电子线路基础(梁明理)第1章 (1)解析

第1章 基本半导体器件
1.1 PN结
1. 价电子：原子外 层轨道上的电子。
2．共价键：两个 相邻原子共有的一 对价电子。
3．本征半导体： 纯净且呈现晶体结 构的半导体，叫本 征半导体。
第1章 基本半导体器件
1.1 PN结
1．自由电子：获 得足够能量，以克服 共价键束缚的价电子。
2．空穴：价电子 脱离共价键束缚成为 自由电子后在共价键 中留下的空位。
第1章 基本半导体器件
1.1 PN结
2．PN结的单向导电特性
（ 1 ） PN 结 加 正 向 电 压 （ 正 偏）
外电场与内电场反方向 → 空间电荷区附近多子与其 中离子复合 →空间电荷区变 窄 → 多子的扩散运动远大于 少子的漂移运动 → 由浓度大 的多子扩散形成较大的正向 电流 → PN结处于导通状态。
1.2 二极管
使用稳压管组成稳压 电路时，需要注意
1. 应反偏连接
2. 稳压管应与负载电阻 并联
3. 必须限制流过稳压管 的电流，使其不超过规定 值，以免因过热而烧毁管 子。
第1章 基本半导体器件
1.2 二极管 二极管参数
最大正向直流电流IFM：平均电流 反向峰值电压VRM：瞬时值 反向直流电流IR： 是对温度很敏感的参数 最高工作频率fM：结电容作用的结果
此时，其正向电阻很小， 正向压降也很小。
第1章ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ基本半导体器件
1.1 PN结
（ 2 ） PN 结 加 反 向 电 压 （ 反 偏 ）
外电场与内电场同方向 → 使空间电荷区变宽 → 多子扩散 运动大大减弱，而少子的漂移 运动相对加强， → 由浓度很小 的少子漂移形成很小的反向饱 和电流IS，PN结处于截止状态。 此时，反向电阻很大。
第1章 基本半导体器件
1.1 PN结
扩散与漂移的动态平衡 扩散：多子的运动，产生扩散电流。 漂移：少子的运动，产生漂移电流。
当内电场达到一定值时，多子的扩散运动与少 子的漂移运动达到动态平衡时，空间电荷区不再变 化，这个空间电荷区，就称为PN结。
无外电场作用时，PN结内部虽有载流子运动， 但无定向电流形成。
第1章 基本半导体器件
1.1 PN结
扩散的结果，在P型和N型半导体交界面处形成空 间电荷区，空间电荷区无载流子停留，故称为耗尽层. 自建内电场（从N区指向P区）。该电场阻止多子扩散 运动，又称为阻挡层。但有利于少子运动.
第1章 基本半导体器件
1.1 PN结
（2）少数载流子的漂移
在内电场的作用下， P区中的少子自由电子向 N区漂移，而N区中的少 子空穴向P区飘移，使内 电场削弱。
在杂质半导体中，多子浓度取决于掺杂浓度； 少子浓度取决于温度。
掺杂的目的不是提高导电能力，而是得到多种 半导体特性，满足实际需要 。
第1章 基本半导体器件
1.1 PN结
1. PN结中载流子的运动
（1）多数载流子的扩散运动：在交界面两侧,电子和 空穴的浓度差很大， P区中的多子空穴向N区扩散， 在P区一侧留下杂质负离子,在N区一侧集中正电荷； 同时，N区中的多子自由电子向P区扩散，在N区一 侧留下杂质正离子，在P区一侧集中负电荷。
第1章 基本半导体器件
1.1 PN结
在常温下，由于热能的激发，产生自由电子和 空穴对的现象，叫本征激发。温度一定，自由电子 和空穴对的浓度也一定。由于本征激发而在本征半 导体中存在一定浓度的自由电子（带负电荷）和空 穴（带正电荷）对，故其具有导电能力，但其导电 能力有限。
第1章 基本半导体器件
1.1 PN结
saturation
第1章 基本半导体器件
1.2 二极管 理想二极管的伏安特性
正向特性：开启电压Vth=0 反向特性：反向饱和电流IR(sat)=0
稳压管
第1章 基本半导体器件
1.2 二极管
➢稳定电压：UZ
➢稳定电流： IZ
➢动态内阻：rZ
rZ
U I
➢额定功耗： PZ ➢电压的温度系数：αU
第1章 基本半导体器件
第1章 基本半导体器件
1.1 PN结
•导 体：导电能力很强的物质。
电阻率<10-4 Ω·cm， 如低价元素铜、铁、铝等。
•绝缘体：导电能力很弱，基本上不导电的物质。
电阻率>109 Ω·cm， 如高价惰性气体和橡胶、陶瓷、塑料等高
分子材料.
•半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。
如硅、锗等四价元素。
第1章 基本半导体器件
1.2 二极管 二极管应用-限幅
<VR
<VR
断 +VR
=Vi
>VR
通
>VR
+VR
= VR
第1章 基本半导体器件
1.2 二极管 二极管应用-半波整流
第1章 基本半导体器件
（1）Ｎ(Negtive)型半导体：
在硅或锗本征半导体中掺 入适量的五价元素（如磷）， 则磷原子与其周围相邻的四 个硅或锗原子之间形成共价 键后，还多出一个自由电子 参与导电。结果，自由电子 成为多数载流子(称多子)， 空穴成为少数载流子(称少 子)。
第1章 基本半导体器件
1.1 PN结
（2）P(Positive)型半导体：
在硅或锗本征半导体 中，摻入适量的三价元素 （如硼），则硼原子与周 围的四个硅或锗原子形成 共价键后，还留有一个空 穴。结果，空穴成为多子， 自由电子成为少子。这种 主要依靠多子空穴导电的 杂质半导体，叫P型半导 体。
第1章 基本半导体器件
1.1 PN结
无外电场作用时，本征半导体和杂质半导体对 外均呈现电中性，其内部无电流。
第1章 基本半导体器件
1.2 二极管
二极管的伏安特性
正向特性：
死区电压
硅：0.5V左右
锗：0.1V左右
反向特性：
反向饱和电流IS 反向击穿电压UBR
二极管方程 iD IR(sat) (evD /VT 1)
UT：温度的电压当量，26mV
第1章 基本半导体器件
1.2 二极管 实际二极管的伏安特性
正向特性：开启电压Vth 硅：0.5V左右 锗：0.1V左右 反向特性：反向饱和电流IR(sat) 硅:<0.1μA 锗:<0.1mA
PN结正偏时导通，反偏时截止，故具有单向导电特性。
第1章 基本半导体器件
1.2 二极管
二极管的类型： ➢从管子结构来分，有点接触型和面接触性和平面型
第1章 基本半导体器件
1.2 二极管
二极管的类型： ➢从制造材料来分，有硅二极管、锗二极管 ➢此外还有一种开关型二极管，适用于在脉加数宇电 路中作为开关管。