《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
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
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。
总目录 章目录 返回 上一页 下一页
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
上一页 下一页
2. 同相加法运算电路 RF R1 ui1 ui2 Ri1 – + +
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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。
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– +
+
+ 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
chapter19 电工学 电子技术(第七版) 秦曾煌
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第19章 电力电子技术 19章
本章要求 1.了解电力电子器件的种类及工作原理,着 1.了解电力电子器件的种类及工作原理 了解电力电子器件的种类及工作原理, 了解晶闸管的基本结构、工作原理、 重了解晶闸管的基本结构、工作原理、 特性和主要参数。 特性和主要参数。 2. 理解可控整流电路的工作原理、掌握电 理解可控整流电路的工作原理、 压平均值与控制角的关系。 压平均值与控制角的关系。 3. 了解单结晶体管及其触发电路的工作原 理。 4.了解逆变电路的工作原理 4.了解逆变电路的工作原理
环境温度为40 标准散热条件下， 环境温度为40 C及标准散热条件下，晶闸管处于 全导通时可以连续通过的工频正弦半波电流的平 全导通时可以连续通过的工频正弦半波电流的平 均值。 均值。
如果正弦半波电流的最大值为Im, 则 π 1 Im IF = ∫ Im sinωtd(ωt ) = π 2π 0 i
电力电子技术的应用日益广泛，诸如直流输电、不间 电力电子技术的应用日益广泛，诸如直流输电、 断电源、太阳能和风力发电、 断电源、太阳能和风力发电、直流电动机和交流电动机的 调速等等。 调速等等。
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19.1.1 电力电子器件的分类
依据不同的开关特性,可分为如下三类: 依据不同的开关特性,可分为如下三类: (1)不控元件 (1)不控元件 如整流二极管(D) 如整流二极管(D)
19.1.2 晶闸管 ectifier） （Silicon Controlled Rectifier） 晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种大功 晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种大功 率半导体器件。 率半导体器件。它的出现使半导体器件由弱电领域 扩展到强电领域。 扩展到强电领域。 晶闸管也像半导体二极管那样具有单向导电性， 也像半导体二极管那样具有单向导电性 晶闸管也像半导体二极管那样具有单向导电性， 但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、 但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、 调压及开关等方面。 调压及开关等方面。 优点： 优点： 体积小、重量轻、效率高、动作迅速、 体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简 操作方便、寿命长、 容量大（ 单、操作方便、寿命长、 容量大（正向平均电流 达千安、正向耐压达数千伏）。 达千安、正向耐压达数千伏）。
第19章 电力电子技术 19章
本章要求 1.了解电力电子器件的种类及工作原理,着 1.了解电力电子器件的种类及工作原理 了解电力电子器件的种类及工作原理, 了解晶闸管的基本结构、工作原理、 重了解晶闸管的基本结构、工作原理、 特性和主要参数。 特性和主要参数。 2. 理解可控整流电路的工作原理、掌握电 理解可控整流电路的工作原理、 压平均值与控制角的关系。 压平均值与控制角的关系。 3. 了解单结晶体管及其触发电路的工作原 理。 4.了解逆变电路的工作原理 4.了解逆变电路的工作原理
环境温度为40 标准散热条件下， 环境温度为40 C及标准散热条件下，晶闸管处于 全导通时可以连续通过的工频正弦半波电流的平 全导通时可以连续通过的工频正弦半波电流的平 均值。 均值。
如果正弦半波电流的最大值为Im, 则 π 1 Im IF = ∫ Im sinωtd(ωt ) = π 2π 0 i
电力电子技术的应用日益广泛，诸如直流输电、不间 电力电子技术的应用日益广泛，诸如直流输电、 断电源、太阳能和风力发电、 断电源、太阳能和风力发电、直流电动机和交流电动机的 调速等等。 调速等等。
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19.1.1 电力电子器件的分类
依据不同的开关特性,可分为如下三类: 依据不同的开关特性,可分为如下三类: (1)不控元件 (1)不控元件 如整流二极管(D) 如整流二极管(D)
19.1.2 晶闸管 ectifier） （Silicon Controlled Rectifier） 晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种大功 晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种大功 率半导体器件。 率半导体器件。它的出现使半导体器件由弱电领域 扩展到强电领域。 扩展到强电领域。 晶闸管也像半导体二极管那样具有单向导电性， 也像半导体二极管那样具有单向导电性 晶闸管也像半导体二极管那样具有单向导电性， 但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、 但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、 调压及开关等方面。 调压及开关等方面。 优点： 优点： 体积小、重量轻、效率高、动作迅速、 体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简 操作方便、寿命长、 容量大（ 单、操作方便、寿命长、 容量大（正向平均电流 达千安、正向耐压达数千伏）。 达千安、正向耐压达数千伏）。
电工学秦曾煌下册电子技术详解PPT课件
(14-11)
第11页/共85页
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）。
0V 0V -0.3V 0V 3V 022..37.7VVV
3V 0V 22.7.7VV
3V 3V 22.7.7VV
(14-32)
第32页/共85页
二极管电路分析
定性分析：判二极管的工作状态 ---- 导通、截止 I
导通压降
U
实际二极管：正向导通 ---- 硅 0.6~0.8V 锗 0.2~0.3V
(14-33)
第33页/共85页
➢ 理想二极管：正向导通 ---- 管压降为零 反向截止 ---- 相当于断开
(14-14)
第14页/共85页
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 硼原子成为不能移动 的带负电的离子。由 于硼原子接受电子， 所以称为受主原子。
(14-12)
第12页/共85页
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
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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）。