第7章 半导体器件.ppt

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1、第7章半导体器件7－1半导体二极管一、N型和P型半导体半导体：硅、锗、砷化镓。物质的导电性能决定于原子结构。就硅来说，其外层的电子为4个，而外层需要8个电子才能达到稳定。因此，在单晶硅中产生共价键结构。纯净的半导体（本征半导体）的导电性能是很差的。硅和锗的共价键结构共价键共用电子对+4+4+4+4+4表示除去价电子后的原子N型半导体：若在单晶硅中掺入少量的5价元素，如磷、砷、锑等。那么在磷和硅组成共价键时就会多出一个电子来，成为自由电子。这样的半导体称为电子型半导体，即N型半导体。+4+4+5+4多余电子磷原子P型半导体：如果

2、在单晶硅中掺入少量的三价元素，如硼、铝，那么在硼和硅组成共价键时就形成空穴。这样的半导体称为空穴型半导体，即P型半导体。空穴硼原子+4+4+3+4载流子：自由电子和空穴都是载运电荷的粒子，统称为载流子。空穴：由于热运动转化为电子的动能，少数价电子可能挣脱共价键的束缚成为自由电子，在原来的位置上留下空位。+4+4+4+4自由电子空穴束缚电子二、PN结及其单向导电性PN结：将一块硅片的一边做成P型半导体，另一边做成N型半导体，两种半导体的交界面形成PN结。P型区接电源的正极，N型区接电源的负极，PN接呈现低电阻，称为正向偏置。反过

3、来接，PN结呈现高电阻，称为反向偏置。P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场E漂移运动扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。空间电荷区，也称耗尽层。漂移运动P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场E所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的

4、厚度固定不变。－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++空间电荷区N型区P型区电位VV0－－－－++++RE一、PN结正向偏置内电场外电场变薄PN+_内电场被削弱，多子的扩散加强能够形成较大的扩散电流。二、PN结反向偏置－－－－++++内电场外电场变厚NP+_内电场被被加强，多子的扩散受抑制。少子漂移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反向电流。RE三、二极管的结构和符号二极管的内部结构有点接触型和面接触型。二极管的外形，结构和符号如图所示。引线外壳触丝基片点接触型PN结面

5、接触型小功率高频大功率低频UI导通压降:硅管0.6~0.7V,锗管0.2~0.3V。反向击穿电压UBRUF死区电压硅管0.5V,锗管0.2V。PN+-正向偏置反向截止区反向击穿区四、二极管的伏安特性理想二极管：（1）正向管压降为零（2）反向电阻为无穷大。五、二极管的主要参数(1)最大整流电流IFM(2)最高反向工作电压URM(3)反向电流IR(4)最高工作频率fM六、二极管的整流特性1.单相半波整流电路将交流电转变为直流电的过程称为整流。（1）工作原理在u2的正半周，二极管正向导通，有电流流过负载。在u2的负半周，二极管反向截

6、至，负载上无电流流过。（2）负载电压和电流的计算输出直流电压的平均值与变压器次级电压有效值的关系：负载的直流电流为（3）整流二极管的选择二极管的最大整流电流应为：二极管反向工作峰值应为：2.单相桥式全波整流电路（1）工作原理u2处于正半周时，D1，D3导通，D2，D4反向截至。u2处于负半周时，D2，D4导通，D1，D3反向截至。（2）负载电压和电流的计算在全波整流电路中，负载上的电压和电流应是半波整流时的两倍，即（3）整流二极管的选择二极管的最大整流电流应为：二极管反向工作峰值应为：例7-1有一负载需要直流电压Uo=40V，

7、电流Io=4A。计算采用半波整流电路和桥式全波整流电路时，整流二极管的电流ID和最高反向电压UDM以及电源变压器次级电压的有效值U2。解：(1)采用半波整流电路根据(7-1)、(7-3)、(7-4)可分别得到（2）采用桥式全波整流电路根据式(7-5)、(7-7)、(7-8)可分别得到七、滤波电路整流输出的电压为脉动电压，含有直流分量和交流分量。滤波电路就是滤掉其中的交流成分。常用的滤波电路有电容滤波和电感滤波。1.电容滤波电路（1）工作原理u2的正半周，电容器C充电。u2的负半周，电容器C放电，设计使得放电回路的时间常数较大。

8、（2）滤波电容C的选择与负载上直流电压的估算滤波电容C越大，负载电阻RL越大，输出电压越平滑。一般取：半波整流滤波全波整流滤波通常采用电解电容器。负载断开时，电容器两端的电压将升高到接入滤波电容器后，负载直流电压升高，按下式估算：半波整流滤波全波整流滤波例7-2有一半波整流电