃度越大。1.2.2PN結(jié)及其特性1PN結(jié)的形成在一塊本征半導(dǎo)體上，通過一定的工藝使其一邊形成N型半導(dǎo)體，另一邊形成P型半3(1)理想模型:理想二極管相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)。當(dāng)外加正向電

5、壓時(shí)，二極管導(dǎo)通，正向壓降uD為零，相當(dāng)于開關(guān)閉合；當(dāng)外加反向電壓時(shí)，二極管截止，反向電流iR為零，相當(dāng)于開關(guān)斷開。(2)恒壓源模型:當(dāng)二極管外加正向電壓等于或大于導(dǎo)通電壓Uon時(shí)，二極管導(dǎo)通，二極管兩端電壓降為Uon；當(dāng)外加電壓小于Uon時(shí)，二極管截止，反向電流為零。(3)折線模型:當(dāng)二極管外加正向電壓大于Uon后其電流iD與電壓uD成線性關(guān)系，直線斜率為1rD；當(dāng)二極管外加正向電壓小于Uon時(shí)，二極管截止，反向電流為零。(4)微變信

6、號(hào)模型:如果在二極管電路中，除直流信號(hào)外，還有微變信號(hào)，則對(duì)微變信號(hào)可將二極管等效成一個(gè)電阻rd，其值與靜態(tài)工作點(diǎn)有關(guān)，即。DQTdIUr?6半導(dǎo)體二極管的應(yīng)用(1)限幅：利用二極管的單向?qū)щ娦詫⑤敵鲂盘?hào)幅度限定在一定的范圍內(nèi)，亦即當(dāng)輸入電壓超過或低于某一參考值后，輸出電壓將被限制在某一電平（稱作限幅電平），且再不隨輸入電壓變化。(2)整流：正弦交流電壓變換為單向脈動(dòng)電壓。1.2.3特殊二極管1穩(wěn)壓二極管(1)穩(wěn)壓原理穩(wěn)壓管是一種硅材料

7、制成的面接觸型晶體二極管。利用PN結(jié)的反向擊穿特性來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定電壓的，正常使用時(shí)工作在反向擊穿狀態(tài)。當(dāng)反向電壓達(dá)到擊穿電壓UZ后，流過管子的反向電流會(huì)急劇增加，即使通過穩(wěn)壓管的反向電流在較大范圍內(nèi)變化，管子兩端的反向擊穿電壓幾乎不變，表現(xiàn)出很好的穩(wěn)壓特性。(2)主要參數(shù)穩(wěn)壓管的主要參數(shù)有：穩(wěn)定電壓UZ，穩(wěn)定電流IZ，最大耗散功率PCM和最大工作電流IZmax，動(dòng)態(tài)電阻rz和穩(wěn)定電壓的溫度系數(shù)α。(3)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓管正常穩(wěn)壓必須滿足兩個(gè)條件