半導體基礎知識根據材料的導電能力，可以將他們劃分為導體、絕緣體和半導體。半導體：導電能力介于導體和絕緣體之間半導體材料有：硅Si、鍺Ge、硒Se、砷化鎵GaAs等。半導體具有以下特性：（1）熱敏特性：溫度升高，大多數半導體的電阻率下降。（2）光敏特性：許多半導體受到光照輻射，電阻率下降。（3）摻雜特性：當在純凈的半導體中摻入微量的其它雜質元素（如磷、硼等）時，其導電能力會增加幾十萬甚至幾百萬倍。半導體及其特性單晶體的晶格結構是完全對稱，原子排列得非常整齊，故常稱為晶體。本征半導體（Insrinsicsemiconductor）：完全純凈、結構完整的半導體晶體本征半導體典型的半導體是硅Si和鍺Ge，它們都是4價元素。硅和鍺最外層軌道上的四個電子稱為價電子。本征半導體Si硅原子Ge鍺原子硅、

鍺原子的簡化模型半導體的共價鍵結構特點—在T=0K和無外界激發時，沒有載流子，不導電。本征半導體兩個價電子的共價鍵正離子核本征半導體本征激發：在室溫或光照下價電子獲得足夠能量擺脫共價鍵的束縛成為自由電子，在共價鍵中留下一個空位(空穴)的過程。載流子：自由運動的帶電粒子電子空穴成對出現，數量少，當溫度越高、光照越強時，載流子數越多。光敏性、熱敏性自由電子空穴＋自由電子(帶負電)空穴(帶正電)載流子N型半導體—本征半導體中摻入微量五價元素，如磷、砷（雜質）所構成。P型半導體—本征半導體中摻入微量三價元素，如棚、銦（雜質）所構成。本征半導體正離子多數載流子少數載流子電子為多數載流子空穴為少數載流子載流子數

電子數負離子多數載流子少數載流子空穴—

多子電子—

少子載流子數

空穴數電中性載流子的運動：擴散運動——濃度差產生的載流子移動

P型半導體N型半導體PN結的形成多子：空穴多子：自由電子少子：自由電子少子：空穴載流子的運動：擴散運動——濃度差產生的載流子移動PN結的形成內電場載流子的運動：擴散運動——濃度差產生的載流子移動（多子）漂移運動——在電場作用下，載流子的移動（少子）PN結的形成內電場載流子的運動：擴散運動——濃度差產生的載流子移動（多子）漂移運動——在電場作用下，載流子的移動（少子）

PN結：是指P型半導體和N型半導體結合面，離子薄層形成的空間電荷區。在空間電荷區，由于缺少多子，所以也稱耗盡層。PN結的形成內電場PN結正向偏置—外加正向電壓（P+、N–）或VP>VN外電場使多子向PN結移動，中和部分離子使空間電荷區變窄。擴散運動加強形成正向電流IF

=I多子

I少子

I多子(正向導通)PN結的單向導電性P區N區內電場+

UR外電場IF限流電阻PN結反向偏置—外加反向電壓（P–、N+）或VP<VN外電場使多子背離PN結移動，空間電荷區變寬。漂移運動加強形成反向電流IR

=I少子

0(反向截止)PN結的單向導電性P區N區內電場

+UR外電場IRPN結的單向導電性：

PN結正偏導通，呈低阻態，正向電流IF較大；PN結反偏截止，呈高阻態，反向電流IR很小。PN結的單向導電性認識半導體二極管認識半導體二極管發光二極管整流二極管檢波二極管開關二極管穩壓二極管結構：PN結+引線+管殼=二極管(Diode)符號：分類：二極管的結構及分類陽(正)極ak陰(負)極1、按材料分硅二極管鍺二極管2、按用途分普通二極管整流二極管穩壓二極管開關二極管PN陽極陰極3、按結構工藝分點接觸型面接觸型平面型分類：二極管的結構及分類3、按結構工藝分點接觸型面接觸型平面型點接觸型面接觸型平面型二極管的伏安特性00.40.8–0.04–0.02硅管的伏安特性604020–25–50ID

/mAUD/V鍺管的伏安特性ID

/mAUD

/V0.20.4–25–5051015–0.01–0.020正向特性反向特性二極管的伏安特性OuD/ViD/mAUon死區電壓(開啟電壓)ID

=0Uon=0.5V0.1V(硅管)(鍺管)u

UonID急劇上升0

u

Uon

UF=(0.6

0.8)V硅管0.7V(0.1

0.3)V鍺管0.2V反向特性ISU(BR)反向擊穿U(BR)

u

0ID=IS<0.1

A(硅)

幾十

A(鍺)u<

U(BR)反向電流急劇增大(反向擊穿)正向壓降反向擊穿電壓正向特性溫度對二極管的影響T

升高時，Uon以

(2

2.5)mV/

C下降，溫度每升高10

C，IS約增大1倍。二極管的伏安特性604020–0.0200.4–25–50ID

/mAUD/V20C90C（1）最大整流電流IF：二極管長期運行允許通過的最大正向平均電流。（2）反向工作電壓URM：允許加在二極管上的反向電壓最大值。（3）反向飽和電流IS：在室溫下，在規定的反向電壓下的反向電流值。反向飽和電流越小，管子單向導電性能越好。（4）最高工作頻率fM：主要取決于PN結結電容的大小。二極管的主要參數謝謝！常見的特殊二極管常見的特殊二極管發光二極管整流二極管光電二極管開關二極管穩壓二極管紅外發射接收對管1.發光二極管LED(LightEmittingDiode)（1）符號和特性工作條件：正向偏置正向壓降通常為1.5~3.5V，正向工作電流為5~40mA常見的特殊二極管符號u/Vi

/mAO2伏安特性直插式LED結構常見的特殊二極管LED發光原理：發光二極管摻雜了特殊的半導體化合物材料，當注入的少數載流子與多數載流子復合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉換為光能。PN結加反向電壓，少數載流子難以注入，故不發光。這就是利用注入式電致發光原理制作的發光二極管。而光線的波長、顏色跟其所采用的半導體材料種類與摻入的元素雜質有關。（2）LED分類按發光管發光顏色分：材料不同，就可以發出不同顏色的光。常見的特殊二極管砷化鎵（GaAs）磷化鎵（GaP）氮化鎵（GaN）碳化硅（SiC）RGB全彩LED（2）LED分類按發光管出光面特征分：分圓燈、方燈、矩形、面發光管、側向管、表面安裝用微型管等。常見的特殊二極管（2）LED分類按發光管出光面特征分：分圓燈、方燈、矩形、面發光管、側向管、表面安裝用微型管等。圓形燈按直徑分為φ3mm、φ5mm、φ8mm、φ10mm及φ20mm等。常見的特殊二極管（2）LED分類按發光二極管的封裝形式分：常見的特殊二極管直插式（THD）貼片式（SMD）（3）引腳識別常見的特殊二極管長腳為正短腳為負支架大的引腳是負極支架小的引腳是正極燈珠帽檐切邊為負帶孔一端是正極缺角一端是負極+─+─+─+─2.光電二極管（光敏二極管）工作條件：反向偏置常見的特殊二極管符號u/Vi

/mAO伏安特性實物無光照光照增強3.紅外對管常見的特殊二極管符號實物應用紅外發射管3.紅外對管分類：直射式和反射式常見的特殊二極管直射式紅外對管又稱槽型光耦、對射式光電開關1324反射式紅外對管紅外對管符號接收管為光電三極管4.快速二極管（肖特基二極管）常見的特殊二極管符號普通二極管肖特基二極管5.變容二極管元件符號：工作條件：反向偏置特點：反向偏壓越大，結電容越小;反向偏壓越小，結電容越大。常見的特殊二極管P區N區

+UR

謝謝！二極管的常用電路模型1、理想模型二極管的常用電路模型特性：ui電路符號：SS1、理想模型[例]

在圖中所示電路中，已知輸入電壓us

為正弦波。利用二極管理想模型，定性地繪出輸出電壓uO的波形。二極管的常用電路模型SS2、恒壓降模型二極管的常用電路模型UDIDUFUD=UF0.7V(Si)0.2V(Ge)特性：電路符號：SS2、恒壓降模型[例]

分別用二極管理想模型和恒壓降模型計算回路中電流ID和輸出電壓UO設二極管為硅管。二極管的常用電路模型US1UOR1kΩID2V6VUS2URab解：假設二極管斷開Ua=–2VUb=–6VUa>Ub二極管正偏導通[例]

分別用二極管理想模型和恒壓降模型計算回路中電流ID和輸出電壓UO。設二極管為硅管。二極管的常用電路模型解：已判定二極管正偏導通1.用理想模型UO=

–

US1=–2VUS1UOR1kΩID2V6VUS2URabS[例]

分別用二極管理想模型和恒壓降模型計算回路中電流ID和輸出電壓UO。設二極管為硅管。二極管的常用電路模型2.用恒壓降模型UD=0.7VUO=

–(UD+US1)=–(0.7+2)=–2.7VUS1UOR1kΩID2V6VUS2URabS解：已判定二極管正偏導通謝謝！半波整流電路整流：大小和方向都隨時間變化的交流電單方向的脈動直流電常見的整流電路：半波整流全波整流橋式整流倍壓整流整流電路1、電路結構與工作原理圖中TR為電源變壓器，RL為電阻性負載

(1)正半周u2瞬時極性a(+)，b(-)，VD正偏導通，二極管和負載上有電流流過。若向壓降UF忽略不計，則uo=u2。(2)負半周u2瞬時極性a(-)，b(+)，VD反偏截止，IF≈0，uD=IF。則uo=0半波整流電路u2uLuD3

4

02

設變壓器二次繞組的交流電壓u2=√2U2sinωt，u2的波形如圖所示。

半波整流電路

半波整流電路3、半波整流電路的優缺點優點：電路結構簡單，使用的元件少。缺點：只利用了電源的半個周期，電源利用率低；輸出波形的脈動大、直流成分比較低；變壓器中有直流電流通過，有相對損耗功率。半波整流電路謝謝！全波整流電路電源電壓半波整流全波整流全波整流電路1、電路結構與工作原理全波整流電路u2uO13

4

02

+－+－當u2為正半周期時，VD1導通，VD2截止電流由變壓器次級上端經VD1→RL→變壓器次級中間端，在負載RL上得到半波整流電壓1、電路結構與工作原理全波整流電路u2uO13

4

02

uO2－+－+uO當u2為負半周期時，VD1截止，VD2導通電流由變壓器次級下端經VD2→RL→變壓器次級中間端，在負載RL上得到另一半波整流電壓2、主要參數計算（1）負載上直流電壓和電流的計算負載上的直流電壓是指一個周期內脈動電壓的平均值。全波整流電路

全波整流電路3、全波整流電路的優缺點優點：電路結構簡單，電源利用率高。缺點：半導體二極管的耐壓更高；使用中心抽頭變壓器，制作成本較高。全波整流電路謝謝！橋式整流電路1、電路結構與工作原理橋式整流電路1、電路結構與工作原理橋式整流電路1、電路結構與工作原理橋式整流電路u2uO13

4

02

+－1、電路結構與工作原理橋式整流電路u2uO13

4

02

－+uO2uO2、參數計算1）負載上直流電壓UO

和直流電流IO

的計算2）二極管的選型橋式整流電路二極管整流電路電流

二極管最大反向壓3、橋式整流電路的優缺點優點：變壓器中只有交流電流通過，所以電源利用率高。缺點：使用二極管較多，電路連接容易出錯；個別二極管損壞后，會影響電源輸出。橋式整流電路[例]設計一個單相橋式整流電路，要求UO=40V，IO=2A，220V交流電源，試選擇整流二極管。橋式整流電路解：變壓器副邊電壓有效值：二極管承受最高反向工作電壓：二極管的整流電流：可選擇2CZ56CURM=100VIFM=3A

整流電路的比較橋式整流電路單相半波單相全波單相橋式電路原理圖輸出直流電壓UO0.45U20.9U20.9U2二極管整流電流IFIO0.5IO0.5IO最高反壓URM優點結構簡單輸出波形脈動輸出波形脈動小，承受反壓小缺點輸出波形脈動大輸出電壓低二極管承受反壓高變壓器要求有抽頭需要四只二極管iO+

u2u1+

+

uOiO+

u2u1+

+

uOiO+

u2u1+

+

uOiD1謝謝！濾波電路濾波電路

濾波電路的作用

保留整流后輸出電壓的直流成分，濾掉脈動成分，使輸出電壓趨于平滑，接近于理想的直流電壓。濾波分類電容濾波電路電感濾波RC-π型濾波電路u23

4

02

交流電uO2濾波后uO1整流后1、半波整流電容濾波電路工作原理電容器具有“隔直流、通交流；阻低頻，通高頻”的特點電容濾波電路C直流分量交流分量輸出波形平滑，實現濾波功能。u20uO0

電容濾波電路2、橋式整流電容濾波電路（1）負載RL沒有接入電容濾波電路D1D4D3D2

+u

電容充電Cu23

4

02

交流電uO整流后濾波后RL2、橋式整流電容濾波電路（2）接入負載RL電容濾波電路D1D4D3D2

+u

Cu23

4

02

交流電uO整流后RL濾波后電容充電2、橋式整流電容濾波電路（2）接入負載RL電容濾波電路D1D4D3D2

+u

Cu23

4

02

交流電uO整流后RL濾波后電容放電

電容濾波電路OtuO

2

RL=

UO=(1.1~1.2)U2一般取UO=1.2U23、電容濾波電路輸出特性電容濾波電路OUOIO輸出電壓隨輸出電流的增大而明顯降低，帶負載能力差。一般用于負載電流較小且變化不大的場合。電容濾波電路優缺點：優點—電路簡單，輸出直流電壓較高，紋波較小。缺點

—

帶負載能力差。[例]要求直流輸出電壓UO

=

24

V，IO=

120

mA，220V的交流電源頻率f=

50

Hz，采用單相橋式整流電容濾波，選擇元件。[解]1.電源變壓器參數計算變壓器變比：變壓器副邊電流：I2=2IO=2

120mA=240mA2.整流二極管選擇二極管平均電流：承受最高反壓：3.選濾波電容電容濾波電路

2CZ53B:IF

=

0.3AURM

=

50V硅堆QL3:0.2A,50V電解電容:200F耐壓50V

電感元件具有“通直流、阻交流”的特點負載上輸出的電壓平均值：UO

≈0.9U2電感濾波電路u23

4

02

交流電uO濾波后D1D4D3D2

+u

RLL直流分量交流分量電感濾波電路電感濾波電路優缺點：優點—整流管的導電角較大，峰值電流很小，輸出特性比較平坦；

f越高，L越大，RL越小，濾波效果越好。缺點

—電感線圈體積一般比較大，且易引起電磁干擾。電感濾波一般只適用于低電壓，大電流場合。電路結構復式濾波電路RLD1D4D3D2

+u

CLRLD1D4D3D2

+u

C2LC1Γ型濾波電路π型濾波電路C2C1R電路分類復式濾波電路CLC2C1RΓ型濾波π型濾波C2LC1復式濾波RCLCRL各種濾波電路比較類型電容濾波電感濾波RC-

型LC-

型LC-

型UO≈1.2UO≈1.2UO≈1.2UO≈1.2UO≈0.9UO二極管沖擊電流大小大大小帶載能力差強差差強適用場合小電流大電流小電流小電流大/小電流其它特點電路簡單電感笨重成本高紋波減小但R上有直流壓降紋波減小，但電感笨重成本高紋波減小，適應性較強，但有電感成本高謝謝！認識穩壓二極管穩壓電路u2交流電uO2濾波后uO1整流后uO3穩壓后整流電路濾波電路穩壓電路交流電恒定直流電uO1uO2uO3u2自動調整元件1、硅穩壓二極管及其伏安特性認識穩壓二極管符號：工作條件：反向擊穿ak特性：IUOUZIZminIZMIZ+––+特點：*正向特性與普通二極相同*反向擊穿特性較陡*反向擊穿電壓幾~幾十V，*在允許范圍內為電擊穿

IZ

UZ2、穩壓二極管主要參數認識穩壓二極管IUOUZIZminIZM

UZ

IZ

IZ2）

穩定電壓UZ

流過規定電流時穩壓管兩端的反向電壓值。1）穩定電流IZ

越大穩壓效果越好，小于Izmin時不穩壓。4）最大工作電流IZM5）最大耗散功率PZMPZM=UZ

IZM3）動態電阻rZ（幾

幾十

）rZ=

UZ/

IZ

越小穩壓效果越好2、穩壓二極管主要參數認識穩壓二極管6）穩定電壓溫度系數UZ<4V，CTV<0（為齊納擊穿）具有負溫度系數；UZ>7V，CTV>0（為雪崩擊穿）具有正溫度系數；4V<UZ<7V，CTV很小，穩壓更好。[例]

UZ1

=

8

V，UZ2

=

6

V

，ui

=

12sintV

，畫uO波形，設穩壓管是硅管。解：（1）ui正半波，DZ1反偏，

DZ2正偏uO=ui（2）當ui

UZ1+UF2=8.7V時DZ1反向擊穿，

DZ2正向導通uO

=

UZ1+UF2=8.7V（3）ui負半波，DZ1正偏，

DZ2反偏uO=ui（4）當|ui|

UF1+UZ2=

6.7V時DZ2反向擊穿，

DZ1正向導通uO

=?(UF1+UZ2)=?6.7V認識穩壓二極管使用穩壓二極管的注意事項必須工作在反向偏置（利用正向特性穩壓除外）。工作電流應在IZ和IZM之間。串聯使用時，穩壓值等于各管穩壓值之和。不能并聯使用，以免因不同管子穩壓值的差異造成電流分配不均勻，引起管子過載損壞。認識穩壓二極管穩壓二極管的識別與檢測①直觀識別穩壓二極管的極性金屬封裝穩壓二極管管體的正極一端為平面形，負極一端為半圓面形。塑封穩壓二極管管體上印有彩色標記的一端為負極，另一端為正極。②用萬用表判別穩壓二極管的極性穩壓二極管極性判別的方法與普通二極管相同，即用萬用表R×1k檔，將兩表筆分別接穩壓二極管的兩個電極，測出一個結果后，再對調兩表筆進行測量。在兩次測量結果中，阻值較小那一次，黑表筆接的是穩壓二極管的正極，紅表筆接的是穩壓二極管的負極。若測得穩壓二極管的正、反向電阻均很小或均為無窮大，則說明該二極管已擊穿或開路損壞。認識穩壓二極管穩壓二極管與整流二極管的區分首先利用萬用表R×1k擋，按前述方法把被測管的正、負電極判斷出來。然后將萬用表撥至R×10k擋上，黑表筆接被測管的負極，紅表筆接被測管的正極，若此時測得的反向電阻值比用R×1k擋測量的反向電阻小很多，說明被測管為穩壓管；反之，如果測得的反向電阻值仍很大，說明該管為整流二極管。認識穩壓二極管謝謝！并聯型穩壓電路直流穩壓電源系統的組成電源變壓器整流電路濾波電路穩壓電路并聯型穩壓電路穩壓電路的分類1.按調整器件的類型可分為2.按調整器件的連接方式可分為3.按調整器件的工作狀態可分為并聯型穩壓電路二級管穩壓電路三極管穩壓電路可控硅穩壓電路集成穩壓電路線性穩壓電路開關穩壓電路并聯型穩壓電路串聯型穩壓電路穩壓管穩壓電路（并聯型）并聯型穩壓電路IUOUZIZIZMUIUORRLIR=IZ+IOUO=UI

–IRR當UI波動時(RL不變)

IRIOIZ

反之亦然

UZ

IZ穩壓管穩壓電路（并聯型）并聯型穩壓電路UIUORRLIR=IZ+IOUO=UI

–IRR當RL變化時(UI不變)IRIOIZ

IUOUZIZIZM

UZ

IZ

電路參數計算并聯型穩壓電路UIUORRLIOIRIZ1.穩壓管的選型UZ=UO，IZM

=(1.5~3)IO(max)2.輸入電壓的確定UI=(1.5~2)UO3.限流電阻的確定

R最小應保證穩壓管電流<IZMR

最大應保證穩壓管電流

>IZ

0.9UI1.1UI0

并聯型穩壓電路并聯型穩壓電路的優缺點：優點：電路簡單，負載短路不損壞穩壓管。缺點：IO變化范圍小，穩壓性能差并有靜態偏差，Ro較大。謝謝！三端固定式集成穩壓器三端固定式集成穩壓器直插式三端固定穩壓器貼片式三端固定穩壓器集成穩壓器符號1.

78、79系列的型號命名三端固定式集成穩壓器CW78xx

系列(正電源)CW79xx系列(負電源)5V/6V/9V/12V/15V/18V/24V輸出電流輸出電壓例如：CW7805 輸出5V，

最大電流1.5ACW78M05輸出5V，

最大電流0.5ACW79L12 輸出-12V，

最大電流0.1A字母符號LM無字THP電流值0.1A0.5A1.5A3A5A10A2.三端固定式集成穩壓器的封裝及引腳排列三端固定式集成穩壓器金屬外殼TO-3封裝直插式TO-220封