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模拟电子电路 §1 半导体基础知识 一、本征半导体 1、本征半导体 导电性：与杂质浓度和温度有关 在绝对零度(-273℃)和没有外界影响时，所有价电子都被束缚在共价键内，晶体中没有自由电子，所以半导体不能导电。晶体中无载流子。 2、本征半导体的结构 3、本征半导体中的两种载流子 二、杂质半导体 1. N型半导体 1. P型半导体 三、PN结的形成及其单向导电性 PN 结的形成 PN 结的单向导电性 PN 结的单向导电性 四、PN 结的电容效应 一、二极管的组成 二、二极管的伏安特性及电流方程 1. 单向导电性 电击穿：二极管的反向电流随外电路变化，反向电压维持在击穿电压附近---稳压管 1. 稳定电压UZ 2. 额定功耗PZ 击穿后流过管子的电流为规定值时，管子两端的电压值。 由管子升温所限定的参数，使用时不允许超过此值。 3. 稳定电流IZ 4. 动态电阻rZ 5. 温度系数α 在击穿状态下，两端电压变化量与其电流变化量的比值。 表示单位温度变化引起稳压值的相对变化量。 一般为几欧姆到几十欧姆（越小越好）。 2、稳压管稳压电路主要参数 4.3 晶体二极管电路的应用 u i ≥ E+UD(ON) 三、二极管限幅电路 4.3 晶体二极管电路的应用 第四章 半导体二极管及其基本电路 §4.1 半导体基础知识 §4.2 半导体二极管 §4.3 二极管的等效电路及其应用 半导体－－硅（Si）、锗（Ge），均为四价元素，它们原子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。 导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。 本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。 1、本征半导体 导体－－铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层电子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。 绝缘体－－惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导电。 +14 2 8 4 硅原子（Silicon） +4 价电子(Valence Electron) 由于热运动，具有足够能量的价电子挣脱共价键的束缚而成为自由电子 自由电子的产生使共价键中留有一个空位置，称为空穴 自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。 共价键 一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定；温度升高，热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对的浓度加大。 动态平衡 两种载流子 电子空穴对产生、复合，维持动态平衡。对应的电子空穴浓度称为本征载流子浓度。 外加电场时，带负电的自由电子和带正电的空穴均参与导电，且运动方向相反。由于数目很少，故导电性很差。 温度升高，热运动加剧，载流子浓度增大，导电性增强。热力学温度0K时不导电。 磷（P） 施主杂质 杂质半导体主要靠多数载流子导电。掺入杂质越多，多子浓度越高，导电性越强，实现导电性可控。 多数载流子 硼（B） 受主杂质 多数载流子 P型半导体主要靠空穴导电，掺入杂质越多，空穴浓度越高，导电性越强， 在电场作用下，半导体中的载流子作定向飘移运动而形成的电流。 电子电流 空穴电流 1 漂移电流(Drift Current) 三、PN结的形成及其单向导电性 2 扩散电流(Diffusion Current) 主要取决于该处载流子浓度差（即浓度梯度）。浓度差越大，扩散电流越大，而与该处的浓度值无关。 扩散运动 P区空穴浓度远高于N区。 N区自由电子浓度远高于P区。 扩散运动使靠近接触面P区的空穴浓度降低、靠近接触面N区的自由电子浓度降低，产生内电场。 参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同，达到动态平衡，就形成了PN结。即扩散过去多少多子，就有多少少子漂移过来 漂移运动 由于扩散运动使P区与N区的交界面缺少多数载流子，形成内电场，从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从N区向P区、自由电子从P区向N 区运动。 PN结加正向电压导通： 耗尽层变窄，扩散运动加剧，由于外电源的作用，形成扩散电流，PN结处于导通状态。 PN结加反向电压截止： 耗尽层变宽，阻止扩散运动，有利于漂移运动，形成漂移电流。由于电流很小，故可近似认为其截止。 四、PN结电流方程 开启电压 反向饱和电流 击穿电压 当u 比UT大几倍时 即呈现指数变化。 当u0 时,且|u|比UT大几倍时 PN结电流方程讨论 PN结的击穿特性 当反向电压超过 U( BR ) 后， |u| 稍有增加时，反向电流急剧增大，这种现象称为PN结反向击穿(Breakdown)。 i u 0 -U(BR) 轻掺杂?耗尽区较宽?少子动能增大?碰撞中性原子?产生电子