半导体、二极管、三极管"/>
嵌入式入门教学——半导体、二极管、三极管
目录
一、半导体
1、简介
2、本征半导体
3、杂志半导体
4、PN结的形成及其单向导电性
5、PN结的电容效应
二、半导体二极管
1、简介
2、二极管的伏安特性和电流方程
三、晶体三极管
1、晶体管的结构和符号
2、晶体管的放大原理
3、晶体管的共射输入特性和输出特性
一、半导体
1、简介
- 导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。
- 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。
- 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。
2、本征半导体
- 本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。(无杂质、稳定的结构)
- 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OK时不导电。
2.1、本征半导体的结构
- 自由电子与空穴相碰同时消失,称为复合。
- 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。
2.2、载流子
- 运载电荷的粒子称为载流子。本征半导体中的两种载流子:自由电子和空穴。
- 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。由于载流子数目很少,故导电性很差。
3、杂志半导体
- 杂质半导体主要靠多数载流子导电。掺入杂质越多,多数载流子浓度越高,导电性越强。
3.1、N型半导体
- 掺加杂质,使得自由电子多于空穴,靠自由电子导电。
- 多数载流子为自由电子,即为N型半导体。
3.2、P型半导体
- 掺加杂质,使得空穴多于自由电子,靠空穴导电。
- 多数载流子为空穴,即为P型半导体。
4、PN结的形成及其单向导电性
4.1、导电原理
- 物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气体、液体、固体均有之。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。
4.2、PN结的形成
- 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。
- 因电场作用所产生的运动称为漂移运动。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。
4.3、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。
- 空穴为正电,同性相斥,空穴向N区移动,平衡打破,故导电。
4.4、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。
- 自由电子为负电,异性相吸,自由电子向N区移动,平衡加固,故截止。
5、PN结的电容效应
- 整个PN结的结电容:Cj=Cb(势垒电容)+Cd(扩散电容)。
5.1、势垒电容
- PN结外加电压变化时,空间电荷区的宽度将发生变化(耗尽层变窄或变宽),有电荷的积累和释放的过程,与电容的充放电相同,其等效电容称为势垒电容Cb。
5.2、扩散电容
- PN结外加的正向电压变化时,在扩散路程中载流子的浓度及其梯度均有变化(自由电子和空穴的移动),也有电荷的积累和释放的过程,其等效电容称为扩散电容Cd。
二、半导体二极管
1、简介
1.1、什么是二极管?
- 将PN结封装,引出两个电极,就构成了二极管。
1.2、二极管的分类
2、二极管的伏安特性和电流方程
2.1、电流方程
- U(BR):反向击穿电压。
- Is:反向饱和电流。
- i:流经二极管的电流。
- u:二极管的电压。
2.2、伏安特性
- 单向导电性
- 伏安特性受温度影响
- 温度升高,电流不变,二极管两端电压减小,反向饱和电流增大,反向击穿电压减小(易被击穿)。
三、晶体三极管
1、晶体管的结构和符号
2、晶体管的放大原理
2.1、放大条件
- 发射结正偏:P为正,N为负。
- 集电结反偏:P为负,N为正。
- 满足条件即可把基极的电流放大。
- 左N的自由电子浓度过高,自由电子会挤到右N(漂移运动),产生电流。
2.2、电流分配
- Ie = Ib + Ic
- Ie:发射极电流
- lb:基极电流
- lc:集电极电流
- 放大系数:
3、晶体管的共射输入特性和输出特性
3.1、输入特性
- UBE(基极和发射极的电压)大于开启电压时,IB(基极电流)开始增大。
- 当UCE(集电极和发射极的电压)=0时,相当于集电极与发射极短路,即发射结与集电结并联。因此,输入特性曲线与PN结的伏安特性类似,呈指数关系。
- 当UCE增大时,曲线将右移。
3.2、输出特性
- 对于每一个确定的IB(基极电流),都有一条曲线,输出特性的一组曲线。
- 截至区:发射极电压小于开启电压,且集电结反向偏置。
- 放大区:发射结正向偏置且集电结反向偏置。
- 饱和区:发射结与集电结均处于正向偏置。
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