1、第第8 8章章 目錄目錄第第8 8章章 8 8 1 1 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，金屬一般都是導體。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，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。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另有一類物質的導電特性處于導體和絕緣體之間，稱為之間，稱為半導體半導體，如鍺、硅、砷化鎵和一些，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。硫化物、氧化物等。 半導體的導電機理不同于其它物質，所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：以它具有不同于其它物質

2、的特點。比如：熱敏性、光敏性、摻雜性。熱敏性、光敏性、摻雜性。當受外界熱和光的作用時，它的導當受外界熱和光的作用時，它的導電能力明顯變化。電能力明顯變化。往純凈的半導體中摻入某些雜質，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。會使它的導電能力明顯改變。在硅和鍺晶在硅和鍺晶體中，原子按四體中，原子按四角形系統組成晶角形系統組成晶體點陣，每個原體點陣，每個原子都處在正四面子都處在正四面體的中心，而四體的中心，而四個其它原子位于個其它原子位于四面體的頂點，四面體的頂點，每個原子與其相每個原子與其相臨的原子之間形臨的原子之間形成成共價鍵共價鍵，共用，共用一對價電子。一對價電子。完全純凈的

3、、結構完整的半完全純凈的、結構完整的半導體晶體，稱為導體晶體，稱為本征半導體本征半導體。本征半導體的共價鍵結構本征半導體的共價鍵結構硅原子硅原子價電子價電子+4+4+4+4空穴空穴自由電子自由電子第第8 8章章 8 8 1 1本征半導體的導電機理本征半導體的導電機理半導體中的電流半導體中的電流:自由電子電流和空穴電流。自由電子電流和空穴電流。第第8 8章章 8 8 1 1+4+4+41. N 型半導體型半導體在硅或鍺的晶體中在硅或鍺的晶體中 摻入摻入少量的五價元少量的五價元 素素,如磷。如磷。磷原子磷原子+4正離子正離子自由電子自由電子靠自由電子導電的半導體靠自由電子導電的半導體稱稱N型半導體

4、。型半導體。自由電子的總數大于空穴，自由電子的總數大于空穴，自由電子為多數載流子，自由電子為多數載流子，簡稱多子，空穴為少數載流簡稱多子，空穴為少數載流子，稱為少子。子，稱為少子。+5第第8 8章章 8 8 1 1+4+4+42. P 型半導體型半導體在硅或鍺的晶體中在硅或鍺的晶體中 摻入摻入少量的三價元少量的三價元 素素,如硼。如硼。硼硼原子原子+4負離子負離子空穴空穴靠空穴導電的半導體靠空穴導電的半導體稱稱P型半導體。型半導體。空穴的總數大于自由電子，空穴的總數大于自由電子，空穴為多數載流子，自由空穴為多數載流子，自由電子為少子。電子為少子。+3第第8 8章章 8 8 1 1雜質半導體的示

5、意表示法雜質半導體的示意表示法P P型半導體型半導體+N N型半導體型半導體第第8 8章章 8 8 1 1P 型型N 型型PN結結內電場方向內電場方向1. PN 結的形成結的形成多數載流子多數載流子少數載流子少數載流子內電場阻礙多數載流子的擴散運動，內電場阻礙多數載流子的擴散運動，加強少數載流子的漂移運動。加強少數載流子的漂移運動。第第8 8章章 8 8 1 1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，型半導體，經過載流子的擴散，在它們的交界面處就形成了經過載流子的擴散，在它們的交界面處就形成了PN結。結。第第8 8章章 8 8 1 1PN結

6、的形成結的形成內電場方向內電場方向外電場方向外電場方向RI2 . PN 結的特性結的特性 外加正向電壓外加正向電壓P 型型N 型型PN結結PN結變薄，結變薄，擴散運動增強，形成較大的正向電流擴散運動增強，形成較大的正向電流 I。PN結所處的狀態稱為結所處的狀態稱為正向導通，其特點：正向導通，其特點：PN結正向電流大，結正向電流大，PN結電阻小。結電阻小。E第第8 8章章 8 8 1 1內電場方向內電場方向外電場方向外電場方向RI 02 . PN 結的特性結的特性 外加反向電壓外加反向電壓P 型型N 型型PN結結PN結變厚，結變厚，漂移運動增強，擴散運動難以進行，反漂移運動增強，擴散運動難以進行

7、，反 向電流很小向電流很小 I。PN結所處的狀態稱為結所處的狀態稱為反向截止，其特點：反向截止，其特點：PN結反向電流小，結反向電流小，PN結電阻大。結電阻大。E第第8 8章章 8 8 1 11.點接觸型二極管點接觸型二極管PN結面積、結電容小，可通過結面積、結電容小，可通過小電流。用于高頻電路及小電小電流。用于高頻電路及小電流整流電路。流整流電路。半導體二極管是在一個半導體二極管是在一個PN結兩側加上電極引線而做成的結兩側加上電極引線而做成的+ PN陽極陽極 陰極陰極二極管的符號二極管的符號2.面接觸型二極管面接觸型二極管PN結面積、結電容大，結面積、結電容大，可通過大電流。用于可通過大電流

8、。用于低頻電路及大電流整低頻電路及大電流整流電路。流電路。第第8 8章章 8 8 2 2點接觸型點接觸型二極管按二極管按結構的分類結構的分類面接觸型面接觸型鍺鍺 管管二極管按二極管按材料分類材料分類硅硅 管管二極管按二極管按用途分類用途分類普通普通 管管 開關開關 管管 整流整流 管管 正向壓降正向壓降0.2-0.3正向壓降正向壓降0.6-0.7第第8 8章章 8 8 2 2半導體二極管圖片第第8 8章章 8 8 2 2600400200-0.1-0.200.40.8-50-100I / mAU / V正向特性正向特性反向擊反向擊穿特性穿特性硅管的伏安特性硅管的伏安特性I / mAU / V0

9、.40.8-40-802460.10.2鍺管的伏安特性鍺管的伏安特性正向特性正向特性反向特性反向特性反向特性反向特性死區電壓死區電壓死區電壓死區電壓 硅管硅管鍺管鍺管0.50.2正向電壓正向電壓 0.6-0.70.2-0.3反向電流反向電流 小小 幾微安幾微安大大 幾百微安幾百微安受溫度影響受溫度影響 小小大大第第8 8章章 8 8 2 2600400200-0.1-0.200.40.8-50-100I / mAU / V反向擊反向擊穿特性穿特性正向電壓正向電壓二極管的近似和理想伏安特性二極管的近似和理想伏安特性I / mAU / V01 . 額定正向平均電流額定正向平均電流 IF2 . 正向

10、電壓降正向電壓降 UF3 . 最高反向工作電壓最高反向工作電壓 UR4 . 最大反向電流最大反向電流 IRmUR長時間使用時允許通過的最大正向電流長時間使用時允許通過的最大正向電流平均值平均值UF第第8 8章章 8 8 2 2二極管應用舉例二極管應用舉例二極管限幅電路二極管限幅電路DE3VRuiuouRuD例：下圖中例：下圖中D為理想二極管為理想二極管, ui = 6 Sin tV, E= 3V,畫出畫出 uo波形。波形。 t t ui / V Vuo /V63300 2 2 解：解：uiuD=3ui3uo=3V時時D導通導通ui3uo= ui時時D截止截止第第8 8章章 8 8 2 2 t

11、ui / V V630 2 DE3VRuiuRuDDE3V 雙向限幅電路雙向限幅電路 uo t uo /V03-3第第8 8章章 8 8 2 2u2TRLD1D4D3D2A、工作原理、工作原理uoioabi1i3 to 2 3 uo2U2 to 2 3 2U2 to touoio2U2Im 2 2 3 3 uD1uD3uD4uD2u21.單相橋式整流電路單相橋式整流電路第第8 8章章 8 8 2 2 to to to to 2 3 uouDio 2 3 2U22U22U2Im 2 2 3 3 u2uD1uD3uD4uD2B、電壓、電流的計算、電壓、電流的計算Uo=0.9U2=Io=UoRL0.

12、9U2RLID=(1/2) Io URM=2U2選用二極管的依據是選用二極管的依據是:ID稍小于稍小于IF (最大整流電流）最大整流電流）URM稍小于稍小于UR（最高反向工作電壓）（最高反向工作電壓）0 1 U2m sin t d t=Uo負載直流電壓負載直流電壓負載直流電流負載直流電流二極管平均電流二極管平均電流二極管最大反向電壓二極管最大反向電壓第第8 8章章 8 8 2 22.有電容濾波的整流電路有電容濾波的整流電路A、工作原理、工作原理u2Tu1RLD1D4D3D2uoioCuc to2U2u2uc第第8 8章章 8 8 2 2Cucu2Tu1RLD1D4D3D2uoio toiDuo

13、2U2o tt1t4t3t2 D1D3D2D4D1D32.有電容濾波的整流電路有電容濾波的整流電路A、工作原理、工作原理第第8 8章章 8 8 2 22U2Io Uo0.9U20.45U2全波整流電容濾波電路的外特性全波整流電容濾波電路的外特性TUo=1.2U2RLC (35)2UCN 2U2B、輸出電壓及元件參數選擇、輸出電壓及元件參數選擇特點：帶負載能力差。特點：帶負載能力差。適用于輸出電壓較高，適用于輸出電壓較高，輸出電流較小的場合。輸出電流較小的場合。2.有電容濾波的整流電路有電容濾波的整流電路u2Tu1RLD1D4D3D2uoio第第8 8章章 8 8 2 23 有電感濾波的整流電路

14、有電感濾波的整流電路Tuou2RLL tUououo、ioioo 2 3 u1uoIO外特性外特性0.9U2uoo電感電感L L越大，濾波效果越好。越大，濾波效果越好。適用于負載電流較大，且變化大的場合。適用于負載電流較大，且變化大的場合。第第8 8章章 8 8 2 24 復式濾波電路復式濾波電路A、 LC 濾波電路濾波電路Tuou2RLioLCu1LC濾波電路使輸出電壓波形更為平滑，濾波電路使輸出電壓波形更為平滑，濾波效果較好。濾波效果較好。第第8 8章章 8 8 2 2Tu2RLu1B B、 型型濾波器濾波器CLCCLC濾波器濾波器CRCCRC濾波器濾波器Tu2RLu1LCCCCRuoio

15、uoio第第8 8章章 8 8 2 2IFUF0正向特性正向特性反向擊穿區反向擊穿區UZIZminIZmaxDZ正極正極負極負極符號符號伏安特性伏安特性1 .伏安特性、符號及主要參數伏安特性、符號及主要參數第第8 8章章 8 8 3 3IFUF0UZIZminIZmax硅穩壓管的主要參數硅穩壓管的主要參數 穩定電壓穩定電壓UZ 最小穩定電流最小穩定電流 IZmin 最大穩定電流最大穩定電流 IZmax 動態電阻動態電阻 rZ IZ UZrZ = IZ UZ 電壓溫度系數電壓溫度系數 VZT 最大允許耗散功率最大允許耗散功率PM第第8 8章章 8 8 3 3 在規定的穩壓管反向工作電流在規定的穩

16、壓管反向工作電流IZ下，所對應下，所對應的反向工作電壓。的反向工作電壓。 Izmin 電流低于此值時，穩壓性能變壞電流低于此值時，穩壓性能變壞 IZmax 電流高于此值時，二極管會損壞電流高于此值時，二極管會損壞功率高于此值時，二極管會因結溫升高功率高于此值時，二極管會因結溫升高 而損壞。而損壞。Uou2RLIou1CDZRUZIRIZUiu2UiUo=UZIZIRURUoA、穩壓管穩壓電路的工作原理、穩壓管穩壓電路的工作原理2 .硅穩壓管穩壓電路硅穩壓管穩壓電路RLIoIRURUo(=UZ)IZURUoUi =UR+UOUi =UR+UO第第8 8章章 8 8 3 3B、電路元件參數的選擇、

17、電路元件參數的選擇穩壓管穩壓管UZ=UOIzmax=(2 - 3)IomaxUimax -UoIzmax + IominR(Uimax -Uo)2R限流電阻限流電阻 注意：注意：（1）在穩壓電路中，穩壓管通常為反接；）在穩壓電路中，穩壓管通常為反接；（2）使用穩壓管時必須串聯電阻。）使用穩壓管時必須串聯電阻。第第8 8章章 8 8 3 3整流整流濾波濾波toutoutoutoutou穩壓穩壓負載負載直流穩壓電源的結構框圖直流穩壓電源的結構框圖變壓變壓交流電源交流電源第第8 8章章 8 8 3 3工作于工作于狀態，無光照時，電路中電流很小；狀態，無光照時，電路中電流很小；有光照時，電流會急劇增加

18、。有光照時，電流會急劇增加。EDRL工作于正向偏置狀態，正向電流通過時，它會發出工作于正向偏置狀態，正向電流通過時，它會發出光來。光來。EDRL第第8 8章章 8 8 3 3+2cw78003113_2_cw7900正輸出正輸出負輸出負輸出特點：體積小、使用方便，內部有過電流和過熱保護特點：體積小、使用方便，內部有過電流和過熱保護電路，使用安全可靠。電路，使用安全可靠。第第8 8章章 8 8 3 3UO = 12VCW7812123CO+UiCi可根據需要，選用可根據需要，選用CW78XX，則，則 Uo= XX V。Ci抵消輸入端接線較長時的電感效應，防止產生振蕩抵消輸入端接線較長時的電感效應，防止產生振蕩