第4章 半导体器件及基本放大电路L29

+4
硅原子
+4
+4
价电子
+4
+4
+4
+4
+4
4
在常温下自由电子和空穴的形成： • 本征半导体中有两种载流子——自由电子和空穴，它们是成对 出现的。
+4 +4 +4
《电工电子学》
成对消失
复合 温度是影响 半导体性能 的一个重要 的外部因素。
+4 空穴 +4 +4
自由电子
成对出现
+4 +4 +4
本征激发
10
2. PN 结的单向导电性 PN结正向导通 （1）外加正向电压 空间电荷区 N区电子进入空间电荷区
P区
外电场驱使P区的空穴进入空间 变窄 抵消一部分正空间电荷 电荷区抵消一部分负空间电荷
《电工电子学》
N区
I 扩散运动增强，形 成较大的正向电流
内电场方向 外电场方向
E
R
11
（2） 外加反向电压 PN结的单向导电性
1. 本征半导体
完全纯净、结构完整的半导体晶体。 纯度：99.9999999%，“九个9”。 它在物理结构上呈单晶体形态。 常用的本征半导体：
Si
+14
2 8 4
Ge
+32
2 8 18 4
+4表示除 去价电子 后的原子
+4
☺
3
《电工电子学》
共价键结构：每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。
+4
5
《电工电子学》
• 在外电场的作用下， 产生电流—— 电子流和空穴流
+4
+4 价电子填补空穴
+4 电子移动方向
空穴移动方向 +4 +4 +4
外电场方向
6
《电工电子学》
２. 杂质型半导体 （1）N型半导体
在硅或锗的晶体中掺 入少量的五价元素如 磷，则形成N型半导体。
+4 +4 +4
正离子
+4 +4 +5
29
2) 电压、电流的计算
• 整流电压平均值（UO）
u2
2 U2
《电工电子学》
2 2U 2 0.9U UO 2 • 整流电流平均值（IO） UO U2 IO 09 RL RL
• 二极管流过的平均电流
0
uO
2 U2

2
3
t
0

iO Im 0 uD
0
2 U2
2
3
t
1 I D IO 2
u2 2U2
0
《电工电子学》
uO
2 U2

2
3
t
• 输出电流平均值（IO） 0.45U2 UO = IO= RL RL • 二极管流过的平均电流 ID= IO • 二极管承受的最大反向电压 UDRM= 2 U2
0
iO
Im
0

2
3
t

uD
0
2 U2
2
3
t t
2
3
☺
(P30)
+4
+4
+4
负离子
+4 +4 +3
硼原子
+4
空穴
填补空位
+4 +4 +4
空穴数（多子）>>电子数（少子）
8
4.1.2 PN结及其单向导电性
《电工电子学》
1. PN结的形成 在交界面处由于多子浓度上的差异， N区的电子要向P区扩 散， P区的空穴也要向N区扩散。随着扩散在交界面附近，P区 的空穴和N区的电子都将消失，形成空间电荷区，即为PN结。
3k 6V 12V
+ –
A
UAB B
22
《电工电子学》
例5 电路如图所示，理想二极管，当输入电压分别
为0V和3V时，求输出电压uo的值。
5V
VCC
4.7K
解：
二极管工作状态
u I1
D1
uI1 u0 0V 0V 3V 3V
uI2 D1 0V 3V 0V 3V 导通 D2 导通
u0 0V 0V 0V
P区
空间电荷区 P区的空穴向N区扩散并与电子复合
N区
N区的电子向P区扩散并与空穴复合 内电场方向
9
《电工电子学》
在一定的条件下，多子扩散与少子漂移达到动态平衡，空间 电荷区的宽度基本上稳定下来。
P区
空间电荷区
N区
多子扩散 内电场方向 少子漂移 离子不能移动，空间电荷区有很高的电阻率，故又叫阻挡层， 或叫耗尽层(载流子耗尽了)。
反向 特性 正向 特性
I
☺
+
U
-
17
《电工电子学》
• 近似特性
简
当电源电压与二极管导通时的正向 电压降相差不多时
正向导通：硅管0.7V，锗管0.2V。 反向截止(电压小于导通的正向电压)： 电流为0，电阻为∞。 • 理想特性 当电源电压远大于二极管导通时的 正向电压降时： 正向导通：管压降为0，电阻也为0； 反向截止：电流为0，电阻为∞。
V阳 >V阴 ，二极管导通，若忽略 管压降，二极管可看作短路， UAB =－ 6V
☺ห้องสมุดไป่ตู้
21
例3
电路如图，二极管正向导通电压可忽略不计， 求：UAB VD
2
《电工电子学》
解： 取 B 点作参考点，
VD１
V1 阳 =－6 V，V2 阳 =0 V ， V1 阴 = V2 阴 ， 由于V2 阳电压高，因此VD2导通。 若忽略二极管正向压降，二极管VD2可看作短 路，UAB = 0 V ，VD1截止。
整流电路为 电容充电
a u1 u1 D4 u2 D1 S C D2 b RL uO
t
D3
33
u2 • RL接入（且RLC较大）时 (忽略整流电路内阻) 当 u2 uC 时，有一对二极管
导通，对电容充电。
当 u2 uC 时，所有二极管均 截止，电容通过RL 放电， 放 电 RLC。
《电工电子学》
(P42)
40
主要参数：
《电工电子学》 自 学
（1）稳定电压UZ： 稳压管反向击穿状态下的稳定工作电压。 同一型号的稳压管，其稳定电压分布在某一数值范围内，但 就某一个稳压管来说，在温度一定时，其稳定电压是一个定值。 （2）稳定电流IZ： 保证稳压管具有正常稳压性能的最小工作电流。 （3）最大稳定电流IZmax：
简
T
io
u1
u2
C
RL
uo
LC 滤波电路输出电压波形更为平滑，滤波效果较好。
39
4.3.3 稳压电路 1. 稳压二极管
《电工电子学》
(P27)
简
又称齐纳二极管（构造实质上时一个面接触二极管） 硅稳压管与普通二极管伏安
特性相似。但硅稳压管这几
部分之间的转折更显著，击 穿电压比普通二极管低很多。 稳压管工作在它的反向击穿区。
空间电荷区变宽
《电工电子学》
多数载流子的扩散运动难于进行 外电场驱使空间电荷区两侧的空穴和自由电子移走
PN结反向截止
N区
P区
IR
少数载流子越过PN结 形成很小的反向电流
E
内电场方向 外电场方向
12
R
《电工电子学》
小结： 1、空间电荷区中没有载流子，又称耗尽层。 2、空间电荷区中内电场阻碍扩散运动的进行。 （扩散运动为多子形成的运动。）
简
t
uO
t
a u1 u1
D4
u2 D3 b D1 C D2
S uO RL
(P44)
34
只有整流电路输出电压 大于uo时，才有充电电 流。因此整流电路的输 uO 出电流是脉冲波。
u2
《电工电子学》
略
整流电路的 输出电流
t
t
a u1 u1 D4
u2
D3 b
D1
S
C D2
RL
uO
35
《电工电子学》
2. 复式滤波电路 LC滤波电路 L
T u1 u2 uD RL VD
u2
2 U2
《电工电子学》
0

2
3
t
uo
io
uo
2 U2
0
io
0

2
3
t
u2 正半周 负


uD
0
2 U2
2
3
t
t
用来将电源电压变换到直流负载 工作所需要的电压值。
(P41)
2
3
26
2) 电路计算
• 输出电压平均值（UO）
1 2π UO 0 uO d ωt 2π 2U 2 0 .45U 2 π
27
2. 单相桥式整流电路 1）电路结构及工作原理
T
u1 u2 b a
《电工电子学》
iO
RL
uO
简化
RL
28
u2
2 U2
《电工电子学》
0
uO

2
3
t
+ u2
D4 D1
iO
2 U2
0
D3
D2
RL
uO

-
iO Im 0
2
3
t
uD
0
2 U2


2 2
3