《電工學：8章直流穩(wěn)壓電源.pdf》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《電工學：8章直流穩(wěn)壓電源.pdf（12頁珍藏版）》請在匯文網上搜索。

1、1-11第第8章直流穩(wěn)壓電源章直流穩(wěn)壓電源28.1 半導體的基礎知識半導體的基礎知識8.2 半導體二極管半導體二極管8.3 直流穩(wěn)壓電源的組成直流穩(wěn)壓電源的組成8.4 整流電路整流電路8.5 濾波電路濾波電路8.6 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路38.1 半導體的基礎知識8.1 半導體的基礎知識導體、半導體和絕緣體導體、半導體和絕緣體自然界中很容易導電的物質稱為自然界中很容易導電的物質稱為導體導體，金屬一般都是導體。，金屬一般都是導體。有的物質幾乎不導電，稱為有的物質幾乎不導電，稱為絕緣體絕緣體，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。另有一類物質的導電特性處于導體和絕緣體之間，稱為另有一類物

2、質的導電特性處于導體和絕緣體之間，稱為半導體半導體，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。4半導體的導電機理不同于其它物質，所以它具有不同于其它物質的特點。比如：當受外界熱和光的作用時，它的導電能力明顯變化。往純凈的半導體中摻入某些雜質，會使它的導電能力明顯改變。半導體的導電機理不同于其它物質，所以它具有不同于其它物質的特點。比如：當受外界熱和光的作用時，它的導電能力明顯變化。往純凈的半導體中摻入某些雜質，會使它的導電能力明顯改變。在常態(tài)下導電能力接近于絕緣體，但在在常態(tài)下導電能力接近于絕緣體，但在摻雜摻雜、受熱、光照受熱、光照后，其導電能力明顯增強

3、而接近于導體后，其導電能力明顯增強而接近于導體。半導體特性：半導體特性：熱敏特性、光敏特性、摻雜特性熱敏特性、光敏特性、摻雜特性5一、本征半導體一、本征半導體現代電子學中，用的最多的半導體是硅和鍺，它們的最外層電子（價電子）都是四個。現代電子學中，用的最多的半導體是硅和鍺，它們的最外層電子（價電子）都是四個。GeSi通過一定的工藝過程，可以將半導體制成通過一定的工藝過程，可以將半導體制成晶體晶體。完全純凈的、結構完整的半導體晶體，稱為。完全純凈的、結構完整的半導體晶體，稱為本征半導體本征半導體。+4簡化模型簡化模型6在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點陣，每個原子與其相臨的原子之間形成在

4、硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點陣，每個原子與其相臨的原子之間形成共價鍵共價鍵，共用一對價電子。，共用一對價電子。硅和鍺的晶體結構硅和鍺的晶體結構1-27共價鍵中的兩個電子被束縛在共價鍵中，稱為共價鍵中的兩個電子被束縛在共價鍵中，稱為束縛電子束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價鍵成為，常溫下束縛電子很難脫離共價鍵成為自由電子自由電子，因此本征半導體中的自由電子很少，所以本征半導體的導電能力很弱。形成共價鍵后，每個原子的最外層電子是八個，構成穩(wěn)定結構。共價鍵有很強的結合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。，因此本征半導體中的自由電子很少，所以本征半導體的導電能力很弱。形成共價鍵后，每個原子的最

5、外層電子是八個，構成穩(wěn)定結構。共價鍵有很強的結合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。+4+4+4+4共價鍵共用電子對共價鍵共用電子對共價鍵結構共價鍵結構8本征半導體的導電機理本征半導體的導電機理在常溫下，由于受激發(fā)（溫度升高或者光照等等），使一些價電子獲得足夠的能量而脫離共價鍵的束縛，成為在常溫下，由于受激發(fā)（溫度升高或者光照等等），使一些價電子獲得足夠的能量而脫離共價鍵的束縛，成為自由電子自由電子，使半導體材料具有了一定的導電能力，同時在共價鍵上留下一個空位，稱為，使半導體材料具有了一定的導電能力，同時在共價鍵上留下一個空位，稱為空穴空穴。電子和空穴成對出現，稱為電子空穴對。電子和空穴成對出現，稱

6、為電子空穴對。+4+4+4+4自由電子自由電子空穴空穴束縛電子束縛電子9當半導體兩端加上外電壓時，在半導體中將出現兩部分電流當半導體兩端加上外電壓時，在半導體中將出現兩部分電流(1)自由電子作定向運動 電子電流自由電子作定向運動 電子電流(2)價電子遞補空穴 空穴電流價電子遞補空穴 空穴電流注意：注意：(1)本征半導體中載流子數目極少本征半導體中載流子數目極少,其導電性能很差；其導電性能很差；(2)溫度愈高，載流子的數目愈多溫度愈高，載流子的數目愈多,半導體的導電性能也就愈好。半導體的導電性能也就愈好。所以，溫度對半導體器件性能影響很大。所以，溫度對半導體器件性能影響很大。自由電子和空穴都稱為

7、載流子。自由電子和空穴都稱為載流子。自由電子和空穴成對地產生的同時，又不斷復合。在一定溫度下，載流子的產生和復合達到動態(tài)平衡，半導體中載流子便維持一定的數目。自由電子和空穴成對地產生的同時，又不斷復合。在一定溫度下，載流子的產生和復合達到動態(tài)平衡，半導體中載流子便維持一定的數目。10二、雜質半導體二、雜質半導體在本征半導體中摻入某些微量的雜質，就會使半導體的導電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導體的某種載流子濃度大大增加。根據所摻雜質不同，摻雜后的半導體可分為：在本征半導體中摻入某些微量的雜質，就會使半導體的導電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導體的某種載流子濃度大大增加。根據所摻雜質不同，摻

8、雜后的半導體可分為：N型半導體N型半導體（使自由電子濃度大大增加的雜質半導體（使自由電子濃度大大增加的雜質半導體電子半導體），電子半導體），P型半導體P型半導體（使空穴濃度大大增加的雜質半導體（使空穴濃度大大增加的雜質半導體空穴半導體）?？昭ò雽w）。11N型半導體N型半導體在硅或鍺晶體中摻入少量的五價元素磷（或銻），晶體點陣中的某些半導體原子被雜質取代。在硅或鍺晶體中摻入少量的五價元素磷（或銻），晶體點陣中的某些半導體原子被雜質取代。多余電子多余電子磷原子磷原子硅原子硅原子+N型硅表示型硅表示SiSiSiSiP失去一個電子變?yōu)檎x子失去一個電子變?yōu)檎x子磷原子的最外層有五個價電子，其中四個與

9、相臨的半導體原子形成共價鍵，必定多出一個電子。這個電子幾乎不受束縛，很容易被磷原子的最外層有五個價電子，其中四個與相臨的半導體原子形成共價鍵，必定多出一個電子。這個電子幾乎不受束縛，很容易被激發(fā)激發(fā)而成為自由電子，這樣磷原子就成了不能移動的而成為自由電子，這樣磷原子就成了不能移動的帶正電的離子帶正電的離子。每個磷原子給出一個電子，稱為。每個磷原子給出一個電子，稱為施主原子施主原子。12N型半導體N型半導體N型半導體中的載流子是什么？N型半導體中的載流子是什么？1、由施主原子提供的電子，濃度與施主原子相同1、由施主原子提供的電子，濃度與施主原子相同。2、本征半導體中成對產生電子和空穴。3、摻雜后

10、自由電子數目大量增加，自由電子導電成為這種半導體的主要導電方式，稱為2、本征半導體中成對產生電子和空穴。3、摻雜后自由電子數目大量增加，自由電子導電成為這種半導體的主要導電方式，稱為電子半導體或N型半導體電子半導體或N型半導體。自由電子濃度遠大于空穴濃度。自由電子稱為。自由電子濃度遠大于空穴濃度。自由電子稱為多數載流子多數載流子（多子多子），空穴稱為），空穴稱為少數載流子少數載流子（少子少子）。）。1-313P型半導體P型半導體在硅或鍺晶體中摻入少量的三價元素，如硼（或銦），晶體點陣中的某些半導體原子被雜質取代，硼原子的最外層有三個價電子，與相臨的半導體原子形成共價鍵時，產生一個空穴。這個空穴

11、可能吸引束縛電子來填補，使得硼原子成為不能移動的帶負電的離子。由于硼原子接受電子，所以稱為在硅或鍺晶體中摻入少量的三價元素，如硼（或銦），晶體點陣中的某些半導體原子被雜質取代，硼原子的最外層有三個價電子，與相臨的半導體原子形成共價鍵時，產生一個空穴。這個空穴可能吸引束縛電子來填補，使得硼原子成為不能移動的帶負電的離子。由于硼原子接受電子，所以稱為受主原子受主原子。14空穴空穴P型半導體型半導體硼原子硼原子P型硅表示型硅表示SiSiSiB硅原子硅原子空穴被認為帶一個單位的正電荷，并且可以移動空穴被認為帶一個單位的正電荷，并且可以移動接受一個接受一個接受一個接受一個電子變?yōu)殡娮幼優(yōu)殡娮幼優(yōu)殡娮幼優(yōu)?/p>

12、負離子負離子負離子負離子15總結總結1、N型半導體N型半導體中中電子是多子電子是多子，其中大部分是摻雜提供的電子，本征半導體中受激產生的電子只占少數。N型半導體中，其中大部分是摻雜提供的電子，本征半導體中受激產生的電子只占少數。N型半導體中空穴是少子空穴是少子，少子的遷移也能形成電流，由于數量的關系，起導電作用的主要是多子，少子的遷移也能形成電流，由于數量的關系，起導電作用的主要是多子。近似認為。近似認為多子與雜質濃度相等。多子與雜質濃度相等。2、P型半導體P型半導體中空穴是多子，電子是少子中空穴是多子，電子是少子。無論無論無論無論N N型或型或型或型或P P型半導體都是中性的，對外不顯電性。

13、型半導體都是中性的，對外不顯電性。型半導體都是中性的，對外不顯電性。型半導體都是中性的，對外不顯電性。16雜質半導體的示意表示法雜質半導體的示意表示法P型半導體P型半導體+N型半導體N型半導體171.1.在雜質半導體中多子的數量與在雜質半導體中多子的數量與在雜質半導體中多子的數量與在雜質半導體中多子的數量與（a.a.摻雜濃度、摻雜濃度、摻雜濃度、摻雜濃度、b.b.溫度）有關。溫度）有關。溫度）有關。溫度）有關。2.2.在雜質半導體中少子的數量與在雜質半導體中少子的數量與在雜質半導體中少子的數量與在雜質半導體中少子的數量與（a.a.摻雜濃度、摻雜濃度、摻雜濃度、摻雜濃度、b.b.溫度）有關。溫度

14、）有關。溫度）有關。溫度）有關。3.3.當溫度升高時，少子的數量當溫度升高時，少子的數量當溫度升高時，少子的數量當溫度升高時，少子的數量（a.a.減少、減少、減少、減少、b.b.不變、不變、不變、不變、c.c.增多）。增多）。增多）。增多）。a ab bc c4.4.在外加電壓的作用下，在外加電壓的作用下，在外加電壓的作用下，在外加電壓的作用下，P P 型半導體中的電流型半導體中的電流型半導體中的電流型半導體中的電流主要是主要是主要是主要是，N N 型半導體中的電流主要是型半導體中的電流主要是型半導體中的電流主要是型半導體中的電流主要是。（a.a.電子電流、電子電流、電子電流、電子電流、b.b

15、.空穴電流）空穴電流）空穴電流）空穴電流）b ba a18擴散的結果使空間電荷區(qū)變寬擴散的結果使空間電荷區(qū)變寬三、三、PN結結（1）PN 結的形成結的形成在同一片半導體基片上，分別制造在同一片半導體基片上，分別制造P型半導體和型半導體和N型半導體，經過載流子的擴散，在它們的交界面處就形成了型半導體，經過載流子的擴散，在它們的交界面處就形成了PN結。結。內電場內電場P P 型型型型N N 型型型型+PNPN結結結多子的擴散運動結多子的擴散運動少子的漂移運動少子的漂移運動形成空間電荷區(qū)形成空間電荷區(qū)內電場越強，漂移運動越強，而漂移使空間電荷區(qū)變薄內電場越強，漂移運動越強，而漂移使空間電荷區(qū)變薄擴散

16、和漂移這一對相反的運動最終達到動態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。擴散和漂移這一對相反的運動最終達到動態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。1-4191、空間電荷區(qū)中沒有載流子。、空間電荷區(qū)中沒有載流子。2、空間電荷區(qū)中內電場阻礙、空間電荷區(qū)中內電場阻礙P中的空穴、中的空穴、N中的電子（中的電子（都是多子都是多子）向對方運動（）向對方運動（擴散運動擴散運動）。）。3、P中的電子和中的電子和N中的空穴（中的空穴（都是少子都是少子），數量有限，因此由它們形成的電流很小。），數量有限，因此由它們形成的電流很小。請注意請注意201.PN 1.PN 結加正向電壓結加正向電壓結加正向電壓結加正向電壓（正向偏置）（正向偏置）（正向偏置）（正向偏置）PN 結變窄結變窄P接正、接正、N接負接負外電場外電場I內電場被削內電場被削內電場被削內電場被削弱，多子的擴弱，多子的擴弱，多子的擴弱，多子的擴散加強，形成散加強，形成散加強，形成散加強，形成較大的擴散電較大的擴散電較大的擴散電較大的擴散電流。流。流。流。PN PN 結加正向電壓時，結加正向電壓時，結加正向電壓時，結加正向電壓時，PNPN結變窄，正向電流較結變