PN结的单向导电性
作业一：定性解释PN结的单向导电性
解答：在上课时老师已经讲到：“在PN结没有外加电压时，PN结中载流子的扩散运动和漂移运动达到动态平衡，所以通过PN结的总电流为零。”此时扩散电流=漂移电流，参考图如下图所示：
加正向电压时，即正偏——电源正极接P区，负极接N区，外电场的方向与内电场方向相反。外电场削弱内电场→电场力不足以阻止扩散运动→扩散运动加强，漂移运动减弱→多子扩散形成正向电流（与外电场方向一致）。正向电压由于引起的是多子运动，结电压很低，显示正向电阻很小，称为正向导通。
加反向电压时，即反偏——电源正极接N区，负极接P区，外电场的方向与内电场方向相同。外电场加强内电场→更大电场力促进漂移运动→漂移运动增强→少子漂移形成反向电流。由于反向电压引起的漂移运动是由少子形成，数量很少，所以电流很小，可以忽略不计，结电压近似等于电源电压，显示反向电阻很大，称为反向截止。
故PN结具有单向导电性。
作业二：根据给出的数据，验证摩尔定律
解答:用T表示Transistor count，P表示Process，用A表示Area，用D表示Date of introduction
我们假设Transistor count每x年增加一倍，则,两边同时取对数可得
由此可见，函数为一次函数关系，且斜率为。根据这个公式，我对T,P,A 分别去了对数，利用数学软件分析出了一些数据如下图所示：
由图可知，函数 的斜率为0.33528，而 = 0.69314,所以x=2.06737，符合摩尔定理；而函数 的斜率为0.06097，远小于0.33528，且曲线波动较大，难以拟合，故不符合摩尔定理；对于函数 而言，其斜率应该为
，对应为-0.14835，所以x=4.67233，即大概每4,5年Process 变为原来的一半。
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l n (T )/l n (P )/l n (A )Date of introduction
PN结及其单向导电性
PN结及其单向导电性电工技术与电子技术电工技术与电子技术 第 14 章半导体器件 主讲教师：张晓春
PN结及其单向导电性主讲教师：张晓春
PN结及其单向导电性主要内容： PN结的形成； PN结的单向导电性。 重点难点： PN结的单向导电性。
1. PN 结的形成 多子的扩散运动 内电场 少子的漂移运动 浓度差 P 型半导体 N 型半导体 空间电荷区也称 PN 结 扩散和漂移这一对相反的运动最终达到 动态平衡，空间电荷 区的厚度固定不变。 － － － － － － － － － － － － － － － － + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + － － － － － － － － 形成空间电荷区 扩散的结果使 空间电荷区变宽。 内电场越强，漂移 运动越强，而漂移 使空间电荷区变薄。
2. PN 结的单向导电性 (1) PN 结加正向电压 (正向偏置) P 接正、N 接负 内电场被削弱，多子的扩散加强，形成较大的扩散电流。 PN 结加正向电压时，PN 结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，PN 结处于导通状态。 PN 结变窄 外电场 I F 内电场 P N － － － － － － － － － － － － － － － － － － + + + + + + + + + + + + + + + + + + + –
PN 结变宽 (2) PN 结加反向电压 (反向偏置) 外电场 内电场被加强，少子的漂移加强， 由于少子数量很 少，形成很小的 反向电流。 I R P 接负、N 接正 温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。 – + PN 结加反向电压时，PN 结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，PN 结处于截止状态。 内电场 P N + + + － － － － － － + + + + + + + + + － － － － － － － － － + + + + + + － － －
《电工2》复习资料2012.07一、填空题1.PN结具有单向导电特性。加正
《电工2》复习资料 2012.07 一、填空题 1.PN结具有单向导电特性。加正向电压时导通，其正向电阻较小；加反向电压时截止，其反向电阻很大。 2.半导体三极管按照结构不同可分为 NPN型和 PNP型两种类型，按照所用材料不同可分为硅管和锗管两种类型。 3. 通常根据三极管的工作状态不同，可以把输出特性曲线划分为截止、放大和饱和三个区域。 4.测得在放大状态的三极管的三个管脚电位分别是1 5.5v、6v、 6.7v，试确定15.5v对应的是集电极，6v对应的是发射极，6.7v对应的是基极；该三极管类型是 NPN型。 5.测得在放大状态的三极管的三个管脚电位分别是2.5v、3.2v、9v，试确定2.5v对应的是发射极，3.2v对应的是基极，9v对应的是集电极；该三极管类型是 NPN型。 6.测得在放大状态的三极管的三个管脚电位分别是-0.7v、-1v、-6v，试确定-0.7v对应的是发射极，-1v对应的是基极，-6v对应的是集电极；该三极管类型是 PNP型。 7.当半导体三极管处于截止状态时的条件是：发射结反偏，集电结反偏；如处于放大状态时的条件是：发射结正偏，集电结反偏；如处于饱和状态时的条件是：发射结正偏，集电结正偏。 8.多级放大电路中常用的极间耦合方式有阻容耦合、直接耦合、变压器耦合三种方式。 9.电压串联负反馈具有输入电阻大、输出电阻小、输出电压稳定等特点；电压并联负反馈具有输入电阻小、输出电阻小、输出电压稳定等特点；电流串联负反馈具有输入电阻大、输出电阻大、输出电流稳定等特点；电流并联负反馈具有输入电阻小、输出电阻大、输出电流稳定等特点。 10.直流稳压电源是由变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路组成的。 11.在滤波电路中通常把电容滤波器和电感滤波器结合起来构成LC滤波器。 12.放大电路的非线性失真有饱和失真和截止失真两种情形。 13.（59）10＝（111011）2＝（3B）16 14.（11011 ）2=（ 1B ）16=（ 33 ）8 15. （123 ）10=（ 1111011）2=（ 173 ）8
3、PN结的形成及PN结工作原理(单向导电)
PN结的形成 如果把一块本征半导体的两边掺入不同的元素，使一边为P型，另一边为N 型，则在两部分的接触面就会形成一个特殊的薄层，称为PN结。PN结是构成二极管、三极管及可控硅等许多半导体器件的基础。 如下图所示是一块两边掺入不同元素的半导体。由于P型区和N型区两边的载流子性质及浓度均不相同，P型区的空穴浓度大，而N型区的电子浓度大，于是在交界面处产生了扩散运动。P型区的空穴向N型区扩散，因失去空穴而带负电；而N型区的电子向P型区扩散，因失去电子而带正电，这样在P 区和N区的交界处形成了一个电场（称为内电场）。 PN结内电场的方向由N区指向P区，如下图所示。 在内电场的作用下，电子将从P区向N区作漂移运动，空穴则从N区向P 区作漂移运动。经过一段时间后，扩散运动与漂移运动达到一种相对平衡状态，在交界处形成了一定厚度的空间电荷区叫做PN结，也叫阻挡层，势垒。
PN结的工作原理 如果将PN结加正向电压，即P区接正极，N区接负极，如上图所示。由于外加电压的电场方向和PN结内电场方向相反。在外电场的作用下，内电场将会被削弱，使得阻挡层变窄，扩散运动因此增强。这样多数载流子将在外电场力的驱动下源源不断地通过PN结，形成较大的扩散电流，称为正向电流。 由此可见PN结正向导电时，其电阻是很小的。 如果PN结加反向电压，如下图所示，此时，由于外加电场的方向与内电场一致，增强了内电场，多数载流子扩散运动减弱，没有正向电流通过PN结，只有少数载流子的漂移运动形成了反向电流。由于少数载流子为数很少，故反向电流是很微弱的。 因此，PN结在反向电压下，其电阻是很大的。 由以上分析可以得知： PN结通过正向电压时可以导电，常称为导通；而加反向电压时 不导电，常称为截止。这说明：PN结具有单向导电性。
什么叫PN结的单向导电性
什么叫PN结的单向导电性
1.什么叫PN结的单向导电性？PN结加正向电压？PN结加反向电压？(p123) PN结加正向电压是指P区接电位，N 区接电位。 PN结具有向导电性是指PN结加向电压导通，加向电压截止。 2. 常温下硅管及锗管的死区电压，正向导通电压各为多少伏？0.5，0.2，0.7，0.3伏(p125) 3.三极管工作在放大区，饱和区，截止区的外部条件各是什么？(p147) (自己做p146/6-6， 4. 三极管工作在放大区的外部条件是发射结偏，集电结偏； 三极管工作在饱和区的外部条件是发射结偏，集电结偏； 三极管工作在截止区的外部条件是发射结偏或偏，集电结偏。 5.NPN型三极管实现放大作用的条件是：PNP型三极管实现放大作用的条件是： A、V E>V B >V C B、V C>V B > V E C、V B>V E。>V C D、V C>V E > V B
6.假设下列各管均为硅管，根据三极管各极对 地的电位，判断三极管为硅管还是锗管，为NPN型还是PNP型，工作状态为放大、饱和，还是截止： (自己做p147/6-13 p147/6-14 ) V1为硅管, ，为型，为状态V3为锗管,为型，为状态 7.在晶体管放大电路中，测得晶体管的各个电极的电位如图1.1所示，该晶体管的类型是Ａ．NPN型硅管 Ｂ．PNP型硅管 Ｃ．NPN型锗管 2V 6V Ｄ．PNP型锗管 1.3V 8.直流稳压电源一般由哪4部分组成？每部分作用是什么？(p210 )
并联型稳压电路中，稳压二极管主要工作在反向 区。 ( p216 p218 ) 9.试写出单相（半）全波整流输出电压公式？ V O =0.45V 2 V O =0.9V 2 ？ (p211/212) 试写出单相（半）全波整流再滤波后输出电压公式？V O =1.0V 2 V O =1.2V 2 ？ (p213) 10.画出与，或，非，与非，或非 ，异或门的逻辑符号，写出逻辑表达式，（p229-233） 与门电路的逻辑功能是 ， ； 或门电路的逻辑功能是 ， 。 与 非 门 电 路 的 逻 辑 功 能 是 ， ； 或门电路的逻辑功能是 ， 。 异 或 门 电 路 的 逻 辑 功 能 是 ， ； 11.根据所给定的逻辑电路，写出输出的L 逻辑函数表达式，并对应写出其逻辑功能口诀： = 1 A & A A B B B
PN结的单向导电性及其分析
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/ef13491711.html, PN结的单向导电性及其分析 作者：高俊杰 来源：《电子技术与软件工程》2017年第12期 摘要本文意在从本质上揭示PN结的导电机理，换种思路理解PN结的单向导电性。找出规律在于化繁为简，本文若被认可也许能够建立起一种更为简单的PN结模型。 【关键词】微小的间隙接触电阻接触电动势单向导电 1 前言 提起PN结，大家都知道它具有正向导通、反向截止的特性，但PN结为何具有单向导电性呢？这个问题就复杂了，现在比较流行的是引入一个“空间电荷区”的概念来解释的，这就需要从PN结的构造说起。 2 PN结的单向导电性 半导体具有掺杂性，P型和N型半导体就是利用在本征半导体也就是纯净的半导体中掺入不同价位的杂质元素而形成的。P型也叫空穴型半导体，它是在硅、锗等4价元素中掺入3价的硼、铝等受主杂质，在其共价键结构中缺少1个电子而形成空穴（见图1）。N型半导体则在硅、锗等4价元素中掺入5价的施主杂质磷、锑等，这时就会在共价键中多出一个电子而形成自由电子（见图2），因此半导体就具有了两种载流子——电子和空穴对。在P型半导体中空穴是多子、电子是少子；N型半导体则相反，电子是多子、空穴是少子。 如果通过光刻和杂质扩散等方法就能将一块半导体分成P型半导体和N型半导体两部 分，它们之间就是一个PN结。它是构成半导体器件的基础，其实一个二极管就是一个PN 结。那么PN结是怎么具有单向导电性的呢？ 通常的说法是在不加外电压时，这个PN结中P区的多子是空穴，N区的多子是电子（通常只考虑多子），因为浓度差，载流子必然向浓度低的方向扩散。在扩散前，P区与N区的正负电荷是相等的，呈电中性。当P区空穴向N区移动时，就在PN结边界处留下了不能移动的负离子，用带蓝圈的负电荷表示；当N区自由电子向P区移动时，就在PN结边界处留下了不能移动的正离子，用带红圈的正电荷表示，这样就在空间电荷区内产生了一个内建电场Upn，电场的方向是由N区指向P区的。在扩散作用下随着Upn增大，载流子受到电场力Upn 的作用而做漂移运动，它的方向与扩散运动相反，最终使载流子扩散与漂移达到动态平衡，形成了空间电荷区，如图3所示。 当外加正向偏压时，电源E提供大量的空穴和电子，E的电场方向与Upn的电场方向相反，空间电荷区被两种载流子复合而消弱变窄，载流子容易通过扩散加强，呈现低阻状态。
§4-1 PN结单向导电特性目的要求
§4.1 PN结的单向导电性 一、本征半导体 纯净的半导体称为本征半导体。 1）半导体的特性 按导电能力物质划分为:导体、绝缘体、半导体。 半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间。 有热敏性、光敏性和掺杂性。利用光敏性可制成光电二极管和光电三极管及光敏电阻;利用热敏性可制成各种热敏电阻;利用掺杂性可制成各种不同能、不同用途的半导体器件,例如二极管、三极管、场效应管等。 2）半导体的共价键结构 价电子：元素的最外层原子轨道上具有的电子。价电子一方面围绕自身的原子核运动,另一方面也时常出现在相邻原子所属的轨道上。 共价键结构：相邻的原子被共有的价电子联系在一起称之为共价键结构。如图4.1所示。 图4.1 硅和锗 的共价键结构 ＋4＋4＋4 ＋4 ＋4 ＋4 ＋4 ＋4 ＋4 正离子核 两个电子的共价键大块晶体中 的局部结构 ＋4＋4＋4 ＋4 ＋4 ＋4由于热激发而产生的自由电子
自由电子：从外界获得一定的能量,挣脱了共价键束缚的少数价电子。 空穴：自由电子在原来共价键的相应位置上留下的空位称为空穴。 图4.2 本征激发产生电子空穴对示意图 自由电子和空穴是成对出现的,所以称它们为电子空穴对。在本征半导体中,电子与空穴的数量总是相等的。 本征激发：我们把在热或光的作用下,本征半导体中产生电子空穴对的现象,称为本征激发,又称为热激发。 由于共价键中出现了空位,在外电场或其他能源的作用下,邻近的价电子就可填补到这个空穴上,而在这个价电子原来的位置上又留下新的空位,以后其他价电子又可转移到这个新的空位上,如图4.3所示。为了区别于自由电子的运动,我们把这种价电子的填补运动称为空穴运动,认为空穴是一种带正电荷的载流子,它所带电荷和电子相等,符号相反。由此可见, 本征半导体中存在两种载流子:电子和空穴。而金属导体中只 ＋4＋4＋4 受主原子邻近的电子落入受主的空位留下可移动的空穴
PN结的形成及PN结工作原理(单向导电)讲解
PN结的形成及PN结工作原理（单向导电）讲解 PN结的形成 如果把一块本征半导体的两边掺入不同的元素，使一边为P型，另一边为N型，则在两部分的接触面就会形成一个特殊的薄层，称为PN结。PN结是构成二极管、三极管及可 控硅等许多半导体器件的基础。 如右图所示是一块两边掺入不同元素的半导体。由于P型区和N型区两边的载流子性质及浓度均不相同，P型区的空穴浓度大，而N型区的电子浓度大，于是在交界面处产生了扩散运动。P型区的空穴向N型区扩散，因失去空穴而带负电；而N型区的电子向P 型区扩散，因失去电子而带正电，这样在P区和N区的交界处形成了一个电场（称为内电场）。 PN结内电场的方向由N区指向P区，如右图所示。在内电场的作用下，电子将从P区向N区作漂移运动，空穴则从N区向P区作漂移运动。经过一段时间后，扩散运动与漂移运动达到一种相对平衡状态，在交界处形成了一定厚度的空间电荷区叫做PN结，也叫阻挡层，势垒。
PN结的工作原理 如果将PN结加正向电压，即P区接正极，N区接负极，如右图所示。由于外加电压的电场方向和PN结内电场方向相反。在外电场的作用下，内电场将会被削弱，使得阻挡层变窄，扩散运动因此增强。这样多数载流子将在外电场力的驱动下源源不断地通过PN结，形成较大的扩散电流，称为正向电流。 由此可见PN结正向导电时，其电阻是很小的。 如果PN结加反向电压，如右图所示，此时，由于外加电场的方向与内电场一致，增强了内电场，多数载流子扩散运动减弱，没有正向电流通过PN结，只有少数载流子的漂移运动形成了反向电流。由于少数载流子为数很少，故反向电流是很微弱的。 因此，PN结在反向电压下，其电阻是很大的。 由以上分析可以得知： PN结通过正向电压时可以导电，常称为导通；而加反向电压时不导电，常称为截止。这说明：PN结具有单向导电性。
什么叫PN结的单向导电性
1. 什么叫PN 结的单向导电性？PN 结加正向电压？PN 结加反向电压？(p123) PN 结加正向电压是指P 区接 电位，N 区接 电位。 PN 结具有 向导电性是指PN 结加 向电压导通，加 向电压截止。 2. 常温下硅管及锗管的死区电压，正向导通电压各为多少伏？0.5，0.2，0.7，0.3伏 (p125) 3.三极管工作在放大区，饱和区，截止区的外部条件各是什么？(p147) (自己做p146/6-6， 4. 三极管工作在放大区的外部条件是发射结 偏，集电结 偏； 三极管工作在饱和区的外部条件是发射结 偏，集电结 偏； 三极管工作在截止区的外部条件是发射结 偏或 偏，集电结 偏。 5.NPN 型三极管实现放大作用的条件是 ： PNP 型三极管实现放大作用的条件是 ： A 、V E >V B > V C B 、V C >V B > V E C 、V B >V E 。> V C D 、V C >V E > V B 6.假设下列各管均为硅管，根据三极管各极对地的电位，判断三极管为硅管还是锗管，为NPN 型还是PNP 型，工作状态为放大、饱和，还是截止： (自己做 p147/6-13 p147/6-14 ) V 1为硅管, ，为 型，为 状态 V 3为锗管,为 型，为 状态 7.在晶体管放大电路中，测得晶体管的各个电极的电位如图1.1所示，该晶体管的类型是 Ａ．NPN 型硅管 Ｂ．PNP 型硅管 Ｃ．NPN 型锗管 2V 6V Ｄ．PNP 型锗管 1.3V 8.直流稳压电源一般由哪4部分组成？每部分作用是什么？(p210 ) 并联型稳压电路中，稳压二极管主要工作在反向 区。 ( p216 p218 ) 9.试写出单相（半）全波整流输出电压公式？ V O =0.45V 2 V O =0.9V 2 ？ (p211/212) 试写出单相（半）全波整流再滤波后输出电压公式？V O =1.0V 2 V O =1.2V 2 ？ (p213) 10.画出与，或，非，与非，或非 ，异或门的逻辑符号，写出逻辑表达式，（p229-233） 与门电路的逻辑功能是 ， ； 或门电路的逻辑功能是 ， 。 与非门电路的逻辑功能是 ， ； 或门电路的逻辑功能是 ， 。 异或门电路的逻辑功能是 ， ； 11.根据所给定的逻辑电路，写出输出的L 逻辑函数表达式，并对应写出其逻辑功能口诀： 12 （时序）组合逻辑电路在任意时刻的输出状态，只取决于该时刻的 （p237） = 1 A & A A B B B
PN结的单向导电性
作业一：定性解释PN结的单向导电性 解答：在上课时老师已经讲到：“在PN结没有外加电压时，PN结中载流子的扩散运动和漂移运动达到动态平衡，所以通过PN结的总电流为零。”此时扩散电流=漂移电流，参考图如下图所示： 加正向电压时，即正偏——电源正极接P区，负极接N区，外电场的方向与内电场方向相反。外电场削弱内电场→电场力不足以阻止扩散运动→扩散运动加强，漂移运动减弱→多子扩散形成正向电流（与外电场方向一致）。正向电压由于引起的是多子运动，结电压很低，显示正向电阻很小，称为正向导通。 加反向电压时，即反偏——电源正极接N区，负极接P区，外电场的方向与内电场方向相同。外电场加强内电场→更大电场力促进漂移运动→漂移运动增强→少子漂移形成反向电流。由于反向电压引起的漂移运动是由少子形成，数量很少，所以电流很小，可以忽略不计，结电压近似等于电源电压，显示反向电阻很大，称为反向截止。 故PN结具有单向导电性。 作业二：根据给出的数据，验证摩尔定律 解答:用T表示Transistor count，P表示Process，用A表示Area，用D表示Date of introduction 我们假设Transistor count每x年增加一倍，则,两边同时取对数可得 由此可见，函数为一次函数关系，且斜率为。根据这个公式，我对T,P,A 分别去了对数，利用数学软件分析出了一些数据如下图所示：
由图可知，函数 的斜率为0.33528，而 = 0.69314,所以x=2.06737，符合摩尔定理；而函数 的斜率为0.06097，远小于0.33528，且曲线波动较大，难以拟合，故不符合摩尔定理；对于函数 而言，其斜率应该为 ，对应为-0.14835，所以x=4.67233，即大概每4,5年Process 变为原来的一半。 19701975198019851990199520002005201020152020 5 10 152025 l n (T )/l n (P )/l n (A )Date of introduction