2022-2023学年高二物理竞赛课件：半导体二极管及其基本电路

半导体二极管及其基本电路 半导体二极管及其基本电路 二级管可用来作为显示器件，等等。 本章的重点是掌握二极管的导电特性，并 能够正确分析二极管所构成的电路。 关电路；此外，一些特殊的二极管也在电子技 术领域扮演着重要的角色：稳压二极管可构成 稳压电路，变容二极管可应用于高频技术，光 电二极管可作为光信号与电信号的接口，发光 引言 二极管是一种很重要的半导体器件，其在 电子技术领域有着广泛地应用。利用二极管 可以构成整流电路、检波电路、限幅电路、开 北华航天工业学院 2 3 应用实例1：二极管在直流稳压电源中的应用 直流稳压电源可将50Hz的交流电变成直流电后输出。而交流变直流的任务是由二极管所构成的整流电路来实现。 v1 v2 v3 v4 整 流 电 路 滤 波 电 路 稳 压 电 路 vo 整 流 电 路 整流二极管 稳 压 电 路 在稳压电路部分，需要用到基准电压源来提供基准电压，这个基准电压源也用到了二极管--稳压二极管。 稳压二极管 北华航天工业学院 4 应用实例2：二极管峰值检波电路中的应用 t 0 vo(t) t 0 vS(t) 峰值检波电路 峰值检波电路可将调幅波中包络变化所包含的信息检测出来，以还原原来的调制信号。 调幅波 被还原的调制信号 检波二极管 北华航天工业学院 5 半导体的基础知识 半导体二极管及其基本电路 2.1 PN结的形成及特性 2.2 半导体二极管 2.3 二极管基本电路及其分析方法 2.4 特殊二极管 2.5 主要内容 北华航天工业学院 6 半导体二极管及其基本电路 对于不同的半导体器件，其外形、作用、性能会有所差异。但制造器件的材料全部为半导体材料，因此，要想了解半导体器件的性能，必须先对半导体材料做以介绍。 导引： 北华航天工业学院 7 半导体二极管及其基本电路 2.1 半导体物理基础 1. 物质的分类 物质的导电性 铜 硅 塑料 橡胶 铝 锗 半导体 绝缘体 导电性能 高 低 导体 北华航天工业学院 8 第二章 半导体二极管及其基本电路 2.1 半导体物理基础 2.半导体的导电特性 热敏性 半导体 导电性能 光敏性 半导体 导电性能 温度 光照 掺杂性 北华航天工业学院 9 第二章 半导体二极管及其基本电路 2.1 半导体物理基础 3. 半导体的原子结构 晶体结构 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 晶体特点 共价键 价电子 通常情况下，共价键对价电子的束缚能力强，绝大多数价电子被束缚在共价键中而不能自由移动-----导电性能差 北华航天工业学院 10 第二章 半导体二极管及其基本电路 2.1 半导体物理基础 4.本征激发 基本概念 ■本征半导体：完全纯净、结构完整的半导体晶体。 ■激发：共价键中的价电子由于获得足够的能量而挣脱掉共价键的束缚成为自由电子的过程。 ■载流子：可以自由移动的带电粒子。(自由电子和空穴) 北华航天工业学院 11 第二章 半导体二极管及其基本电路 2.1 半导体物理基础 4.本征激发 +4 +4 +4 +4 自由电子 空穴 本征激发的物理过程 正离子 价电子 俘获其它 原子的价 电子 北华航天工业学院 12 第二章 半导体二极管及其基本电路 2.1 半导体物理基础 4.本征激发 本征激发的物理过程 T↑→价电子获得足够能量→挣脱共价键束缚→自由电子↑ →空穴↑ 结论：本征激发产生的是电子-空穴对，且载流子的数量与温度有关。 T=0K时，所有价电子均被束缚在共价键中，此时本征半导体导电性能相当于绝缘体。 温度 北华航天工业学院 $