2022-2023学年高二物理竞赛课件：PN结的单向导电性

PN结的单向导电性 PN结的单向导电性 1. PN 结加正向电压（正向偏置） PN 结变窄 P接正、N接负 外电场 IF 内电场被削弱，多子的扩散加强，形成较大的扩散电流。 PN 结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，PN结处于导通状态。 内电场 P N － － － － － － － － － － － － － － － － － － + + + + + + + + + + + + + + + + + + 动画 + – 下一页 总目录 章目录 返回 上一页 2. PN 结加反向电压（反向偏置） 外电场 P接负、N接正 内电场 P N + + + － － － － － － + + + + + + + + + － － － － － － － － － + + + + + + － － － 动画 – + 下一页 总目录 章目录 返回 上一页 PN 结变宽 2. PN 结加反向电压（反向偏置） 外电场 内电场被加强，少子的漂移加强，由于少子数量很少，形成很小的反向电流。 IR P接负、N接正 温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。 动画 – + PN 结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，PN结处于截止状态。 内电场 P N + + + － － － － － － + + + + + + + + + － － － － － － － － － + + + + + + － － － 下一页 总目录 章目录 返回 上一页 14.3 半导体二极管 14.3.1 基本结构 (a) 点接触型 (b)面接触型 结面积小、结电容小、正向电流小。用于检波和变频等高频电路。 结面积大、正向电流大、结电容大，用于工频大电流整流电路。 (c) 平面型 用于集成电路制作工艺中。PN结结面积可大可小，用于大功率整流和开关电路中。 下一页 总目录 章目录 返回 上一页 阴极引线 阳极引线 二氧化硅保护层 P 型硅 N 型硅 ( c ) 平面型 金属触丝 阳极引线 N 型锗片 阴极引线 外壳 ( a ) 点接触型 铝合金小球 N 型硅 阳极引线 PN 结 金锑合金 底座 阴极引线 ( b ) 面接触型 图 1 – 12 半导体二极管的结构和符号 14.3 半导体二极管 二极管的结构示意图 阴极 阳极 ( d ) 符号 D 下一页 总目录 章目录 返回 上一页 14.3.2 伏安特性 硅管0.5V,锗管0.1V。 反向击穿 电压U(BR) 导通压降 外加电压大于死区电压二极管才能导通。 外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。 正向特性 反向特性 特点：非线性 硅0.6~0.8V锗0.2~0.3V U I 死区电压 P N + – P N – + 反向电流 在一定电压 范围内保持 常数。 下一页 总目录 章目录 返回 上一页 根据半导体的物理原理，可从理论上分析得到PN结的伏安特性的表达式，此式通常称为二极管方程，即： IS为反向饱和电流 UT为温度的电压当量，在常温（300K）下， UT26mV。 当U>0时，且U>>UT,则电流I与U基本成指数关系。 当U<0时，且U >>UT,则电流I  -IS 下一页 总目录 章目录 返回 上一页 14.3.3 主要参数 1. 最大整流电流 IOM 二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。 2. 反向工作峰值电压URWM 是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二极管反向击穿电压UBR的一半或三分之二。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。 3. 反向峰值电流IRM 指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，IRM受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。 下一页 总目录 章目录 返回 上一页 二极管的单向导电性 1. 二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负 ）时， 二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正向电流较大。 2. 二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正 ）时， 二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反向电流很小。 3. 外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。 4. 二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。 下一页 总目录 章目录 返回 上一页 二极管电路分析举例 定性分析：判断二极管的工作状态 导通截止 否则，正向管压降 硅0.6~0.7V锗0.2~0.3V 分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位 的高低或所加电压UD的正