半导体,晶体管,二极管等内容讲解
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电工电子思维导图模板大纲
半导体与PN结
半导体基础
根据物体导电能力(电阻率)的不同,来划分导体、绝缘体和半导体。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。
热敏性、光敏性、杂敏性
本征半导体和杂质半导体
本征半导体
在绝对温度T=0K时,所有的价电子都被共价键紧紧束缚在共价键中,不会成为自由电子,因此本征半导体的导电能力很弱,接近绝缘体。
当温度升高或受到光的照射时,束缚电子能量增高,有的电子可以挣脱原子核的束缚,而参与导电,成为自由电子。
自由电子产生的同时,在其原来的共价键中就出现了一个空位,称为空穴。
在一定温度下,本征激发和复合同时进行,达到动态平衡。电子空穴对的浓度一定。
载流子
自由电子 带负电荷 电子流
空穴(束缚电子)带正电荷 空穴流
杂质半导体
N型半导体
在本征半导体中掺入五价杂质元素,例如磷,砷等,称为N型半导体。
P型半导体
在本征半导体中掺入三价杂质元素,如硼、镓等。
PN结
PN结的形成
少子漂移电流 <-->多子扩散电流
动态平衡:扩散电流 = 漂移电流 总电流=0
PN结的单向导电性
加正向电压(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。
加反向电压——电源正极接N区,负极接P区
在一定的温度下,由本征激发产生的少子浓度是一定的,故IR基本上与外加反压的大小无关,所以称为反向饱和电流。但IR与温度有关。
PN结加正向电压时,具有较大的正向扩散电流,呈现低电阻, PN结导通; PN结加反向电压时,具有很小的反向漂移电流,呈现高电阻, PN结截止。 由此可以得出结论:PN结具有单向导电性。
二极管
二极管的结构与符
二极管 = PN结 + 管壳 + 引线
二极管的伏安特性
在二极管的两端加上电压,测量流过管子的电流,则I = f (U )之间的关系曲线为伏安特性。
正向特性
相应的电压叫死区电压。范围称死区。死区电压与材料和温度有关,硅管约 0.5 V 左右,锗管约 0.1 V 左右。
反向特性
当电压超过零点几伏后,反向电流不随电压增加而增大,即饱和
PN结的反向击穿的物理本质
雪崩击穿:碰撞电离
反向电压增加 -->少子漂移加快 -->动能增加 -->碰撞电离 -->连锁反应
齐纳击穿:场致激发
强电场将耗尽层内中性原子的价电子直接变为自由电子
热击穿: PN结过热
功率损耗 --> PN结温升高 -->本征激发加剧 -->反向电流更大 -->连锁反应
二极管的主要参数
最大整流电流 IDM
最高反向工作电压 URM
反向饱和电流 IR
最高工作频率 fM
直流电阻 RD
二极管的分析方法
理想模型
恒压降模型
折线模型
分析步骤:
1. 根据已知条件或实际情况确定二极管采用的模型
2. 将二极管断开,分别计算VA, VK 并判断二极管的通断
3. 套入相应的模型对原电路进行变换
4. 计算
稳压管
稳压管及其伏安特
稳压管工作于反向击穿区
稳压管的主要参数
稳定电压 UZ
最小稳定电流 IZmin
最大稳定电流 IZmax
动态电阻 rZ
rZ 愈小愈好。对于同一个稳压管,工作电流愈大, rZ 值愈小。
稳压管的应用
稳压管在直流稳压电源中获得广泛的应用。图是最简单的稳压电路,UIN为输入直流电压,稳压管并联在负载RL两端,负载两端电压UO在UIN与及IL变化时基本稳定。
其他二极管
发光二极管
光敏二极管
晶体管
晶体管的构造和工作原理
晶体管的构造
三极管有两种导电类型:NPN 型和 PNP 型
晶体管内部结构要求:
1) 发射区高掺杂。
2) 基区做得很薄。通常只有几微米到几十微米,而且掺杂较少。
3) 集电结面积大, 低掺杂。
晶体管若实现放大,必须从晶体管内部结构和外部所加电源的极性来保证。
晶体管的工作原理
共基极接法,基极作为公共电极,用CB表示;
共发射极接法,发射极作为公共电极,用CE表示;
共集电极接法,集电极作为公共电极,用CC表示。
三极管在工作时要加上适当的直流偏置电压。
1)发射结加正向电压,扩散运动形成发射极电流
2) 扩散到基区的自由电子与 空穴的复合运动形成基极 电流
3)集电结加反向电压,漂移运动形成集电极电流Ic
晶体管的特性曲线
输入特性曲线
输出特性曲线
(1)当uCE=0 V时,因集电极无收集作用,iC=0。
(2) uCE ↑ → Ic ↑ 。
(3) 当uCE >1V后,收集电子的能力足够强。这时,发射到基区的电子都被集电极收集,形成iC。所以uCE再增加,iC基本保持不变。
三极管工作状态
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