第7章半导体二极管与整流滤波电路

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1、第7章半导体二极管与整流滤波电路7.1半导体的基本知识7.2PN结及其特性7.3半导体二极管7.4特殊二极管7.5整流电路7.6滤波电路7.7硅稳压管稳压电路返回主目录第7章半导体二极管与整流滤波电路7.1半导体的基本知识7.1.1半导体的概念导电能力介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。自然界中不同的物质，由于其原子结构不同，因而导电能力也各不相同。根据导电能力的强弱，可以把物质分成导体、半导体和绝缘体。半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间，如硅、锗、砷化镓以及金属氧化物和硫化物等都是半导体。7.1.2半导体的特性1.热敏性半导体对温度很敏感。例如纯锗，温

2、度每升高10℃,它的电阻率就会减小到原来的一半左右。由于半导体的电阻对温度变化的反应灵敏，而且大都具有负的电阻温度系数，所以人们就把它制成了各种自动控制装置中常用的热敏电阻传感器和能迅速测量物体温度变化的半导体点温计等。2.光敏性与金属不同，半导体对光和其它射线都很敏感。例如一种硫化镉半导体材料，在没有光照射时，电阻高达几十兆欧;受到光照射时，电阻可降到几十千欧，两者相差上千倍。利用半导体的这种光敏特性可以制成光敏电阻、光电二极管、光电三极管以及太阳能电池等。3.掺杂性半导体对杂质很敏感。在纯净半导体中掺进微量的某种杂质，对其导电性能影响极大。例如，在纯净硅中掺入百

3、万分之一的硼，可使其导电能力增加几十万倍以上。三、价电子与半导体的共价键结构1.价电子自然界的一切物质都是由原子组成的，而原子又是由一个带正电的原子核与若干个带负电的电子所组成的。电子分层围绕原子核作不停的旋转运动，其中内层的电子受原子核的吸引力较大，外层电子受原子核的吸引力较小，外层电子的自由度较大，因此外层的电子如果获得外来的能量，就容易挣脱原子核的束缚而成为“自由电子”。我们把最外层的电子叫做价电子。在电子器件中，用得最多的半导体材料是硅和锗，它们的原子结构如图7-1所示。硅和锗都是四价元素，其原子最外层轨道上都具有4个价电子。图7-1原子结构示意图价电子的数

4、目越接近8个，物质的化学结构也就越稳固。对于金属材料，其价电子一般少，因此金属中的价电子很容易变成自由电子，所以,金属是良导体；对于单质绝缘体，其价电子数一般多于4个，因此绝缘体中的价电子均被原子核牢牢地吸引着，很难形成自由电子，所以不能导电；对于半导体来说，原子的价电子数为4个，其原子的外层电子既不像金属那样容易挣脱出来，也不像绝缘体那样被原子核紧紧束缚住，因此半导体的导电性能就比较特殊。2.半导体的共价键结构半导体一般都是晶体结构,最常见的半导体材料是硅和锗。当硅或锗被制成单晶体时，其原子有序排列，每个原子最外层的4个价电子不仅受自身原子核的束缚，而且还与周围相邻

5、的4个原子发生联系。这时，每两个相邻原子之间都共用一对电子，使相邻两原子紧密地连在一起，形成共价键结构，如图7-2所示。图7-2硅和锗的共价键结构(a)硅(Si);(b)锗(Ge)7.1.4本征半导体完全纯净的、结构完整的半导体，称为本征半导体。当本征半导体的温度升高或受到光线照射时，其共价键中的价电子就从外界获得能量。由于半导体原子外层的电子不像绝缘体那样被原子核紧紧地束缚着，因此就有少量的价电子在获得足够能量后，挣脱原子核的束缚而成为自由电子，同时在原来共价键上留下了相同数量的空位，这种现象称为本征激发。在本征半导体中，每激发出来一个自由电子，就必然在共价键上留

6、下一空位，我们把该空位称为空穴，由于空穴失去电子，因而空穴带正电。可见自由电子和空穴总是成对出现的，我们称之为电子-空穴对，如图7-3所示。图7-3电子-空穴对在产生电子-空穴对的同时,有的自由电子在杂乱的热运动中又会不断地与空穴相遇，重新结合，使电子-空穴对消失，这称为复合。在一定温度下载流子的产生过程和复合过程是相对平衡的，载流子的浓度是一定的。在常温下，本征半导体受热激发所产生的自由电子和空穴数量很少，同时本征半导体的导电能力远小于导体的导电能力，导电能力很差。温度越高，所产生的电子-空穴对也越多，半导体的导电能力也就越强。在外电场的作用下，一方面自由电子产生定向移

7、动，形成电子电流；另一方面价电子也按一定方向依次填补空穴，即空穴产生移动，形成空穴电流。在外电场的作用下，一方面自由电子产生定向移动，形成电子电流；另一方面价电子也按一定方向依次填补空穴，即空穴产生移动，形成空穴电流。由于电子和空穴所带电荷的极性相反，它们的运动方向也是相反的，因此形成的电流方向是一致的，流过外电路的电流等于两者之和。综上所述，在半导体中不仅有自由电子一种载流子，而且还有另一种载流子——空穴。这是半导体导电的一个重要特性。在本征半导体内，自由电子和空穴总是成对出现的，也就是说，有一个自由电子就必定有一个空穴，