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主要内容
半导体及其导电机理 载流子及其分类
PN结及其单向导电性 正偏与反偏
二极管及其伏安特性
二极管应用:整流、限幅、检波等
特殊二极管:稳压二极管、光敏二极管、发光二极管
教学目标
;
、稳压管、工作原理和特性曲线,理解主要参数的意义;
;理解并掌握单相整流电路和滤波电路的工作原理及参数的计算;
4. 了解稳压管稳压电路的工作原理。
导体的导电机理
电阻的双向导电性
电阻的伏安特性
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物质
导体
绝缘体
半导体
物质按导电能力可以一下三大类:
导电能力介于导体和绝缘体之间,且随着掺入杂质、输入电压(电流)、温度和光照条件的不同而发生很大变化,人们把这一类物质称为半导体。
知识点1 半导体基本知识
掺杂性:往纯净的半导体中掺入某些杂质,会使它的导电能力明显改变。例如:纯硅掺杂百万分之一硼,电阻率从大约4×10-3Ω·m 到2×103Ω·m。 (可做成各种不同用途的半导体器件,如二极管、三极管和晶闸管等)。
热敏性和光敏性:当受外界热和光的作用时,它的导电能力明显变化。例如:热敏电阻、光敏电阻、光敏三极管等
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半导体
完全纯净的、结构完整的半导体称为本征半导体。在现代电子器件中,用得最多的半导体材料就是硅和锗。
本征半导体:
在本征半导体硅或者锗的晶体内,掺入五价元素杂质如磷、砷、锑等。
N 型半导体:
P 型半导体:
在本征半导体硅或者锗的晶体中,掺入三价元素杂质如硼、铟等。
一、本征半导体
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1、本征半导体的结构特点
Ge
Si
纯度 %,%以上。
硅和锗的晶体结构
在硅和锗晶体中,原子按四角形系统组成晶体点阵,每个原子都处在正四面体的中心,而四个其它原子位于四面体的顶点,每个原子与其相临的原子之间形成共价键,共用一对价电子。
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共价键共
用电子对
+4
+4
+4
+4
+4表示除去价电子后的原子
硅和锗的共价键结构
形成共价键后,每个原子的最外层电子是八个,构成稳定结构。
共价键有很强的结合力,使原子规则排列,形成晶体。
共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中,称为束缚电子(价电子),常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子,因此本征半导体中的自由电子很少,所以本征半导体的导电能力很弱。
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在绝对0度(T=0K)和没有外界激发时,价电子完全被共价键束缚着,本征半导体中没有可以运动的带电粒子,它的导电能力为 0,相当于绝缘体。
在常温下,由于温度增加或受光照激发,使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚,成为自由电子,同时共价键上留下一个空位,称为空穴。这一现象称为本征激发。
2、本征半导体的导电机理
+4
+4
+4
+4
自由电子
空穴
束缚电子
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+4
+4
+4
+4
在其它力的作用下,空穴吸引附近的价电子来填补,这样的结果相当于空穴的迁移,而空穴的迁移相当于正电荷的移动,因此可以认为空穴是载流子。
本征半导体中存在数量相等的两种载流子,即自由电子和空穴。
当半导体两端加上外电压时,本征半导体中会形成电流,由两部分组成:
1. 电子电流:自由电子移动产生的电流。
2. 空穴电流:空穴移动(价电子递补空穴)产生的电流。
本征半导体导电能力取决于载流子的浓度。
温度越高,载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强,温度是影响半导体性能的重要外部因素,这是半导体的一大特点。
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+4
+4
+5
+4
多余
电子
磷原子
1、N 型半导体
空穴
硼原子
+4
+4
+3
+4
N 型半导体中的载流子是什么?
,浓度与磷原子相同。
。
掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度,所以,自由电子浓度远大于空穴浓度。
多数载流子(多子):自由电子
少数载流子(少子):空穴
P 型半导体中:
多数载流子:空穴
少数载流子:电子
P 型半导体中的载流子是什么?
2、P 型半导体
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P 型半导体
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N 型半导体
杂质型半导体多数载流子和少数载流子的移动都能形成电流。但由于数量的关系,起导电作用的主要是多数载流子。近似认为多子与杂质浓度相等。
杂质型半导体整体是不带电的。
3、杂质半导体的符号
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P型半导体
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N型半导体
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扩散运动
内电场E
漂移运动
扩散运动使空间电荷区逐渐加宽。
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。
对扩散运动起阻挡作用
也称阻挡层
在同一片半导体基片上,分别制造P 型半导体和N 型半导体,
经过载流子的扩散,在它们的交界面处就形成了PN 结 。
三、 PN 结及其单向导电性