专题1 半导体二极管（讲义）-山东省（春季高考）电子技术类《模拟电子基础及应用》考纲讲练测

编写说明：本专辑为山东省（春季高考）电子技术类《模拟电子基础及应用考纲讲练测》，严格依据山东省春季高考考试大纲（专业课）电子技术类考试范围及要求编写，精准对标考纲，兼顾考点覆盖与实战应用。每套讲练测提供讲义、课件、练习三大配套教学文件，贯穿九大核心环节：考点解读、思维导图、知识梳理、背诵环节、常考题、高考真题、课堂练习、课堂小结及课后测验，形成“讲-练-测-评”闭环式教学与复习逻辑，助力考生夯实基础、突破重难点。 山东省电子技术类 《模拟电子基础及应用考纲讲练测》 专题1 半导体二极管 讲义 [考点解读] 1．了解PN结、半导体二极管结构及单向导电性、伏安特性。 [思维导图] [知识梳理] 1 半导体基础知识 （1）物质的分类 自然界中的物质，按照导电能力的不同，可分为三类： ① 导体：导电能力强（如铜、铝、铁等金属），内部存在大量自由电子。 ② 半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间（如硅、锗等）。 ③ 绝缘体：导电能力极弱（如橡胶、塑料、陶瓷等）。 常用的半导体材料有硅（Si）和锗（Ge），它们具有四价晶体结构。 （2）半导体的导电特点 半导体中带负电的自由电子和带正电的空穴同时参与导电，这是半导体区别于导体的重要特征。 ① 电子导电：自由电子在电场作用下定向移动形成电流。 ② 空穴导电：共价键中的空位（空穴）被相邻电子填补，相当于正电荷在移动。 （3）半导体的敏感特性 半导体的导电能力受外界因素影响变化很大，称为其敏感特性： 特性 含义 应用举例 热敏性 温度升高，导电能力明显增强。 热敏电阻、温度传感器。 光敏性 光照越强，导电性能越好。 光敏电阻、光电二极管。 掺杂性 掺入微量杂质后导电性大幅改善。 制造各种半导体器件。 （4）本征半导体 本征半导体是完全纯净的半导体，即不含任何杂质的半导体晶体。 ① 在本征半导体中，自由电子和空穴的数目相等。 ② 由于常温下热激发产生的载流子数量很少，因此本征半导体的导电能力很差。 ③ 温度升高时，共价键被打破，自由电子和空穴对增多，导电能力增强。 （5）杂质半导体 通过在本征半导体中掺入微量杂质元素（掺杂），可以大幅改善其导电性能。根据掺入元素的不同，分为两类： 类型 掺入元素 多数载流子 少数载流子 电性 P型半导体 3价元素（如硼、铝、镓） 空穴 电子 电中性 N型半导体 5价元素（如磷、砷、锑） 电子 空穴 电中性 ① P型半导体：掺入3价元素后，形成多余空穴，空穴成为多数载流子，但整体仍保持电中性。 ② N型半导体：掺入5价元素后，形成多余自由电子，电子成为多数载流子，整体同样保持电中性。 易错提醒：P型半导体和N型半导体虽然导电类型不同，但都是电中性的，不带正电也不带负电。 2 PN结 （1）PN结的形成 在同一块半导体基片上，采用不同的掺杂工艺，使一半区域成为P型半导体，另一半区域成为N型半导体，则在P型和N型的交界处会形成一种特殊的薄层，称为PN结。 PN结的形成过程涉及两种运动： ① 扩散运动：P区的空穴浓度高于N区，N区的电子浓度高于P区，因此多数载流子（P区的空穴、N区的电子）向对方区域扩散。 ② 漂移运动：扩散运动形成的空间电荷区产生内电场，内电场推动少数载流子（P区的电子、N区的空穴）做漂移运动。 当扩散运动和漂移运动达到动态平衡时，PN结的厚度保持稳定。 （2）PN结的单向导电性 PN结的核心特性是单向导电性： 偏置方式 连接方式 状态 电流方向 正向偏置 P端接电源正极，N端接电源负极。 导通 P → N 反向偏置 P端接电源负极，N端接电源正极。 截止 几乎为零 ① 正向偏置时，外加电场与内电场方向相反，削弱了内电场，多数载流子顺利通过PN结，形成较大的正向电流。 ② 反向偏置时，外加电场与内电场方向相同，增强了内电场，多数载流子无法通过，只有极少数载流子（漂移运动）形成很小的反向电流（μA级）。 结论：PN结加正向电压导通，加反向电压截止，电流只能从P端流向N端。 3 半导体二极管 （1）二极管的内部结构 半导体二极管的核心是一个PN结。具体构造： ① 在P型半导体一侧引出一个电极，称为正极（阳极）。 ② 在N型半导体一侧引出一个电极，称为负极（阴极）。 ③ 将PN结用外壳密封封装，以保护管芯免受外界环境（湿气、灰尘等）的影响。 因此，二极管的结构可概括为：一个PN结 + 两个电极引线 + 封装壳体。 （2）二极管的分类 分类方式 类型 特点/用途 按材料 硅二极管、锗二极管。 硅管导通压降约0.7V，锗管约0.3V。 按PN结面积 点接触型、面接触型。 点接触型：结面积小，适用于高频检波； 面接触型：结面积大，适用于整流。 按用途 普通二极管（P）。 通用型，用于检波、开关等。 整流二极管（Z）。 用于将交流电变为脉动直流电。 稳压二极管（W）。 工作在反向击穿区，用于稳压。 开关二极管（K）。 用于高频开关电路。 发光二极管（LED）。 电能→光能，用于显示和照明。 （3）二极管的伏安特性 二极管两端的电压U与流过二极管的电流I之间的关系，称为伏安特性，可用伏安特性曲线表示。 ① 正向特性 区域 电压范围（硅管） 电压范围（锗管） 特点 正向截止区（死区）。 U ＜ 0.5V。 U ＜ 0.2V。 正向电流近似为零，二极管不导通。 正向导通区。 U ≥ 0.7V。 U ≥ 0.3V。 二极管导通，管压降基本恒定。 a. 死区：正向电压较小时，内电场仍起阻碍作用，正向电流极小（近似为零）。 b. 导通压降：导通后，硅管管压降约0.7V，锗管约0.3V，且基本不随电流变化。 ② 反向特性 区域 电压条件 电流特点 说明 反向截止区。 U ＜ UBR（击穿电压）。 反向电流极小（μA级），基本恒定。 反向电阻很大（几百kΩ）。 反向击穿区。 U ≥ UBR。 反向电流急剧增大。 普通二极管应避免此区域。 a. 反向截止区：反向电流由少数载流子的漂移运动形成，其大小与温度有关（温度升高，反向电流增大），但与反向电压大小基本无关。 b. 反向击穿区：反向电压超过击穿电压UBR时，PN结被击穿，反向电流急剧增大。普通二极管若工作在此区域，会因电流过大而永久性损坏。 考点总结：伏安特性是二极管最重要的电学特性，考查频率极高。务必熟记硅管和锗管的死区电压、导通压降数值。 [背诵环节] 1 什么是本征半导体？其导电能力如何？ 【答案】 本征半导体是完全纯净的半导体，其内部自由电子和空穴数目相等，常温下数量少，导电能力差。 2 P型半导体和N型半导体的多数载流子分别是什么？掺入的是什么元素？ 【答案】 ① P型半导体掺入3价元素（如硼），多数载流子为空穴；② N型半导体掺入5价元素（如磷），多数载流子为电子。两者均保持电中性。 3 PN结的主要特性是什么？ 【答案】 PN结具有单向导电性，加正向偏置电压（P正N负）时导通，加反向偏置电压（P负N正）时截止。电流只能从P端流向N端。 4 二极管的伏安特性中，死区电压和导通压降分别是多少？ 【答案】 硅管：死区电压约0.5V，导通压降约0.7V；锗管：死区电压约0.2V，导通压降约0.3V。 5 二极管按用途分为哪些常见类型？ 【答案】 普通管（P）、整流管（Z）、稳压管（W）、开关管（K）、发光管（LED）等。 [常考题] 1. PN结加正向偏置电压时导通，加反向偏置电压时截止，称为PN结的（ ）。 A. 光电性 B. 热敏性 C. 单向导电性 D. 掺杂性 【答案】 C。 2. 硅二极管的正向导通压降约为（ ）。 A. 0.1V B. 0.3V C. 0.7V D. 1.0V 【答案】 C。 3. 在纯净半导体中掺入3价元素（如硼），可形成（ ）。 A. 本征半导体 B. P型半导体 C. N型半导体 D. 绝缘体 【答案】 B。 4. 构成半导体二极管的PN结的数目是（ ）。 A. 4 B. 3 C. 2 D. 1 【答案】 D。 5. 下列关于P型半导体的说法正确的是（　　　）。 A. P型半导体带正电 B. P型半导体带负电 C. P型半导体保持电中性 D. P型半导体中多数载流子是电子 【答案】 C 6. 锗二极管的死区电压约为（　　　）。 A. 0.2V B. 0.5V C. 0.7V D. 1.0V 【答案】 A [高考真题] 1.（单项选择题）PN结具有单向导电性，即电流只能是（ ）。 A. 从发射区流向集电区 B. 从P区流向N区。 C. 从N区流向P区 D. 从集电区流向发射区。 【答案】 B。 2.（单项选择题）构成半导体二极管的PN结的数目是（ ）。 A. 4 B. 3 C. 2 D. 1 【答案】 D。 3.（单项选择题）硅二极管两端加正向电压时（ ）。 A. 不论电压大小立即导通 B. 超过0.3V时才导通。 C. 超过0.1V时才导通 D. 超过0.5V时才导通。 【答案】 D。 4.（单项选择题）下列物质中，导电能力介于导体和绝缘体之间的是（ ）。 A. 铜 B. 橡胶 C. 硅 D. 铁 【答案】 C。 5.（单项选择题）二极管的死区电压是指（ ）。 A. 反向击穿电压 B. 正向开始导通的临界电压。 C. 最大整流电流对应的电压 D. 最高反向工作电压。 【答案】 B。 6. N型半导体的多数载流子是（　　　）。 A. 空穴 B. 电子 C. 正离子 D. 负离子 【答案】 B 7. 二极管加正向电压时，超过死区电压后（　　　）。 A. 立即导通，管压降为0 B. 导通，管压降基本恒定 C. 不导通 D. 反向击穿 【答案】 B 8. P型半导体中多数载流子是空穴，少数载流子是（　　　）。 A. 空穴 B. 电子 C. 正离子 D. 负离子 【答案】 B [课堂练习] 1.（单项选择题）以下哪个不是半导体的敏感特性？（ ）。 A. 热敏性 B. 光敏性 C. 掺杂性 D. 导电性 【答案】 D。 【解析】 半导体的敏感特性包括热敏性、光敏性和掺杂性三种，导电性是物质的基本属性，不属于敏感特性。 2.（单项选择题）锗二极管的导通压降约为（ ）。 A. 0.1V B. 0.3V C. 0.7V D. 1.0V 【答案】 B。 【解析】 锗二极管导通压降约为0.3V，硅二极管导通压降约为0.7V。 3.（单项选择题）二极管的核心结构是（ ）。 A. 两个PN结 B. 一个PN结 C. 三个PN结 D. 金属触丝 【答案】 B。 【解析】 二极管的核心是一个PN结。 4.（单项选择题）下列哪个不是二极管的主要分类方式？（ ）。 A. 按材料分 B. 按PN结面积分 C. 按重量分 D. 按用途分 【答案】 C。 【解析】 二极管没有按重量分类的方式。 5.（单项选择题）二极管从P区引出的电极为（ ）。 A. 正极（阳极） B. 负极（阴极） C. 控制极 D. 发射极 【答案】 A。 【解析】 P区引出正极（阳极），N区引出负极（阴极）。 6.（单项选择题）二极管的伏安特性中，锗管的死区电压约为（ ）。 A. 0.2V B. 0.5V C. 0.7V D. 1.0V 【答案】 A。 【解析】 锗管死区电压约为0.2V，硅管死区电压约为0.5V。 7.（单项选择题）当二极管加反向电压但未超过击穿电压时，其反向电流（ ）。 A. 随电压增大而显著增大 B. 基本不变。 C. 随电压增大而减小 D. 为零。 【答案】 B。 【解析】 反向截止区反向电流很小，且基本不随电压变化。 8. 本征半导体中自由电子和空穴的数目关系是（　　　）。 A. 自由电子多于空穴 B. 空穴多于自由电子 C. 自由电子和空穴数目相等 D. 没有自由电子 【答案】 C 【解析】 本征半导体是完全纯净的半导体，自由电子和空穴数目相等。 9. 点接触型二极管的主要特点是（　　　）。 A. 结面积大，适用于大功率整流 B. 结面积小，适用于高频检波 C. 结面积大，适用于高频检波 D. 结面积小，适用于大功率整流 【答案】 B 【解析】 点接触型二极管PN结面积小，适用于高频检波和小电流电路。 10. PN结正向偏置时，正确的连接方式是（　　　）。 A. P区接电源负极，N区接电源正极 B. P区接电源正极，N区接电源负极 C. P区和N区均接电源正极 D. P区和N区均接电源负极 【答案】 B 【解析】 PN结正向偏置时，P区接电源正极，N区接电源负极。 11.（简答题）简述二极管伏安特性中正向特性的两个区域及其特点。 【答案】 ① 正向截止区（死区）：正向电压小于死区电压时，正向电流近似为零。硅管死区电压约0.5V，锗管约0.2V。② 正向导通区：正向电压大于死区电压时，二极管导通，管压降基本恒定，硅管约0.7V，锗管约0.3V。 12.（简答题）简述PN结的形成过程。 【答案】 在同一块半导体中，一半掺入3价元素形成P型半导体，另一半掺入5价元素形成N型半导体。在P型和N型的交界处，多数载流子进行扩散运动，少数载流子进行漂移运动，最终形成PN结。 [课堂小结] 一、半导体基础 常用材料：硅（Si）、锗（Ge）。 三个敏感特性：热敏性、光敏性、掺杂性。 本征半导体：纯净半导体，电子和空穴数目相等，导电能力差。 P型半导体：掺入3价元素（硼），多数载流子为空穴。 N型半导体：掺入5价元素（磷），多数载流子为电子。 P型和N型均保持电中性。 二、PN结 形成：P型与N型交界处，通过扩散和漂移运动形成。 核心特性：单向导电性。 正向偏置（P正N负）→ 导通，电流P→N。 反向偏置（P负N正）→ 截止，电流几乎为零。 三、半导体二极管 结构：一个PN结 + 电极引线 + 封装壳体。 分类：按材料（硅/锗）、按PN结面积（点接触/面接触）、按用途（普通/整流/稳压/开关/发光）。 伏安特性：正向（死区→导通），反向（截止→击穿）。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $