《电工学》秦曾煌下册电子技术详解PPT精品课件
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《电工学》_秦曾煌主编第六版下册 电子技术 直流稳压电路
第十八章直流稳压电源第十八章直流稳压电源§18.1 整流电路§18.2 滤波器§18.3 直流稳压电源◆整流变压器: 将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2。
稳u1u2u3u4uo整流电路滤波电路压电路◆整流电路: 将交流电压u2变为脉动的直流电压u3。
◆滤波电路: 将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4。
◆稳压电路: 清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压u的稳定。
概述§18.1 整流电路整流电路任务：把交流电压转变为直流脉动电压。
常见的小功率整流电路有单相半波、全波、桥式和倍压整流等。
为分析方便起见，常将二极管作理想元件处理，即认为二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。
§18.1.1 单相半波整流电路u 2 >0 时，二极管导通。
i Lu 1u 2a TbDR L u o忽略二极管正向压降：u o =u 2u 1u 2aTDR Lu oi L =0u2<0时，二极管截止,输出电流为0。
u o =0u 1u 2aT bDR Lu oi L()⎰===ππωπ202245.02d 21U U t u U o o (4) 输出电压平均值U o ：(1) 输出电压波形：(2) 二极管上承受的最高电压：22U U RM=(3) 二极管上的平均电流：L D I I =tωu o(5) 整流二极管的选择平均电流I D 与最高反向电压U RM 是选择整流二极管的主要依据。
选管时应满足：I OM >I D ，U RWM >U RM优点：结构简单，使用的元件少。
缺点：仅利用了电源的半个周期，输出的直流成分比较低；输出波形的脉动大；变压器电流含有直流成分，容易饱和。
应用：只用在要求不高，输出电流较小的场合。
最大整流电流反向工作峰值电压§18.1.2 单相桥式整流电路桥式整流电路+-u 2正半周时电流通路u 1u 2TD 4D 2D 1D 3R L u o桥式整流电路-+u 0u 1u 2TD 4D 2D 1D 3R Lu 2负半周时电流通路u 2>0 时D 1,D 3导通D 2,D 4截止电流通路:A →D 1→R L →D 3→Bu 2<0 时D 2,D 4导通D 1,D 3截止电流通路:B →D 2→R L →D 4→A输出是脉动的直流电压！u 2tωtω桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形u D 4,u D 2u D 3,u D 1tωu ou 2D 4D 2D 1D 3R Lu oAB(4) u o 平均值U o ：U o = 0.9U 2(1) 输出电压波形：(2) 二极管上承受的最高电压：22U U RM =t ωu o(3) 二极管上的平均电流：2/ L D I I =u 1u 2T D4D 2D 1D 3R Lu o输出直流电压高；脉动较小；二极管承受的最大反向电压较低； 电源变压器得到充分利用。
电工学(第七版)秦曾煌全套课件19.电力电子技术-
19.2 可控整流电路
19.2.1 可控整流电路
1. 单相半波可控整流电路 (1) 电阻性负载
T + u – + uT –
io RL + uo –
u > 0 时： 若uG = 0，晶闸管不导通， uO 0, uT u 。 控制极加触发信号，晶闸管承受正向电压导 通，
uO u , uT 0 。
P2 N2
K
P
_K
晶闸管相当于PNP和NPN型两个晶体管的组合
1. 普通晶闸管 (1) 基本结构
晶闸管的构造和外形
(2) 工作原理
A
形成正反馈过程
β 1β 2 iG
i B 2 iG
R
β 2 iG
T1
iC 2 2 iG i B 1
iC1 β1 iC 2
iG
G
iB 2
+
T2 EA
19.1 电力电子器件
19.1.1 电力电子器件的分类
1. 不控器件 器件的导通和关断无可控功能。如整流二极管(D)。 2. 半控器件 器件的导通可控,但关断不可控。如普通晶闸管(T)。 3. 全控器件 器件的导通和关断均具可控的功能。如可关断晶闸 管(GTO) 、功率晶体管(GTR) 、功率场效晶体管 (VDMOS)及绝缘栅双极晶体管(IGBT)。
+ _
1 2 iG i B 2
在极短时间内使两 个三极管均饱和导通, 此过程称触发导通。
_
EG
K
EA > 0、EG > 0
(2) 工作原理 A
β 1β 2 iG
形成正反馈过程
i B 2 iG
R
β 2 iG
《电工学》_秦曾煌主编第六版下册 电子技术 第23章.
4
IN7
5
START
6
EOC 7
D3
8
EOUT
9
CLOCK 10
UDD
11
UR (+)
12
GND 13
D1
14
ADC 0809
28
IN2
27
IN1
26
IN0
25 A
IN0 ~ IN7
数字量输入
24 B 23 C 22 ALE
八选一 地址输入端
21
D7
20
D6
19
D5
18
D4
17
D0
八选一 地址输入端
砝码重
结
论
暂时结果
第一次 第二次 第三次 第四次
8克 加4克 加2克 加1克
砝码总重 < 待测重量Wx ，故保留 砝码总重仍 <待测重量Wx ，故保留 砝码总重 > 待测重量Wx ，故撤除 砝码总重 ＝ 待测重量Wx ，故保留
8克 12 克 12 克 13 克
(23-14)
输入 UI UO
电压
－＋ ＋
IO1、IO2：电流输出端；
–
+
UO
+
(23-12)
§23.2 A/D转换器
A/D转换器的任务是把模拟量转 换成数字量，它是模拟信号和数字仪 器的接口。
A/D转换器的类型很多，有并联 比较型、逐次逼近型、双积分型等。 在此仅介绍逐次逼近型。
(23-13)
逐次逼近型 A/D转换器
其工作原理可用天平秤重作比喻。若有 四个砝码共重15克，每个重量分别为8、4、 2、1克。设待秤重量Wx = 13克，可以用下表 步骤来秤量：
电工学 秦曾煌件PPT课件
i 元件 +u_
第18页/共65页
（1-18）
1.4 欧姆定律
U、I 参考方向相同时
+
U
IR
–
U、I 参考方向相反时
+
U
IR
–
U=IR
U = – IR
第19页/共65页
（1-19）
例: 应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R
+
+
I
U
6V 2A
R
– (a)
U
I
6V
R
–2A –
(b)
第20页/共65页
（1-20）
欧姆定律
U IR
① 式前的正负号由U、I 参考方向的关系确定；
② U、I 值本身的正负则说明实际方向与参考 方向之间的关系。
用欧姆定律列方程时，一定要在图中标明参考方向!
电路分析中尽可能采用关联参考方向
第21页/共65页
（1-21）
电阻 R
（常用单位：、k、M ）
线
性
电
i
阻
i
u
R ui const
1.5路.1 电源有载工作
+ 开关闭合, 接通电源与负载
E
电压电流关系
–
I E
R0
R0 R
负载端电压
U = IR
或 U = E – IR0
I R
在电源有内阻时 I U
U
电源的外特性
E
电源内阻越小，当电流有变动时，电源端 电压变动不大--- 带负载能力强。
负载大小的概念:
0
I
负载增加指负载取用的电流和功率增加*
第7页/共65页
第18页/共65页
（1-18）
1.4 欧姆定律
U、I 参考方向相同时
+
U
IR
–
U、I 参考方向相反时
+
U
IR
–
U=IR
U = – IR
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（1-19）
例: 应用欧姆定律对下图电路列出式子，并求电阻R
+
+
I
U
6V 2A
R
– (a)
U
I
6V
R
–2A –
(b)
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（1-20）
欧姆定律
U IR
① 式前的正负号由U、I 参考方向的关系确定；
② U、I 值本身的正负则说明实际方向与参考 方向之间的关系。
用欧姆定律列方程时，一定要在图中标明参考方向!
电路分析中尽可能采用关联参考方向
第21页/共65页
（1-21）
电阻 R
（常用单位：、k、M ）
线
性
电
i
阻
i
u
R ui const
1.5路.1 电源有载工作
+ 开关闭合, 接通电源与负载
E
电压电流关系
–
I E
R0
R0 R
负载端电压
U = IR
或 U = E – IR0
I R
在电源有内阻时 I U
U
电源的外特性
E
电源内阻越小，当电流有变动时，电源端 电压变动不大--- 带负载能力强。
负载大小的概念:
0
I
负载增加指负载取用的电流和功率增加*
第7页/共65页
电工学电子技术第七版秦增煌课件第6章ppt
x
Hx S I
总目录 章目录 返回 上一页 下一页即有： Φ NI lF Rm
S
式中：F=NI 为磁通势，由其产生磁通；
Rm 称为磁阻，表示磁路对磁通的阻碍作用； l 为磁路的平均长度；
S 为磁路的截面积。
2. 磁路的欧姆定律
若某磁路的磁通为，磁通势为F ，磁阻为Rm，则
F
Rm
此即磁路的欧姆定律。
安培环路定律将电流与磁场强度联系起来。
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例: 环形线圈如图，其中媒质是均匀的， 试计算 线 圈内部各点的磁场强度。
解: 取磁通作为闭合回线，以 其 方向作为回线的围绕方向，则有：
Hdl I
H d l Hx lx Hx 2 x
I NI
Hx 2π x NI
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6.1 磁路及其分析方法
6.1.1 磁场的基本物理量
1. 磁感应强度(flux density)
磁感应强度B : 表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量。
磁感应强度B的方向: 与电流的方向之间符合右手螺旋定则。
磁感应强度B的大小:
B F lI
磁感应强度B的单位: 特斯拉(T)，1T = 1Wb/m2
因 =BS，如要得到相同的磁通 ，则铸铁铁
心的截面积必须是硅钢片铁心的截面积的17倍。
结论：如果线圈中通有同样大小的励磁电流，要 得到相等的磁通，采用磁导率高的铁心材料，可 使铁心的用铁量大为降低。
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例2: 有一环形铁心线圈，其内径为10cm，外径为
5cm，铁心材料为铸钢。磁路中含有一空气隙，
基本公式:
设磁路由不同材料或不同长度和截面积的 n 段组 成，则基本公式为：
电工学_第七版_下册_秦曾煌_高等教育出版社 第16章ppt课件
【电路】：
ui
R1 if i1
∞ -
+ +
uO
R2
【分析】：
i1 if i 0
i i1
if
i1
ui
u R1
ui u R1
u uo Rf
if
u
uo
R f
电工及电子技术A(2)
第16章 集成运算放大器
ui u uuo
R1
Rf
u 0u
Rui1
uo Rf
ui
uoR R1f ui AufR R1f
RF
【电路】：
【分析】： 叠加定理：
ui1
R1
ui2 R2
∞
-
+ +
uO
R3
ui1单 独ui作 20 用 uo ， R R 1 f ui1 u i2 单独 u i1 作 0 u o 用 (1 R R 1 f， )R 2 R 3 R 3u i2 共 同 u o u o 作 u o R R 用 1 fu i1 ( 1 R R 1 f)R 2 R 3 R 3u i2
RF
∞
-
ui R2
+ +
uO
R3
u o u u R 2 R 3 R 3u i ( 2 R R 3 ,2 R //3 R R f)
电工及电子技术A(2)
第16章 集成运算放大器
二、加法运算
ui1 i1 R11 if RF
【电路】： 【分析】：
ui2 i2 R12
i1i2if i0
i i1i2if
若R f： R 1R 2R 3 u ou i2u i1 减法
电工及电子技术A(2)
第16章 集成运算放大器
ui
R1 if i1
∞ -
+ +
uO
R2
【分析】：
i1 if i 0
i i1
if
i1
ui
u R1
ui u R1
u uo Rf
if
u
uo
R f
电工及电子技术A(2)
第16章 集成运算放大器
ui u uuo
R1
Rf
u 0u
Rui1
uo Rf
ui
uoR R1f ui AufR R1f
RF
【电路】：
【分析】： 叠加定理：
ui1
R1
ui2 R2
∞
-
+ +
uO
R3
ui1单 独ui作 20 用 uo ， R R 1 f ui1 u i2 单独 u i1 作 0 u o 用 (1 R R 1 f， )R 2 R 3 R 3u i2 共 同 u o u o 作 u o R R 用 1 fu i1 ( 1 R R 1 f)R 2 R 3 R 3u i2
RF
∞
-
ui R2
+ +
uO
R3
u o u u R 2 R 3 R 3u i ( 2 R R 3 ,2 R //3 R R f)
电工及电子技术A(2)
第16章 集成运算放大器
二、加法运算
ui1 i1 R11 if RF
【电路】： 【分析】：
ui2 i2 R12
i1i2if i0
i i1i2if
若R f： R 1R 2R 3 u ou i2u i1 减法
电工及电子技术A(2)
第16章 集成运算放大器
《电工学》优秀PPT课件(第六版,秦曾煌,下册)
+
= –50 10 = –5 R2 = R1 RF
2. 因 Auf = – RF / R1 = – RF 10 = –10
故得 RF = –Auf R1 = –(–10) 10 =100 k
R2 = 10 100 (10 +100) = 9. 1 k
=10 50 (10+50) = 8.3 k
+ uo – 因虚短, u–= u+= 0
R R ) 2 iu F 1 iu F ( ou R 1 iR
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2i
平衡电阻： R2= Ri1 // Ri2 // RF
+
uo ui 1 ui 2 故得 Ri 1 Ri 2 RF
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2. 同相加法运算电路 RF R1 ui1 ui2 Ri1 – + +
总目录 章目录 返回 上一页 下一页
16.2 运算放大器在信号运算方面的运用
集成运算放大器与外部电阻、电容、半导体 器件等构成闭环电路后，能对各种模拟信号进 行比例、加法、减法、微分、积分、对数、反 对数、乘法和除法等运算。 运算放大器工作在线性区时，通常要引入深 度负反馈。所以，它的输出电压和输入电压的 关系基本决定于反馈电路和输入电路的结构和 参数，而与运算放大器本身的参数关系不大。 改变输入电路和反馈电路的结构形式，就可以 实现不同的运算。
总目录 章目录 返回 上一页 下一页
– +
+
+ uo –
结论：
① Auf为负值，即 uo与 ui 极性相反。因为 ui 加 在反相输入端。 ② Auf 只与外部电阻 R1、RF 有关，与运放本 身参数无关。
《电工学》秦曾煌下册电子技术详解PPT教学课件
子
+4
+4
+4
+4
共价键共 用电子对
(14-6)
+4
+4
+4
+4
共价键形成后，每个原子 最外层电子是八个，构成比 较稳定的结构。
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，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。
• 当受外界热和光的作用时，它的导电能 力明显变化 -- 热敏特性、光敏特性。
• 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 -- 掺杂特性。
(14-3)
14.1.1 本征半导体
一、本征半导体的结构
现代电子学中，用的最多的半导体是硅(Si)和锗 (Ge)，它们的最外层电子（价电子）都是四个。
导体、半导体和绝缘体
导 体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金 属一般都是导体。
绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡 皮、陶瓷、塑料和石英。
半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘 体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓 和一些硫化物、氧化物等。
(14-2)
半导体的导电机理不同于其它物质，所以它 具有不同于其它物质的特点。例如：
(14-14)
二、P 型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量三价元素硼（或铟），
晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的
最外层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键
时，产生一个空位。
这个空位可能吸引束 缚电子来填补，使得
空位
+4
+4
+4
+4
+4
共价键共 用电子对
(14-6)
+4
+4
+4
+4
共价键形成后，每个原子 最外层电子是八个，构成比 较稳定的结构。
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，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。
• 当受外界热和光的作用时，它的导电能 力明显变化 -- 热敏特性、光敏特性。
• 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 -- 掺杂特性。
(14-3)
14.1.1 本征半导体
一、本征半导体的结构
现代电子学中，用的最多的半导体是硅(Si)和锗 (Ge)，它们的最外层电子（价电子）都是四个。
导体、半导体和绝缘体
导 体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金 属一般都是导体。
绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡 皮、陶瓷、塑料和石英。
半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘 体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓 和一些硫化物、氧化物等。
(14-2)
半导体的导电机理不同于其它物质，所以它 具有不同于其它物质的特点。例如：
(14-14)
二、P 型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量三价元素硼（或铟），
晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的
最外层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键
时，产生一个空位。
这个空位可能吸引束 缚电子来填补，使得
空位
+4
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• 当受外界热和光的作用时，它的导电能 力明显变化 -- 热敏特性、光敏特性。
• 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 -- 掺杂特性。
(14-3)
14.1.1 本征半导体
一、本征半导体的结构
现代电子学中，用的最多的半导体是硅(Si)和锗 (Ge)，它们的最外层电子（价电子）都是四个。
硼原子
P 型半导体中空穴是多子，自由电子是少子。
(14-15)
三、杂质半导体的示意表示法
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
P 型半导体
N 型半导体
杂质型半导体中多子和少子的移动都可形
成电流，但由于数量关系，起导电作用的主要
(14-8)
空穴
+4
+4
自由电子
+4
+4
束缚电子
自由电子、空穴成对出现
(14-9)
2.本征半导体的导电机理
本征半导体中存在数量相等的两种载流子： 自由电子和空穴。
+4
+4
+4
+4
在其它力的作用下， 空穴可吸引附近的电子 来填补，其结果相当于 空穴的迁移，而空穴的 迁移相当于正电荷的移 动，因此可认为空穴是 载流子。
(14-7)
二、本征半导体的导电机理
1.载流子、自由电子和空穴
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，本征半导体中没有可 以自由运动的带电粒子（即载流子），它的导 电能力为 0，相当于绝缘体。
在常温下，由于热激发，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。
(14-14)
二、P 型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量三价元素硼（或铟），
晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的
最外层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键
时，产生一个空位。
这个空位可能吸引束 缚电子来填补+4
硼原子成为不能移动
的带负电的离子。由
+3
+4
于硼原子接受电子， 所以称为受主原子。
(14-18)
内电场越强，漂移运动 就越强，而漂移的结果 使空间电荷区变薄。
漂移运动
P型半导体
内电场E N型半导体
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
4. 在外加电压作用下，P 型半导体中电流主要 是 b ，N 型半导体中电流主要是 a 。 （a. 电子电流、b.空穴电流）
(14-17)
§14.2 PN 结及其单向导电性
PN 结的形成
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。
电子技术 模拟电路部分
第十四章 二极管和三极管
2021/3/1
(1-0)
第十四章 二极管和三极管
§ 14.1 半导体的导电特性 § 14.2 PN结及其单向导电性 § 14.3 二极管 § 14.4 稳压二极管 § 14.5 晶体管 § 14.6 光电器件
(14-1)
§14.1 半导体的导电特性
磷原子给出一个电子，
称为施主原子。
磷原子
+5
+4
(14-13)
N 型半导体中的载流子是什么？
1.由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。 2.本征半导体中成对产生的自由电子和空穴。
因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。自由电子称为多数 载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。
Ge
Si
通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。
(14-4)
本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。 在硅和锗晶体中，每个原子都处在正四面体的中
心，而相邻四个原子位于四面体的顶点，每个原子与 其相邻的原子之间形成共价键，共用一对价电子。
硅和锗的晶 体结构：
(14-5)
硅和锗的共价键结构
+4表示 除去价电 子后的原
子
+4
+4
+4
+4
共价键共 用电子对
(14-6)
+4
+4
+4
+4
共价键形成后，每个原子 最外层电子是八个，构成比 较稳定的结构。
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，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。
导体、半导体和绝缘体
导 体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金 属一般都是导体。
绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡 皮、陶瓷、塑料和石英。
半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘 体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓 和一些硫化物、氧化物等。
(14-2)
半导体的导电机理不同于其它物质，所以它 具有不同于其它物质的特点。例如：
(14-12)
一、N 型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑），
晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最
外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成
共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，
很容易被激发而成为
自由电子，这样磷原 子就成了不能移动的
多余 电子
+4 +4
带正电的离子。每个
自由电子：在晶格中运动；空穴：在共价键中运动
(14-10)
本征半导体中电流由两部分组成：
1. 自由电子移动产生的电流。 2. 空穴移动产生的电流。
本征半导体的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，本征半导 体的导电能力越强，温度是影响半导体性能 的一个重要的外部因素，这是半导体的一大 特点。
是多子，受温度影响较小。
一般近似认为多子与杂质浓度相等。
(14-16)
课堂练习
1. 在杂质半导体中多子的数量与 a （a. 掺杂浓度、b.温度）有关。
2. 在杂质半导体中少子的数量与 b （a. 掺杂浓度、b.温度）有关。
3. 当温度升高时，少子的数量 c （a. 减少、b. 不变、c. 增多）。
(14-11)
14.1.2 N 型半导体和P 型半导体
在本征半导体中掺入某些微量的杂质，会使 半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂 半导体的某种载流子的浓度大大增加。
N 型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体， 也称为（电子半导体）。
P 型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也 称为（空穴半导体）。
• 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 -- 掺杂特性。
(14-3)
14.1.1 本征半导体
一、本征半导体的结构
现代电子学中，用的最多的半导体是硅(Si)和锗 (Ge)，它们的最外层电子（价电子）都是四个。
硼原子
P 型半导体中空穴是多子，自由电子是少子。
(14-15)
三、杂质半导体的示意表示法
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
P 型半导体
N 型半导体
杂质型半导体中多子和少子的移动都可形
成电流，但由于数量关系，起导电作用的主要
(14-8)
空穴
+4
+4
自由电子
+4
+4
束缚电子
自由电子、空穴成对出现
(14-9)
2.本征半导体的导电机理
本征半导体中存在数量相等的两种载流子： 自由电子和空穴。
+4
+4
+4
+4
在其它力的作用下， 空穴可吸引附近的电子 来填补，其结果相当于 空穴的迁移，而空穴的 迁移相当于正电荷的移 动，因此可认为空穴是 载流子。
(14-7)
二、本征半导体的导电机理
1.载流子、自由电子和空穴
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，本征半导体中没有可 以自由运动的带电粒子（即载流子），它的导 电能力为 0，相当于绝缘体。
在常温下，由于热激发，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。
(14-14)
二、P 型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量三价元素硼（或铟），
晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的
最外层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键
时，产生一个空位。
这个空位可能吸引束 缚电子来填补+4
硼原子成为不能移动
的带负电的离子。由
+3
+4
于硼原子接受电子， 所以称为受主原子。
(14-18)
内电场越强，漂移运动 就越强，而漂移的结果 使空间电荷区变薄。
漂移运动
P型半导体
内电场E N型半导体
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
4. 在外加电压作用下，P 型半导体中电流主要 是 b ，N 型半导体中电流主要是 a 。 （a. 电子电流、b.空穴电流）
(14-17)
§14.2 PN 结及其单向导电性
PN 结的形成
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。
电子技术 模拟电路部分
第十四章 二极管和三极管
2021/3/1
(1-0)
第十四章 二极管和三极管
§ 14.1 半导体的导电特性 § 14.2 PN结及其单向导电性 § 14.3 二极管 § 14.4 稳压二极管 § 14.5 晶体管 § 14.6 光电器件
(14-1)
§14.1 半导体的导电特性
磷原子给出一个电子，
称为施主原子。
磷原子
+5
+4
(14-13)
N 型半导体中的载流子是什么？
1.由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。 2.本征半导体中成对产生的自由电子和空穴。
因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。自由电子称为多数 载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。
Ge
Si
通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。
(14-4)
本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。 在硅和锗晶体中，每个原子都处在正四面体的中
心，而相邻四个原子位于四面体的顶点，每个原子与 其相邻的原子之间形成共价键，共用一对价电子。
硅和锗的晶 体结构：
(14-5)
硅和锗的共价键结构
+4表示 除去价电 子后的原
子
+4
+4
+4
+4
共价键共 用电子对
(14-6)
+4
+4
+4
+4
共价键形成后，每个原子 最外层电子是八个，构成比 较稳定的结构。
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，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。
导体、半导体和绝缘体
导 体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金 属一般都是导体。
绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡 皮、陶瓷、塑料和石英。
半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘 体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓 和一些硫化物、氧化物等。
(14-2)
半导体的导电机理不同于其它物质，所以它 具有不同于其它物质的特点。例如：
(14-12)
一、N 型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑），
晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最
外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成
共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，
很容易被激发而成为
自由电子，这样磷原 子就成了不能移动的
多余 电子
+4 +4
带正电的离子。每个
自由电子：在晶格中运动；空穴：在共价键中运动
(14-10)
本征半导体中电流由两部分组成：
1. 自由电子移动产生的电流。 2. 空穴移动产生的电流。
本征半导体的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，本征半导 体的导电能力越强，温度是影响半导体性能 的一个重要的外部因素，这是半导体的一大 特点。
是多子，受温度影响较小。
一般近似认为多子与杂质浓度相等。
(14-16)
课堂练习
1. 在杂质半导体中多子的数量与 a （a. 掺杂浓度、b.温度）有关。
2. 在杂质半导体中少子的数量与 b （a. 掺杂浓度、b.温度）有关。
3. 当温度升高时，少子的数量 c （a. 减少、b. 不变、c. 增多）。
(14-11)
14.1.2 N 型半导体和P 型半导体
在本征半导体中掺入某些微量的杂质，会使 半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂 半导体的某种载流子的浓度大大增加。
N 型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体， 也称为（电子半导体）。
P 型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也 称为（空穴半导体）。