半导体二极管及其应用习题解答..doc

PAGE PAGE 12 第1章 半导体二极管及其基本电路 1.1 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1.1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1.1 第1章教学内容与要求 教学内容 教学要求 重点与难点 半导体基础知识 本征半导体，杂质半导体 熟练掌握 正确理解 一般了解 PN结 形成 √ 重点：PN结的单向导电性 难点：PN结的形成 单向导电性 √ 伏安特性 √ 电容效应 √ 半导体二极管 结构与类型 √ 重点：二极管应用电路分析 难点：二极管各模型的特点及选择各种模型的条件 伏安特性与主要参数 √ 型号与选择 √ 模型 √ 应用（限幅、整流） √ 特殊二极管 稳压二极管（稳压原理与稳压电路） √ 重点：稳压管稳压条件及稳压电路分析 发光二极管、光电二极管、变容二极管 √ 1.2 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 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。 3. PN结的伏安特性 PN结的伏安特性： 式中，U的参考方向为P区正，N区负，I的参考方向为从P区指向N区；IS在数值上等于反向饱和电流；UT=KT/q，为温度电压当量，在常温下，UT≈26mV。 (1) 正向特性 的部分称为正向特性，如满足U??UT，则，PN结的正向电流I随正向电压U按指数规律变化。 (2) 反向特性 的部分称为反向特性，如满足，则，反向电流与反向电压的大小基本无关。 (3) 击穿特性 当加到PN结上的反向电压超过一定数值后，反向电流急剧增加，这种现象称为PN结反向击穿，击穿按机理分为齐纳击穿和雪崩击穿两种情况。 4. PN结的电容效应 PN结的结电容CJ由势垒电容CB和扩散电容CD组成。CB和CD都很小，只有在信号频率较高时才考虑结电容的作用。当PN结正向偏置时，扩散电容CD起主要作用，当PN结反向偏置时，势垒电容CB起主要作用。 1.2 1. 半导体二极管的结构和类型 半导体二极管是由PN结加上电极引线和管壳组成。 二极管种类很多，按材料来分，有硅管和锗管两种；按结构形式来分，有点接触型、面接触型和硅平面型几种。 2. 半导体二极管的伏安特性 半导体二极管的伏安特性是指二极管两端的电压uD和流过二极管的电流iD之间的关系。它的伏安特性与PN结的伏安特性基本相同，但又有一定的差别。在近似分析时，可采用PN结的伏安特性来描述二极管的伏安特性。 3. 温度对二极管伏安特性的影响 温度升高时，二极管的正向特性曲线将左移，温度每升高1oC，PN结的正向压降约减小（2~2.5）mV。 二极管的反向特性曲线随温度的升高将向下移动。当温度每升高10 oC左右时，反向饱和电流将加倍。 4. 半导体二极管的主要参数 二极管的主要参数有：最大整流电流IF ；最高反向工作电压UR；反向电流IR；最高工作频率fM等。由于制造工艺所限，即使同一型号的管子，参数也存在一定的分散性，因此手册上往往给出的是参数的上限值、下限值或范围。 5. 半导体二极管的模型 常用的二极管模型有以下几种： (1) 理想模型: 理想二极管相当于一个开关。当外加正向电压时，二极管导通，正向压降uD为零，相当于开关闭合；当