稳压管
稳压管是应用在反向击穿区的特殊硅 二极管。稳压二极管的伏安特性曲线与硅二 极管的伏安特性曲线完全一样，稳压二极管 伏安特性曲线的反向区、符号和典型应用电 路如图所示。
(a)
(b)
(c)
(a)符号 (b) 伏安特性 (c)应用电路
稳压二极管的伏安特性
从稳压二极管的伏安特性曲线上可以确定稳压二极 管的参数。
P型半导体中空穴是多数载流子， 主要由掺杂形成；电子是少数载流子，由热 激发形成。
P型半导体的结构示意图
空穴很容易俘获电子，使杂质原
子成为负离子。三价杂质 因而也称为受主 杂质。P型半导体的结构示意图如图所示
。
P型半导体的结构示意图
杂质对半导体导电性的影响
掺入杂 质对本征半导体的导电性有很大 的影响，一些典型的数据如下:
(3) 最大反向电流IRM
在室温下，在规定的反向电压下，一般是最大 反向工作电压下的反向电流值。硅二极管的反向电 流一般在纳安(nA)级；锗二极管在微安(A)级。
(4) 最高工作频率fM
PN结内的正负离子随着外加电压的变化而变 化，说明PN结具有电容特性。fM值主要取决于PN结 的结电容，结电容越大，二极管允许的最高工作频 率越低。
从击穿的机理上看，硅 二极管若|VBR|≥7V时,主要是雪 崩击穿；若|VBR|≤4V时, 则主要 是齐纳击穿。当在4V～7V之间 两种击穿都有。
半导体二极管的参数
半导体二极管的参数包括最大整流电流IOM、反向击穿电压 UBR、最大反向工作电压URM、最大反向电流IRM、最高工作频率fmax和 结电容Cj等。几个主要的参数介绍如下：
半导体二极管的伏安特性曲线
半导体二极管的伏安特性曲线如图 01.12 所示。处于第一象 限的是正向伏安特性曲线，处于第三象限的是反向伏安特性曲线。 根据理论推导，二极管的伏安特性曲线可用下式表示:
V
I IS (e VT 1)
(1.1)
式中IS 为反向饱和电流，V 为二极管两端的电压降， VT =kT/q 称为温度的电压当量，k为玻耳兹曼常数，q 为 电子电荷量，T 为热力学温度。对于室温（相当T=300 K
PN结的形成 PN结的单向导电性 PN结的电容效应
PN结的形成
在一块本征半导体两侧通过扩散不同的杂质,分 别形成 N 型半导体和 P 型半导体。此时将在N型半 导体和 P 型半导体的结合面上形成如下物理过程:
因浓度差
多子的扩散运动由杂质离子形成空间电荷区

空间电荷区形成 内电场


内电场促使少子漂移 内电场阻止多子扩散
半导体二极管图片
半导体二极管图片
半导体二极管图片
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
若二极管是理想的，正向导通时正向管压降为零，
反向截止时二极管相当于断开。
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 的正负。
电子技术基础
主讲：林昕
第三章 半导体二极管、三极管和场效应管
3.1 PN结与半导体二极管、稳压管 3.2 半导体三极管 3.3 场效应管
3.1 PN结与半导体二极管、稳压管
1 本征半导体 2 N型半导体和P型半导体 3 PN结及其单向导电性
根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体 半导体的电阻率为10-3～109 cm。典型的半导体有硅Si和锗Ge以 及砷化镓GaAs等。
最后多子扩散和少子的漂移达到动态平衡。对于P型半 导体和N型半导体结合面，离子薄层形成的空间电荷区称为 P N 结 , 在空间 电荷区，由于缺 少多子，所以也 称耗尽层。
PN 结形成的 过程可参阅图。
PN结的形成过程
PN结的单向导电性
PN结具有单向导电性，若外加电压使电流从 P 区 流到 N 区， PN结呈低阻性，所以电流大；反之是高阻 性，电流小。
PN结加正向电压 时的导电情况
（动画1-4）
(2) PN结加反向电压时的导电情况
PN结加反向电压时的导电情况如图所示。
外加的反向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内电场方向相 同，加强了内电场。内电场对多子扩散运动的阻碍增强，扩散电流大大减
在一小定。温此度时条P件N结下区，的少子在内电场的作用 由本征激发决定的下少形子成浓的漂移电流大于扩 度是一定的，故少散子电形流成，可忽略扩散电流 的漂移电流是恒定，的由，于基漂移电流本身就很 本上与所加反向电小压，的P大N结呈现高阻性。 小无关，这个电流也称为
这种结构的立体和平面示意图见图。
(c)
(a) 硅晶体的空间排列 (b) 共价键结构平面示意图 图 硅原子空间排列及共价键结构平面示意图
（2）电子空穴对
当导体处于热力学温度0K时，导体中没有自由电子。当温度 升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原 子核的束缚，而参与导电，成为自由电子。
本征激发和复合在一定温度下会达到动态平衡。
(3) 空穴的移动
自由电子的定向运动形成了 电子电流，空穴的定向运动也可 形成空穴电流，它们的方向相反 。只不过空穴的运动是靠相邻共 价键中的价电子依次充填空穴来 实现的，因此，空穴的导电能力 不如自由电子
空穴在晶格中的移动
2 杂质半导体
(1) N型半导体 (2) P型半导体
稳压二极管在工作时应反接，并串入一 只电阻。
电阻的作用一是起限流作用，以保护稳压 管；其次是当输入电压或负载电流变化时，通过 该电阻上电压降的变化，取出误差信号以调节稳
电子。
在N型半导体中自由电子是多数载流子,它主 要由杂质原子提供；空穴是少数载流子, 由热激发
形成。
提供自由电子的五价杂质原子因自由电子 脱离而带正电荷成为正离子，因此，五价杂质原 子也被称为施主杂质。N型半导体的结构示意图
如图所示。
N型半导体结构示意图
(2) P型半导体
本征半导体中掺入三价杂质元 素，如硼、镓、铟等形成 P型半导体， 也称为空穴型半导体。因三价杂质原子 与硅原子形成共价键时，缺少一个价电 子而在共价键中留下一个空穴。
1 T=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度: n = p =1.4×1010/cm3
2 掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度: n=5×1016/cm3
3 本征硅的原子浓度: 4.96×1022/cm3
以上三个浓度基本上依次相差106/cm3 。
杂质半导体简化模型
P
N
3 PN结及其单向导电性
半导体二极管
1
2
3
半
半
半
导
导
导
体
体
体
二
二
二
极
极
极
管
管
管
的
的
的
基
伏
主
本
安
要
结
特
参
构
性
数
(2) 面接触型二极管
PN结面积大，用 于工频大电流整流电路。
往往用于集成电路制造工 艺中。PN 结面积可大可小， 用于高频整流和开关电路中。
(b)面接触型
(3) 平面型二极管
二极管符号
(c)平面型
图 01.11 二极管的结构示意图
VD2
VD１
3k 6V
12V
+A
UAB –
B
例3
+
ui
–
R D
8V
u2
18V 8V
+
uo–Leabharlann 参考点二极管整u的i流已用知、1途8：检s：in波、tV限
幅二、极箝管位是、理开想关的、，元试
器件画保出护u、o 波温形度。补偿
等。
t
ui > 8V 二极管导通，可看作短路 uo = 8V ui < 8V 二极管截止，可看作开路 uo = ui
(2) 反向特性
当V＜0时，即处于反向特性区域。反向区也分两个区域：
当VBR＜V＜0时，反向电流很小，且基本不随 反向电压的变化而变化，此时的反向电流也称反向
饱和电流IS 。
当V≥VBR时，反 向电流急剧增加， VBR称为反向击穿电
压。
在反向区，硅二极管和锗二极管的特性有所不同。 硅二极管的反向击穿特性比较硬、比较陡，反向饱和电流也很小 锗二极管的反向击穿特性比较软，过渡比较圆滑，反向饱和电流较大
反向饱和电流。
图 01.08 PN 结加反向电压时的 导电情况
PN结加反向电压时的导电 情况
PN结外加正向电压时， 呈现低电阻，具有较大的正 向扩散电流；PN结加反向电 压时，呈现高电阻，具有很 小的反向漂移电流。由此可 以得出结论：PN结具有单向 导电性。
思考题：
1. 在杂质半导体中多子的数量与
如果外加电压使PN结中：P区的电位高于 N 区的 电位，称为加正向电压，简称正偏；
P 区的电位低于 N 区的电位，称为加反向电压， 简称反偏。
(1) PN结加正向电压时的导电情况
PN结加正向电压时的导电情况如图
外加的正向电压有一部分降 落在 PN 结区，方向与PN结内电 场方向相反，削弱了内电场。内电 场对多子扩散运动的阻碍减弱，扩 散电流加大。扩散电流远大于漂移 电流，可忽略漂移电流的影响, PN 结呈现低阻性。
(1) 最大整流电流IFM——
(2) 反向击穿电压VBR—— 和最大反向工作电压VRM
二极二管极长管期反向连电续流工 急作剧时增，加时允对许应通的过反二向 电极压管值称的为最反大向整击流穿
电流电的压平VB均R。值。
为安全计，在实际 工作时，最大反向工作电压 VRM一般只按反向击穿电压
VBR的一半计算。