1、1主要內(nèi)容 半導(dǎo)體及其導(dǎo)電機(jī)理載流子及其分類 PN結(jié)及其單向?qū)щ娦哉c反偏 二極管及其伏安特性 二極管應(yīng)用：整流、限幅、檢波等 特殊二極管：穩(wěn)壓二極管、光敏二極管、發(fā)光二極管導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理電阻的雙向?qū)щ娦噪娮璧姆蔡匦缘?頁(yè)/共42頁(yè)21.1 1.1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)導(dǎo)體導(dǎo)體conductorconductor ：容易導(dǎo)電的物體，金屬一般都是導(dǎo)體。容易導(dǎo)電的物體，金屬一般都是導(dǎo)體。絕緣體絕緣體nonconductornonconductor ：不容易導(dǎo)電的物體不容易導(dǎo)電的物體 。如橡皮、陶瓷、塑。如橡皮、陶瓷、塑料和石英。料和石英。半導(dǎo)體半導(dǎo)體semiconductorsemiconduct

2、or ：室溫時(shí)電阻率約在室溫時(shí)電阻率約在10-5107 m之間。之間。導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間，并導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間，并有負(fù)的電阻溫度系有負(fù)的電阻溫度系數(shù)的物質(zhì)數(shù)的物質(zhì)，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。19111911年考尼白格和維斯首次使用年考尼白格和維斯首次使用 這一名詞。這一名詞。不同于其它物質(zhì)，所以它具有不同的特點(diǎn)。例如：不同于其它物質(zhì)，所以它具有不同的特點(diǎn)。例如：熱敏性和光敏性：熱敏性和光敏性：當(dāng)受外界熱和光的作用時(shí)，它的導(dǎo)電能力明顯變當(dāng)受外界熱和光的作用時(shí)，它的導(dǎo)電能力明顯變化。化。例如：熱敏電阻、光敏電阻、光敏三極管

3、等。例如：熱敏電阻、光敏電阻、光敏三極管等。摻雜性：摻雜性：往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會(huì)使往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會(huì)使 它的導(dǎo)電能力它的導(dǎo)電能力明顯改變。明顯改變。例如：純硅摻雜百萬(wàn)分之一硼，電阻率從大約例如：純硅摻雜百萬(wàn)分之一硼，電阻率從大約4 41010-3 -3 m m 到到2 210103 3 mm。 （可做成各種不同用途的半導(dǎo)體器件，如二極管、三極管和晶（可做成各種不同用途的半導(dǎo)體器件，如二極管、三極管和晶閘管等）。閘管等）。半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理第2頁(yè)/共42頁(yè)3一、本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一、本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)GeSi現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們的最外層電子現(xiàn)代

4、電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們的最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)。（價(jià)電子）都是四個(gè)。本征半導(dǎo)體：本征半導(dǎo)體：完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。通過一定的工藝過程，可以將半導(dǎo)體制成體晶體。通過一定的工藝過程，可以將半導(dǎo)體制成晶體晶體。純度純度 99.999999.9999，甚至達(dá)到，甚至達(dá)到99.999999999.9999999以上。以上。 1.1.1 1.1.1 本征半導(dǎo)體intrinsic intrinsic semiconductorsemiconductor硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點(diǎn)陣，每個(gè)原在硅和鍺晶體

5、中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點(diǎn)陣，每個(gè)原子都處在正四面體的中心，而四個(gè)其它原子位于四面體的頂點(diǎn)，子都處在正四面體的中心，而四個(gè)其它原子位于四面體的頂點(diǎn)，每個(gè)原子與其相臨的原子之間形成每個(gè)原子與其相臨的原子之間形成共價(jià)鍵共價(jià)鍵，共用一對(duì)價(jià)電子。，共用一對(duì)價(jià)電子。第3頁(yè)/共42頁(yè)4共價(jià)鍵共共價(jià)鍵共用電子對(duì)用電子對(duì)+4+4+4+4+4+4表示除表示除去價(jià)電子去價(jià)電子后的原子后的原子硅和鍺的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)形成共價(jià)鍵后，每個(gè)形成共價(jià)鍵后，每個(gè)原子的最外層電子是原子的最外層電子是八個(gè)，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。八個(gè)，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。共價(jià)鍵有很強(qiáng)的結(jié)共價(jià)鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使原子規(guī)則合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。排列，形成晶

6、體。共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中，稱為共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中，稱為束縛電子（價(jià)束縛電子（價(jià)電子）電子），常溫下束縛電子很難脫離共價(jià)鍵成為，常溫下束縛電子很難脫離共價(jià)鍵成為自由電子自由電子，因此本，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。征半導(dǎo)體中的自由電子很少，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。第4頁(yè)/共42頁(yè)5在絕對(duì)在絕對(duì)0度度（T=0K）和沒有外界激發(fā)時(shí)和沒有外界激發(fā)時(shí), ,價(jià)電子完全被共價(jià)價(jià)電子完全被共價(jià)鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒有可以運(yùn)動(dòng)的帶電粒子（即鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒有可以運(yùn)動(dòng)的帶電粒子（即載流子載流子carriercarrier），它

7、的導(dǎo)電能力為），它的導(dǎo)電能力為 0，相當(dāng)于絕緣體。，相當(dāng)于絕緣體。在常溫下，由于溫在常溫下，由于溫度增加或受光照激發(fā)，使度增加或受光照激發(fā)，使一些價(jià)電子獲得足夠的能一些價(jià)電子獲得足夠的能量而脫離共價(jià)鍵的束縛，量而脫離共價(jià)鍵的束縛，成為成為自由電子自由電子free free electronelectron ，同時(shí)共價(jià)鍵，同時(shí)共價(jià)鍵上留下一個(gè)空位，稱為上留下一個(gè)空位，稱為空空穴穴holehole。這一現(xiàn)象稱為這一現(xiàn)象稱為本本征激發(fā)。征激發(fā)。二、本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理 1.載流子:自由電子和空穴 *+4+4+4+4自由電子空穴束縛電子第5頁(yè)/共42頁(yè)6+4+4+4+4在其它力的作用下，空穴吸引附近在

8、其它力的作用下，空穴吸引附近的價(jià)電子來(lái)填補(bǔ)，這樣的結(jié)果相當(dāng)?shù)膬r(jià)電子來(lái)填補(bǔ)，這樣的結(jié)果相當(dāng)于空穴的遷移，而空穴的遷移相當(dāng)于空穴的遷移，而空穴的遷移相當(dāng)于正電荷的移動(dòng)，因此可以認(rèn)為空于正電荷的移動(dòng)，因此可以認(rèn)為空穴是載流子。穴是載流子。本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即自由電子自由電子和和空穴空穴。2.本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理當(dāng)半導(dǎo)體兩端加上外電壓時(shí)，本征半導(dǎo)當(dāng)半導(dǎo)體兩端加上外電壓時(shí)，本征半導(dǎo)體中會(huì)形成電流，由兩部分組成：體中會(huì)形成電流，由兩部分組成： 1. 電子電流電子電流：自由電子移動(dòng)產(chǎn)生的電流。：自由電子移動(dòng)產(chǎn)生的電流。2. 空穴電流空穴電流：空穴移

9、動(dòng)（價(jià)電子遞補(bǔ)空：空穴移動(dòng)（價(jià)電子遞補(bǔ)空穴）產(chǎn)生的電流。穴）產(chǎn)生的電流。本征半導(dǎo)體導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。本征半導(dǎo)體導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。溫度溫度越高，載流子的濃度越高。因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)，溫度是影響越高，載流子的濃度越高。因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)，溫度是影響半導(dǎo)體性能的重要外部因素，這是半導(dǎo)體的一大特點(diǎn)。半導(dǎo)體性能的重要外部因素，這是半導(dǎo)體的一大特點(diǎn)。第6頁(yè)/共42頁(yè)7在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)（在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)（離子注入工藝離子注入工藝） ，就會(huì)使半導(dǎo)體的，就會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加。導(dǎo)電性能

10、發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加。P 型半導(dǎo)體：型半導(dǎo)體：空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也稱為（空穴半導(dǎo)體）。空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也稱為（空穴半導(dǎo)體）。N 型半導(dǎo)體：型半導(dǎo)體：自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也稱為（電子半導(dǎo)體）。自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也稱為（電子半導(dǎo)體）。1.1.1 1.1.1 雜質(zhì)半導(dǎo)體extrinsic extrinsic semiconductorsemiconductor 一、N 型半導(dǎo)體 N-type semiconductor：N指negative。在硅或鍺晶體中摻入少量的五價(jià)元素磷，晶體中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代

11、，磷原子的最外層有五個(gè)價(jià)電子，其中四個(gè)與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵，必定多出一個(gè)電子，這個(gè)電子幾乎不受束縛，很容易被激發(fā)而成為自由電子，這樣磷原子就成了不能移動(dòng)的帶正電的離子。例如：例如：2727，純硅約有自由電子或空，純硅約有自由電子或空穴穴1.51.510101010個(gè)個(gè)/cm/cm3 3，摻雜為，摻雜為N N 型半導(dǎo)體后自由電子數(shù)增加幾十萬(wàn)倍，空穴數(shù)減少為型半導(dǎo)體后自由電子數(shù)增加幾十萬(wàn)倍，空穴數(shù)減少為2.32.310105 5個(gè)個(gè)/cm3/cm3二、P 型半導(dǎo)體 P-type semiconductor：P指positive。在硅或鍺晶體中摻入少量的三價(jià)元素，如硼（或銦），晶體點(diǎn)陣中的某

12、些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，硼原子的最外層有三個(gè)價(jià)電子，與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)空穴。這個(gè)空穴可能吸引束縛電子（價(jià)電子）來(lái)填補(bǔ)，使得硼原子成為不能移動(dòng)的帶負(fù)電的離子。第7頁(yè)/共42頁(yè)8+4+4+5+4多余多余電子電子磷原子磷原子一、N 型半導(dǎo)體 N-type semiconductor空穴空穴硼原子硼原子+4+4+3+4N 型半導(dǎo)體中的載流子是什么？型半導(dǎo)體中的載流子是什么？1.1.由磷原子提供的電子，濃度與磷原子相同。由磷原子提供的電子，濃度與磷原子相同。2.2.本征半導(dǎo)體中成對(duì)產(chǎn)生的自由電子和空穴。本征半導(dǎo)體中成對(duì)產(chǎn)生的自由電子和空穴。摻雜濃度遠(yuǎn)大于本征半導(dǎo)體中載流子濃度，所以

13、，自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度。多數(shù)載流子（多子）：自由電子少數(shù)載流子（少子）：空穴P 型半導(dǎo)體中：多數(shù)載流子：空穴少數(shù)載流子：電子P 型半導(dǎo)體中的載流子是什么？型半導(dǎo)體中的載流子是什么？二、P 型半導(dǎo)體 P-type semiconductor第8頁(yè)/共42頁(yè)9P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體雜質(zhì)型半導(dǎo)體多數(shù)載流子和少數(shù)載流子的移動(dòng)都能形成電流。但由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主要是多數(shù)載流子。近似認(rèn)為多子與雜質(zhì)濃度相等。雜質(zhì)型半導(dǎo)體整體是不帶電的。三、雜質(zhì)半導(dǎo)體的符號(hào)第9頁(yè)/共42頁(yè)10P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)E漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使空間

14、擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使空間電荷區(qū)逐漸加寬。電荷區(qū)逐漸加寬。內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，就使漂移運(yùn)動(dòng)就使漂移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)使空間電荷區(qū)變薄。變薄。在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造P 型半導(dǎo)體和N 型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流子的擴(kuò)散，在它們的交界面處就形成了PN 結(jié) PN junction。1.1.2 1.1.2 PN PN 結(jié)及其單向?qū)щ娦?PNPN 結(jié)的形成第10頁(yè)/共42頁(yè)11所以擴(kuò)散和漂移這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，相當(dāng)于兩個(gè)區(qū)之間沒有電荷運(yùn)動(dòng)，空間電荷區(qū)的寬度固定不變。漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)E第11頁(yè)/共42頁(yè)12+空間電

15、空間電荷區(qū)荷區(qū)N型區(qū)型區(qū)P型區(qū)型區(qū)注意:1.1.空間電荷區(qū)中沒有載流子。空間電荷區(qū)中沒有載流子。2.2.空間電荷區(qū)中內(nèi)電場(chǎng)阻礙空間電荷區(qū)中內(nèi)電場(chǎng)阻礙P P中的空穴中的空穴. .N區(qū)區(qū)中的電子（中的電子（都是都是多數(shù)載多數(shù)載流子流子）向?qū)Ψ竭\(yùn)動(dòng)（）向?qū)Ψ竭\(yùn)動(dòng)（擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)）。）。3.3.P 區(qū)中的電子和區(qū)中的電子和N區(qū)中的空穴（區(qū)中的空穴（都是都是少數(shù)載流子少數(shù)載流子），數(shù)量有限，），數(shù)量有限，因此由它們形成的電流很小。因此由它們形成的電流很小。第12頁(yè)/共42頁(yè)13正向偏置正向偏置:PN 結(jié)加正向電壓結(jié)加正向電壓(P+,N-) ，即，即:P 區(qū)加正、區(qū)加正、N 區(qū)加負(fù)電壓。區(qū)加負(fù)電壓。反向

16、偏置反向偏置:PN 結(jié)加反向電壓結(jié)加反向電壓(P-,N+) ，即，即: P區(qū)加負(fù)、區(qū)加負(fù)、N 區(qū)加正電壓。區(qū)加正電壓。PNPN結(jié)的單向?qū)щ娦評(píng)nilateral conductivityunilateral conductivityPN結(jié)的單向?qū)щ娦裕赫?正向偏置。PN結(jié)正向電流(PN)大，正向電阻(PN)小。反偏:反向偏置。PN結(jié)反向電流(NP)小，反向電阻(NP)大。內(nèi)電場(chǎng)被削弱，加強(qiáng)多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，形成較大的正向擴(kuò)散電流。內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)外電場(chǎng)變薄變薄內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)外電場(chǎng)變厚變厚REPN+_+內(nèi)電場(chǎng)被加強(qiáng)，加強(qiáng)少子漂移運(yùn)動(dòng)，形成較小的反向漂移電流。正偏反偏REPN_+PN結(jié)的光生伏

17、打效應(yīng)：受到光照后能產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。可制造光電池。 第13頁(yè)/共42頁(yè)141.2.11.2.1基本結(jié)構(gòu)：基本結(jié)構(gòu)：PN 結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。引線引線外殼線外殼線觸絲線觸絲線基片基片點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型PN結(jié)結(jié)面接觸型面接觸型PN二極管二極管的電路的電路符號(hào)：符號(hào)：1.21.2 半導(dǎo)體二極管diodediode實(shí)際二極管電流小，適用于高頻和小功率工作，常用作數(shù)字電路中的開關(guān)元件電流大，適用于低頻和大功率工作，常用來(lái)整流第14頁(yè)/共42頁(yè)15死區(qū)電壓死區(qū)電壓 硅管硅管0.6V,鍺管鍺管0.2V。導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降: : 硅管硅管0.60.7V,鍺管鍺管

18、0.20.3V。反向擊穿反向擊穿電壓電壓UBR1.2.21.2.2伏安特性 volt-ampere volt-ampere characteristiccharacteristic 理想伏安特性正向?qū)〞r(shí)：正向壓降為零，正向電阻為零，正向電流？反向截止時(shí)：反向壓降？反向電阻無(wú)窮大，反向電流為零。實(shí)際伏安特性導(dǎo)通壓降: 硅管0V,鍺管0VUIUBR導(dǎo)通壓降: 硅管0.60.7V,鍺管0.20.3VUIUBRUI結(jié)合伏安特性，如何理解“正偏導(dǎo)通，反偏截止”？正向特性 反向特性 伏安特性上，普通二極管工作范圍是哪段曲線？PN+-正向偏置正向偏置PN-+反向偏置反向偏置第15頁(yè)/共42頁(yè)161. 最大

19、整流電流最大整流電流 IOM ：二極管長(zhǎng)期使用時(shí)，允許流過二極管的最大正向平二極管長(zhǎng)期使用時(shí)，允許流過二極管的最大正向平均電流。均電流。2. 反向擊穿電壓反向擊穿電壓UBR：二極管反向擊穿時(shí)的電壓值。擊穿時(shí)反向電流劇增，二極管反向擊穿時(shí)的電壓值。擊穿時(shí)反向電流劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐模踔吝^熱而燒壞。手冊(cè)上給出的最高反向工作電壓二極管的單向?qū)щ娦员黄茐模踔吝^熱而燒壞。手冊(cè)上給出的最高反向工作電壓URWM一般是一般是UBR的一半。的一半。隧道擊穿（也叫齊納擊穿）隧道擊穿（也叫齊納擊穿）擊穿電壓小于擊穿電壓小于6V，有負(fù)的溫，有負(fù)的溫度系數(shù)；度系數(shù)；雪崩擊穿雪崩擊穿，擊穿電壓大于，擊穿電壓

20、大于6V，有正的溫度系數(shù)。，有正的溫度系數(shù)。 1.2.31.2.3主要參數(shù)直流參數(shù)3. 反向電流反向電流 IR ：指二極管加反向峰值工作電壓時(shí)的反向電流。反向電流大，指二極管加反向峰值工作電壓時(shí)的反向電流。反向電流大，說(shuō)明管子的單向?qū)щ娦圆?，因此反向電流越小越好。反向電流受溫度的影響，說(shuō)明管子的單向?qū)щ娦圆睿虼朔聪螂娏髟叫≡胶?。反向電流受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流要比硅管大幾溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流要比硅管大幾十到幾百倍。十到幾百倍。反向飽和電流：反向飽和電流：本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的，故少子本征激發(fā)決定的少子濃

21、度是一定的，故少子形成的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的大小無(wú)關(guān)，這個(gè)電流也稱形成的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的大小無(wú)關(guān)，這個(gè)電流也稱為為反向飽和電流。反向飽和電流。 以上均是二極管的直流參數(shù)，二極管的應(yīng)用是主要利用它的單向?qū)щ娦裕饕獞?yīng)用于整流、限幅、保護(hù)等等。下面介紹兩個(gè)交流參數(shù)。第16頁(yè)/共42頁(yè)17（4 4）微變電阻）微變電阻 r rD DiDuDIDUDQr rD D 是二極管特性曲線上工作點(diǎn)是二極管特性曲線上工作點(diǎn)Q Q 附附近電壓的變化與電流的變化之比：近電壓的變化與電流的變化之比：DDDiur顯然，顯然，r rD D是對(duì)是對(duì)Q Q附近的微小變化區(qū)域內(nèi)的電阻。

22、附近的微小變化區(qū)域內(nèi)的電阻。 uD iD1.2.31.2.3主要參數(shù)交流參數(shù)（5 5）二極管的極間電容）二極管的極間電容二極管兩極之間有電容，由兩部分組成：二極管兩極之間有電容，由兩部分組成：勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容C CB B和和擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容C CD D。勢(shì)壘電容：勢(shì)壘電容：當(dāng)電壓變化時(shí)，就會(huì)引起積累在勢(shì)壘區(qū)（積累空當(dāng)電壓變化時(shí)，就會(huì)引起積累在勢(shì)壘區(qū)（積累空間電荷的區(qū)域）的空間電荷的變化，這樣所表現(xiàn)出的電容是間電荷的區(qū)域）的空間電荷的變化，這樣所表現(xiàn)出的電容是勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容。第17頁(yè)/共42頁(yè)18C CB B在正向和反向偏置時(shí)均不能忽略。而反向偏置時(shí)，由于載流在正向和反向偏置時(shí)均不能忽略。而反

23、向偏置時(shí)，由于載流子數(shù)目很少，擴(kuò)散電容可忽略。子數(shù)目很少，擴(kuò)散電容可忽略。PN PN 結(jié)高頻小信號(hào)時(shí)的等效電路結(jié)高頻小信號(hào)時(shí)的等效電路勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容的綜合效應(yīng)rd二極管的微變電阻和二極管的微變電阻和極間電容為交流參數(shù)極間電容為交流參數(shù)擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容CD ：為了形成正向電流（擴(kuò)散為了形成正向電流（擴(kuò)散電流），注入電流），注入P P 區(qū)的少子（電子）在區(qū)的少子（電子）在P P 區(qū)有濃度差，越靠近區(qū)有濃度差，越靠近PNPN結(jié)濃度越大，即在結(jié)濃度越大，即在P P 區(qū)有電子的積累。同理，在區(qū)有電子的積累。同理，在N N區(qū)有空穴區(qū)有空穴的積累。正向電流大，積累的電荷多。這的積累。正向電流大，積累的電

24、荷多。這樣所產(chǎn)生的電容就是擴(kuò)散電容樣所產(chǎn)生的電容就是擴(kuò)散電容C CD D。P+-N第18頁(yè)/共42頁(yè)19例例1 1：D D6V6V12V12V3k3k B BA AU UABAB+ +1.3 1.3 半導(dǎo)體二極管的簡(jiǎn)單應(yīng)用限幅、鉗位、整流、檢波、保護(hù)電路、開關(guān)元件解：解：第19頁(yè)/共42頁(yè)20V sin18itu t 第20頁(yè)/共42頁(yè)21RLuiuouiuott二極管應(yīng)二極管應(yīng)用舉例用舉例1：二極管半二極管半波整流波整流整流電路整流電路是把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髅}動(dòng)的電壓。常見的小功率整流電路，有單相半是把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髅}動(dòng)的電壓。常見的小功率整流電路，有單相半波、全波、橋式整流等。波、全波

25、、橋式整流等。二極管：二極管：死區(qū)電壓死區(qū)電壓=0 .5V=0 .5V，正向壓降，正向壓降 0.7V(0.7V(硅二極管硅二極管) )。為分析簡(jiǎn)單起見，我們把二極管當(dāng)作理想元件處理，為分析簡(jiǎn)單起見，我們把二極管當(dāng)作理想元件處理，理想二極管，理想二極管，即二極管的正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無(wú)窮大。即，死區(qū)電壓即二極管的正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無(wú)窮大。即，死區(qū)電壓=0 =0 ，正向壓降正向壓降=0=0 1.4二極管整流電路rectifier circuit第21頁(yè)/共42頁(yè)22電源變壓器電源變壓器: 將交流電網(wǎng)電壓將交流電網(wǎng)電壓u1變?yōu)楹线m的交流電壓變?yōu)楹线m的交流電壓u2。整整 流流 電電

26、路路濾濾 波波 電電 路路穩(wěn)穩(wěn) 壓壓 電電 路路u1u2u3u4uo整整 流流 電電 路路濾濾 波波 電電 路路穩(wěn)穩(wěn) 壓壓 電電 路路 整流電路整流電路: 將交流電壓將交流電壓u2變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓u3。濾波電路濾波電路: 將脈動(dòng)直流電壓將脈動(dòng)直流電壓u3轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷恨D(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷簎4。穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路: 清除電網(wǎng)波動(dòng)及負(fù)載變化的影響清除電網(wǎng)波動(dòng)及負(fù)載變化的影響,保持輸出電壓保持輸出電壓u0的穩(wěn)定。的穩(wěn)定。R RL L第22頁(yè)/共42頁(yè)23t uDOu u 負(fù)半周，V Va a 0 0 時(shí)時(shí)D1,D3導(dǎo)通D2,D4截止電流通路:由+經(jīng)D1RLD3-u u2 20

27、 ucu2uc，D1D3D1D3導(dǎo)通，導(dǎo)通，電容充電，電容充電，u0=u2u0=u2；mnmn段段， u2u2正弦規(guī)正弦規(guī)律下降，律下降，ucuc也下降，過了也下降，過了n n點(diǎn)后，點(diǎn)后， u2ucu2uc，D1D3D1D3截止，電容通過截止，電容通過RLRL放電，放電，u0=ucu0=uc；n1n1段段， D1D3D1D3截止，電容通過截止，電容通過RLRL放電，放電，u0=ucu0=uc；1k1k段段， 進(jìn)入負(fù)半周，進(jìn)入負(fù)半周，D1D3D1D3截止；截止；-u2uc-u2uc-u2uc，D2D4D2D4導(dǎo)通，電容充導(dǎo)通，電容充電，電，u0=-u2u0=-u2；往后重復(fù)以上過程往后重復(fù)以上過

28、程mn012km第30頁(yè)/共42頁(yè)31一般取一般取2T5)(3CRLd (T:電源電壓的周期電源電壓的周期)近似估算近似估算:U0=1.2U2。(2) 流過二極管瞬時(shí)電流很大流過二極管瞬時(shí)電流很大RLC越大越大U0越高越高,負(fù)載電流的平均值越大負(fù)載電流的平均值越大整流整流管導(dǎo)電時(shí)間越短管導(dǎo)電時(shí)間越短iD的峰值電流越大的峰值電流越大故一般選管時(shí)，取故一般選管時(shí)，取L00DFRU213)(22I3)(2I 電容濾波電路的特點(diǎn)電容濾波電路的特點(diǎn)(1) 輸出電壓輸出電壓U0與時(shí)間常數(shù)與時(shí)間常數(shù)RLC有關(guān)有關(guān)RLC愈大愈大電容器放電愈慢電容器放電愈慢U0(平均值平均值)愈大，愈大，第31頁(yè)/共42頁(yè)32

29、輸出波形隨負(fù)載電阻輸出波形隨負(fù)載電阻RL或或C的變化而改變的變化而改變,U0和和S也隨之改變。也隨之改變。如如:RL愈小愈小(I0越大越大),U0下降多下降多,S增大。增大。電容濾波電路適用于輸出電壓較高電容濾波電路適用于輸出電壓較高,負(fù)載電負(fù)載電流較小且負(fù)載變動(dòng)不大的場(chǎng)合。流較小且負(fù)載變動(dòng)不大的場(chǎng)合。(3)、輸出特性、輸出特性(外特性外特性):uL電容濾波電容濾波純電阻負(fù)載純電阻負(fù)載1.4U20.9U20IL結(jié)論結(jié)論第32頁(yè)/共42頁(yè)33例題例題有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率 f f=50Hz=50Hz，負(fù)載電阻 R RL L = = 200200 ，要求直流輸出電壓U Uo o

30、=30V=30V，選擇整流二極管及濾波電容器。V 352522DRM UU A075020030212121LOOD.RUII uRLuo+C解：（25V1.230 21O .UU可選用二極管可選用二極管2CP112CP11I IOM OM =100mA =100mA U UDRM DRM =50V=50V （2）選擇濾波電容器）選擇濾波電容器S 05. 02501525LTCR取已知已知 RL = 50 F250F102502000.05 05. 06LRC則，可選用可選用C=250 F，耐壓為，耐壓為50V的極性電容器的極性電容器第33頁(yè)/共42頁(yè)34（1）濾波原理）濾波原理: 對(duì)直流分量

31、對(duì)直流分量( f=0):XL=0 相當(dāng)于短路相當(dāng)于短路,電壓大部分降在電壓大部分降在RL上。上。 對(duì)諧波分量對(duì)諧波分量: f 越高越高,XL越大越大,電壓大部分降在電壓大部分降在XL上。上。因此因此,在輸出在輸出端得到比較平滑的直流電壓。端得到比較平滑的直流電壓。U0=0.9U2 當(dāng)忽略電感線圈的直流電阻時(shí)，輸出平均電壓約為：當(dāng)忽略電感線圈的直流電阻時(shí)，輸出平均電壓約為：u2u1RLLu06. 有電感濾波的整流電路有電感濾波的整流電路（2）電感濾波的特點(diǎn)）電感濾波的特點(diǎn): 整流管導(dǎo)電角較大，峰值電流很小，輸出特性比較平坦，適整流管導(dǎo)電角較大，峰值電流很小，輸出特性比較平坦，適用于低電壓大電流用

32、于低電壓大電流(RL較小較小)的場(chǎng)合。的場(chǎng)合。 缺點(diǎn)是電感鐵芯笨重缺點(diǎn)是電感鐵芯笨重,體體積大積大,易引起電磁干擾。易引起電磁干擾。第34頁(yè)/共42頁(yè)35為了改善濾波特性，可采取多級(jí)濾波的辦法為了改善濾波特性，可采取多級(jí)濾波的辦法, 如如在電容濾波后再接一級(jí)在電容濾波后再接一級(jí)RC濾波電路，或在電感濾波濾波電路，或在電感濾波后面再接一電容。從而構(gòu)成后面再接一電容。從而構(gòu)成RC- 型或型或L-C型濾波電型濾波電路，其性能及應(yīng)用場(chǎng)合分別與電容濾波和電感濾波路，其性能及應(yīng)用場(chǎng)合分別與電容濾波和電感濾波相似相似 。u0Ru2u1C1C2u0 RL7. RC- 濾波濾波第35頁(yè)/共42頁(yè)36UIIZIZ

33、max UZ IZ曲線越陡，穩(wěn)壓性能越好。曲線越陡，穩(wěn)壓性能越好。+-UZ動(dòng)態(tài)電阻：動(dòng)態(tài)電阻：ZZIUZrrz越小，穩(wěn)壓性能越好。越小，穩(wěn)壓性能越好。1.5 1.5 穩(wěn)壓二極管zener diodezener diode伏安特性上，穩(wěn)壓二極管工作范圍是哪段曲線？利用穩(wěn)壓二極管或普通二極管的正向壓降，是否也可以穩(wěn)壓？第36頁(yè)/共42頁(yè)37（4）穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流IZ、最大、最小穩(wěn)定電流最大、最小穩(wěn)定電流Izmax、Izmin。（5）最大允許功耗）最大允許功耗maxZZZMIUP穩(wěn)壓二極管的參數(shù)穩(wěn)壓二極管的參數(shù)（1）穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓 UZ（2）電壓溫度系數(shù)電壓溫度系數(shù) U（%/）穩(wěn)壓值受溫度變化影響

34、的的系數(shù)。穩(wěn)壓值受溫度變化影響的的系數(shù)。（3）動(dòng)態(tài)電阻）動(dòng)態(tài)電阻ZZIUZr穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路 穩(wěn)壓原理穩(wěn)壓原理uoiZDZRiLiuiRL+限流電阻限流電阻+ui uo Uz 穩(wěn)壓穩(wěn)壓管特管特性性iz i uR Uo穩(wěn)定穩(wěn)定第37頁(yè)/共42頁(yè)38穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用舉例穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用舉例uoiZDZRiLiuiRL5mA 20mA, V,10minmaxzzzWIIU穩(wěn)壓管的技術(shù)參數(shù):解：解：令輸入電壓達(dá)到上限時(shí)，流過穩(wěn)壓管的電流為令輸入電壓達(dá)到上限時(shí)，流過穩(wěn)壓管的電流為Izmax 求：求：電阻電阻R和輸入電壓和輸入電壓 ui 的正常值。的正常值。mA25maxLZWzRUIi102521RUi

35、Ru.zWi方程方程1負(fù)載電阻RL=2k。要求當(dāng)輸入電壓由正常值發(fā)生 20%波動(dòng)時(shí)，負(fù)載電壓基本不變。令輸入電壓降到下限時(shí)，流過穩(wěn)壓管的電流為令輸入電壓降到下限時(shí)，流過穩(wěn)壓管的電流為Izmin mA10minLZWzRUIi101080RUiRu.zWi方程方程2聯(lián)立方程聯(lián)立方程1、2，可解得：，可解得：k50V7518.R,.ui第38頁(yè)/共42頁(yè)39反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而上升。反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而上升。IV照度增加照度增加1.6 1.6 光敏二極管 1.7 1.7 發(fā)光二極管 photosensitive diodephotosensitive diode LED: liLED:

36、 light-emitting ght-emitting diodediode有正向電流流過時(shí)，發(fā)出一定波長(zhǎng)范有正向電流流過時(shí)，發(fā)出一定波長(zhǎng)范圍的光，目前的發(fā)光管可以發(fā)出從紅外圍的光，目前的發(fā)光管可以發(fā)出從紅外到可見波段的光，它的電特性與一般二到可見波段的光，它的電特性與一般二極管類似。極管類似。開關(guān)二極管、光電二極管可用于光的測(cè)量，可當(dāng)光電二極管可用于光的測(cè)量，可當(dāng)做一種能源做一種能源( (光電池光電池) )。半導(dǎo)體照明：半導(dǎo)體中載流子發(fā)生復(fù)合時(shí)放出過剩的能量而引起光子發(fā)射。節(jié)節(jié)能能80% 80% ；壽命長(zhǎng)壽命長(zhǎng)1010倍倍 ，6 6萬(wàn)到萬(wàn)到1010萬(wàn)小時(shí)萬(wàn)小時(shí) ；2562562562562

37、56 256 種顏色種顏色；環(huán)保，環(huán)保，光譜光譜中沒有紫外線和紅外線，既沒有熱量，也沒有輻射，眩光小，而且廢棄物可回中沒有紫外線和紅外線，既沒有熱量，也沒有輻射，眩光小，而且廢棄物可回收收 ；數(shù)字信息化產(chǎn)品數(shù)字信息化產(chǎn)品，在線編程，無(wú)限升級(jí)，靈活多變的特點(diǎn)，在線編程，無(wú)限升級(jí)，靈活多變的特點(diǎn) 。預(yù)計(jì)2010年中國(guó)整個(gè)LED產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值將超過1500億元。 LED電視第39頁(yè)/共42頁(yè)405 5 直流穩(wěn)壓電源u1u2u1abD4D2D1D3u0CRLiZDZ直流穩(wěn)壓電源的作用：輸出穩(wěn)定的直流電壓。直流穩(wěn)壓電源的作用：輸出穩(wěn)定的直流電壓。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路集成穩(wěn)壓電源單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小單片集成

38、穩(wěn)壓電源，具有體積小,可靠性高可靠性高,使用靈活使用靈活,價(jià)格低價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。最簡(jiǎn)單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共引出端廉等優(yōu)點(diǎn)。最簡(jiǎn)單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共引出端,故稱之為三端集成穩(wěn)壓器。本節(jié)主要介紹常用的故稱之為三端集成穩(wěn)壓器。本節(jié)主要介紹常用的W7800系列系列三端三端集成穩(wěn)壓器，其內(nèi)部也是串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路。該組件的外形集成穩(wěn)壓器，其內(nèi)部也是串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路。該組件的外形如下圖，穩(wěn)壓器的硅片封裝在普通功率管的外殼內(nèi)，電路內(nèi)部附如下圖，穩(wěn)壓器的硅片封裝在普通功率管的外殼內(nèi)，電路內(nèi)部附有短路和過熱保護(hù)環(huán)節(jié)。有短路和過熱保護(hù)環(huán)節(jié)。第40頁(yè)/共42頁(yè)41三端集成穩(wěn)壓電源

39、三端集成穩(wěn)壓電源分類分類:型號(hào)后型號(hào)后XX兩位數(shù)字兩位數(shù)字代表輸出電壓值。代表輸出電壓值。輸出電壓額定電壓值輸出電壓額定電壓值有有: 5V: 5V、9V9V、12V 12V 、18V18V、 24V24V等等 。三端集成穩(wěn)壓器固定式可調(diào)式正穩(wěn)壓W78XX負(fù)穩(wěn)壓W79XX1端端: 輸入端輸入端2端端: 公共端公共端3端端: 輸出端輸出端W78XX外形外形1231端端: 公共端公共端2端端: 輸入端輸入端3端端: 輸出端輸出端W79XX外形外形123第41頁(yè)/共42頁(yè)42例子：輸出為固定例子：輸出為固定+5V電壓電壓UOCOW7805 CIUI+_1320.11 F1F+_一 輸出為固定電壓的電路

40、 二 輸出正負(fù)電壓的電路UOW7805CIUI+ _UO132+ _CIW790513COCO2例子：輸出為例子：輸出為5V電壓電壓u1u2u1abD4D2D1D3u0CRLUOCOW78XX CIUI+_1320.11 F1F+_第42頁(yè)/共42頁(yè)431. 最大整流電流最大整流電流 IOM ：二極管長(zhǎng)期使用時(shí)，允許流過二極管的最大正向平二極管長(zhǎng)期使用時(shí)，允許流過二極管的最大正向平均電流。均電流。2. 反向擊穿電壓反向擊穿電壓UBR：二極管反向擊穿時(shí)的電壓值。擊穿時(shí)反向電流劇增，二極管反向擊穿時(shí)的電壓值。擊穿時(shí)反向電流劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐?，甚至過熱而燒壞。手冊(cè)上給出的最高反向工作電壓

41、二極管的單向?qū)щ娦员黄茐模踔吝^熱而燒壞。手冊(cè)上給出的最高反向工作電壓URWM一般是一般是UBR的一半。的一半。隧道擊穿（也叫齊納擊穿）隧道擊穿（也叫齊納擊穿）擊穿電壓小于擊穿電壓小于6V，有負(fù)的溫，有負(fù)的溫度系數(shù)；度系數(shù)；雪崩擊穿雪崩擊穿，擊穿電壓大于，擊穿電壓大于6V，有正的溫度系數(shù)。，有正的溫度系數(shù)。 1.2.31.2.3主要參數(shù)直流參數(shù)3. 反向電流反向電流 IR ：指二極管加反向峰值工作電壓時(shí)的反向電流。反向電流大，指二極管加反向峰值工作電壓時(shí)的反向電流。反向電流大，說(shuō)明管子的單向?qū)щ娦圆睿虼朔聪螂娏髟叫≡胶?。反向電流受溫度的影響，說(shuō)明管子的單向?qū)щ娦圆?，因此反向電流越小越好。反?/p>

42、電流受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流要比硅管大幾溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流要比硅管大幾十到幾百倍。十到幾百倍。反向飽和電流：反向飽和電流：本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的，故少子本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的，故少子形成的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的大小無(wú)關(guān)，這個(gè)電流也稱形成的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的大小無(wú)關(guān)，這個(gè)電流也稱為為反向飽和電流。反向飽和電流。 以上均是二極管的直流參數(shù)，二極管的應(yīng)用是主要利用它的單向?qū)щ娦?，主要?yīng)用于整流、限幅、保護(hù)等等。下面介紹兩個(gè)交流參數(shù)。第16頁(yè)/共42頁(yè)44（4 4

43、）微變電阻）微變電阻 r rD DiDuDIDUDQr rD D 是二極管特性曲線上工作點(diǎn)是二極管特性曲線上工作點(diǎn)Q Q 附附近電壓的變化與電流的變化之比：近電壓的變化與電流的變化之比：DDDiur顯然，顯然，r rD D是對(duì)是對(duì)Q Q附近的微小變化區(qū)域內(nèi)的電阻。附近的微小變化區(qū)域內(nèi)的電阻。 uD iD1.2.31.2.3主要參數(shù)交流參數(shù)（5 5）二極管的極間電容）二極管的極間電容二極管兩極之間有電容，由兩部分組成：二極管兩極之間有電容，由兩部分組成：勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容C CB B和和擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容C CD D。勢(shì)壘電容：勢(shì)壘電容：當(dāng)電壓變化時(shí)，就會(huì)引起積累在勢(shì)壘區(qū)（積累空當(dāng)電壓變化時(shí)，就會(huì)引起積累在勢(shì)壘區(qū)（積累空間電荷的區(qū)域）的空間電荷的變化，這樣所表現(xiàn)出的電容是間電荷的區(qū)域）的空間電荷的變化，這樣所表現(xiàn)出的電容是勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容。第17頁(yè)/共42頁(yè)45例例1 1：D D6V6V12V12V3k3k B BA AU UABAB+ +1.3 1.3 半導(dǎo)體二極管的簡(jiǎn)單應(yīng)用限幅、鉗位、整流、檢波、保護(hù)電路、開關(guān)元件解：解：第19頁(yè)/共42頁(yè)46t uDOu u 負(fù)半周，V Va a V V