【正文】 作用下，參與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的多子數(shù)目等于參與漂移運(yùn)動(dòng)的少子數(shù)目，從而達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。 北京郵電大學(xué)出版社 PN結(jié)及其特性 ? 在 PN結(jié)中，由于 P區(qū)的空穴濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于 N區(qū)， P區(qū)的空穴越過(guò)交界面向 N區(qū)移動(dòng)；同時(shí) N區(qū)的自由電子濃度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于 P區(qū)，N區(qū)的電子越過(guò)交界面向P區(qū)移動(dòng)；在半導(dǎo)體物理中，將這種移動(dòng)稱作 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 空穴 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ P區(qū) N區(qū) 負(fù)離子 正離子 自由電子 圖 14a PN結(jié)載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 北京郵電大學(xué)出版社 PN結(jié)及其特性 ? 擴(kuò)散到 P區(qū)的自由電子與空穴復(fù)合，而擴(kuò)散到 N區(qū)的空穴與自由電子復(fù)合，在 PN結(jié)的交界面附近多子的濃度下降， P區(qū)出現(xiàn)負(fù)離子區(qū)， N區(qū)出現(xiàn)正離子區(qū)，它們是不能移動(dòng)的，人們稱此正負(fù)電荷區(qū)域?yàn)?勢(shì)壘區(qū) 總的電位差稱為 勢(shì)壘高度 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ P區(qū) N區(qū) 勢(shì)壘區(qū) 圖 14b PN結(jié)勢(shì)壘形成示意圖 圖 14c PN結(jié)勢(shì)壘分布示意圖 勢(shì)壘高度 Ψ x 0 北京郵電大學(xué)出版社 PN結(jié)及其特性 ? 在勢(shì)壘區(qū)兩側(cè)半導(dǎo)體中的少數(shù)載流子，由于雜亂無(wú)章的運(yùn)動(dòng)而進(jìn)入勢(shì)壘區(qū)時(shí)，勢(shì)壘區(qū)的電場(chǎng)使這些少子作定向運(yùn)動(dòng)。 ? 在 P型半導(dǎo)體中，空穴為多子，自由電子為少子，主要靠空穴導(dǎo)電。 北京郵電大學(xué)出版社 半導(dǎo)體及其特性 P型半導(dǎo)體： ? 在本征半導(dǎo)體中摻入少量的三價(jià)元素，如硼、鋁和銦，使之取代一個(gè)四價(jià)元素在晶體中的位置，形成 P型半導(dǎo)體 。半導(dǎo)體中導(dǎo)電以電子為主，故自由電子為多數(shù)流子，簡(jiǎn)稱為多子；空穴為少數(shù)載流子，簡(jiǎn)稱為 少子 。 ? 由于五價(jià)元素很容易貢獻(xiàn)出一個(gè)電子，稱之為施主雜質(zhì) 。 ? 根據(jù)摻入雜質(zhì)元素的不同，可形成 N（ Negative）型半導(dǎo)體和 P（ Positive）型半導(dǎo)體。 ? 在一定溫度下，本征半導(dǎo)體中載流子的濃度是一定的，并且自由電子與空穴的濃度相等。在本征半導(dǎo)體中，自由電子和空穴都是載流子，這是半導(dǎo)體導(dǎo)電的特殊性質(zhì)。與此同時(shí)，在共價(jià)鍵中留下一個(gè)空穴。走信息路，讀北郵書(shū) 北京郵電大學(xué)出版社 電子電路基礎(chǔ) 林家儒 編著 北京郵電大學(xué)出版社 目 錄 ? 第一章 半導(dǎo)體器件基礎(chǔ) ? 第二章 放大電路分析基礎(chǔ) ? 第三章 放大電路的頻率特性分析 ? 第四章 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路特性分析 ? 第五章 負(fù)反饋放大電路 ? 第六章 功率放大電路 ? 第七章 差動(dòng)放大電路 ? 第八章 運(yùn)算放大器和電壓比較器 ? 第九章 正弦波振蕩器 ? 第十章 直流電源 北京郵電大學(xué)出版社 第一章 半導(dǎo)體器件基礎(chǔ) ? 半導(dǎo)體及其特性 ? PN結(jié)及其特性 ? 半導(dǎo)體二極管 ? 半導(dǎo)體三極管及其工作原理 ? 三極管的共射特性曲線及主要參數(shù) 北京郵電大學(xué)出版社 半導(dǎo)體及其特性 ? 定義：純凈的半導(dǎo)體經(jīng)過(guò)一定的工藝過(guò)程制成單晶體，稱為本征半導(dǎo)體 。 ? 晶體中的共價(jià)鍵具有很強(qiáng)的結(jié)合力，在常溫下僅有極少數(shù)的價(jià)電子受熱激發(fā)得到足夠的能量，掙脫共價(jià)鍵的束縛變成為自由電子。 北京郵電大學(xué)出版社 半導(dǎo)體及其特性 ? 運(yùn)載電流的粒子稱為 載流子 。 ? 半導(dǎo)體在受熱激發(fā)下產(chǎn)生自由電子和空穴對(duì)的現(xiàn)象稱為 本征激發(fā) 。 北京郵電大學(xué)出版社 半導(dǎo)體及其特性 ? 定義：摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體稱為 雜質(zhì)半導(dǎo)體 。 北京郵電大學(xué)出版社 半導(dǎo)體及其特性 N型半導(dǎo)體 ： ? 在本征半導(dǎo)體中摻入少量的五價(jià)元素，如磷、砷和鎢，使每一個(gè)五價(jià)元素取代一個(gè)四價(jià)元素在晶體中的位置，形成 N型半導(dǎo)體。 北京郵電大學(xué)出版社 半導(dǎo)體及其特性 ? 在 N型半導(dǎo)體中，由于摻入了五價(jià)元素，自由電子的濃度大于空穴的濃度。 ? 由于雜質(zhì)原子可以供電子，故稱之為 施主原子 。 ? 由于雜質(zhì)原子中的空位吸收電子，故稱之為 受主雜質(zhì) 。 北京郵電大學(xué)出版社 PN結(jié)及其特性 PN結(jié)的原理 ? 采用不同的摻雜工藝 ， 將 P型半導(dǎo)體與 N型半導(dǎo)體制作在一起 ， 使這兩種雜質(zhì)半導(dǎo)體在接觸處保持晶格連續(xù) ， 在它們的交界面就形成 PN結(jié) 。少子在電場(chǎng)作用下的定向運(yùn)動(dòng)稱作 漂移運(yùn)動(dòng) 。 北京郵電大學(xué)出版社 PN結(jié)及其特性 PN結(jié)的導(dǎo)電特性 ? PN結(jié)外加正向電壓時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài) ? PN結(jié)外加反向電壓時(shí)處于截止?fàn)顟B(tài) 圖 15 PN結(jié)加正向電壓處于導(dǎo)通狀態(tài) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ P區(qū) N區(qū) 勢(shì)壘區(qū) V R I ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ P區(qū) N區(qū) 勢(shì)壘區(qū) 圖 16 PN結(jié)加反向電壓處于截止?fàn)顟B(tài) V R IS 北京郵電大學(xué)出版社 半導(dǎo)體二極管 ? 將 PN結(jié)用外殼封裝起來(lái)，并加上電極引線就構(gòu)成了半導(dǎo)體二極管，簡(jiǎn)稱二極管。當(dāng)反向電壓超過(guò)超過(guò)某個(gè)值時(shí)，電流開(kāi)始急劇增大，稱之為反向擊穿，稱此電壓為二極管的反向擊穿電壓 ，用符號(hào)UER表示。 ? 在高摻雜濃度的情況下，因勢(shì)壘區(qū)寬度很小，反向電壓較大時(shí)，破壞了勢(shì)壘區(qū)內(nèi)共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)，使價(jià)電子脫離共價(jià)鍵束縛，產(chǎn)生電子 ? 空穴對(duì)，致使電流急劇增大，這種擊穿稱為 齊納擊穿 。當(dāng)反向電壓增加到較大數(shù)值時(shí)，外加電場(chǎng)使少子漂移速度加快，從而與共價(jià)鍵中的價(jià)電子相碰撞，把價(jià)電子撞出共價(jià)鍵，產(chǎn)生新的電子 — 空穴對(duì)。 北京郵電大學(xué)出版社 二極管特性的解析式 ? 理論分析得到二極管的伏安特性表達(dá)式為 : 式中 IS為反向飽和電流， q為電子的電量，其值為 1019庫(kù)侖； k是為玻耳茲曼常數(shù)，其值為 1023J/K； T為絕對(duì)溫度，在常溫（ 20?C）相當(dāng)于 K＝293?K ? 令 ? 則二極管的伏安特性表達(dá)式為： )1( ?? kTquS eIimV26?? qkTU T)1( ?? TUuS eIi北京郵電大學(xué)出版社 二極管的等效電阻 ? 直流等效電阻也稱靜態(tài)等效電阻。在直流工作點(diǎn)Q一定，在二極管加有交流電壓 ?u，產(chǎn)生交流電流 ?i，交流等效電阻 rD定義為 D IUR ?D iudidur????北京郵電大學(xué)出版社 二極管的等效電阻 ? 當(dāng)二極管上的直流電壓 UD足夠大時(shí) ? 在常溫情況下，二極管在直流工作點(diǎn) Q的交流等效電阻rD為 )()mA()mV(26 ???TD IIUrTUuSTQD UIeIUdudirT ???? 11北京郵電大學(xué)出版社 二極管的等效電阻 ? 圖 19(a)中的 Q點(diǎn)，稱為二極管的直流工作點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的直流電壓 UQ和直流電流 IQ。為了描述二極管的性能，通常引用以下幾個(gè)主要參數(shù) : (1) 最大整流電流 IM： IM是二極管長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)允許通過(guò)的最大正向平均電流，其值與 PN結(jié)面積及外部散熱條件等有關(guān)。 (2) 反向擊穿電壓 UBR： UBR是二極管反向電流明顯增大，超過(guò)某個(gè)規(guī)定值時(shí)的反向電壓。 IS愈小，二極管的單向?qū)щ娦杂茫?IS對(duì)溫度非常敏感。 北京郵電大學(xué)出版社 例 11 圖 10(a)是由理想二極管 D組成的電路，理想二極管是指二極管的導(dǎo)通電壓UD為 0、反向擊穿電壓 UBR為 ?，設(shè)電路的輸入電壓 ui如圖 10(b)所示，試畫(huà)出輸出 uo的波形 ?解： 由二極管的單向?qū)щ娞匦裕斎胄盘?hào)正半周時(shí)二極管導(dǎo)通，負(fù)半周截止，故輸出 uo的波形如右圖所示。穩(wěn)壓管在反向擊穿時(shí)，在一定的電流范圍內(nèi) (或者說(shuō)在一定的功率損耗范圍內(nèi) )，端電壓幾乎不變，表現(xiàn)出穩(wěn)壓特性，因而廣泛用于穩(wěn)壓電源與限幅電路之中。 ? (2) 穩(wěn)定電流 IZ： IZ是穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓狀態(tài)時(shí)的參考電流，電流低于此值時(shí)穩(wěn)壓效果變壞，甚至不穩(wěn)壓。 ? (4) 動(dòng)態(tài)電阻 rD： rD是穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓區(qū)時(shí)，端電壓變化量與其電流變化量之比。對(duì)于不同型號(hào)的管子， rD將不同，從幾歐到幾十歐。 北京郵電大學(xué)出版社 ? 例 13 圖 13是由穩(wěn)壓二極管DZ組成的電路，其穩(wěn)壓值為UZ。 ? 解： 由戴維南電源等效定理，圖 13等效的等效定理如右圖所示，其中 ? ? 當(dāng) 時(shí)，穩(wěn)壓管穩(wěn)壓，輸出 ； 當(dāng) 時(shí)，穩(wěn)壓管截止，輸出 。 2121 2 // RRRURR RU i ＝、 ????ZUU ??ZUU ??Zo UU ?UUo ?? Zi UR RRU 2 21 ??Zo UU ?io URR RU 21 2??北京郵電大學(xué)出版社 半導(dǎo)體三極管及其工作原理 北京郵電大學(xué)出版社 ? 發(fā)射區(qū)與基區(qū)間的 PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)（簡(jiǎn)稱 E結(jié)），基區(qū)與集電區(qū)間的 PN結(jié)稱為集電結(jié)（簡(jiǎn)稱 C結(jié)）。關(guān)鍵在于兩個(gè) PN結(jié)連接處的半導(dǎo)體晶體要保持連續(xù)性，并且中間的基區(qū)面積很小且雜質(zhì)濃度非常低；此外，發(fā)射區(qū)的摻雜濃度很高且面積比基區(qū)大得多，但比集電區(qū)?。患妳^(qū)面積很大，摻雜濃度比基區(qū)高得多，但比發(fā)射區(qū)低得多。 ui為交流輸入電壓信號(hào)，它接入基極 發(fā)射極回路，稱為輸入回路；放大后的信號(hào)在集電極 發(fā)射極回路，稱為輸出回路。為了使三極管工作處在放大狀態(tài)，在輸入回路加基極直流電源 VBB，在輸出回路加集電極直流電源VCC，且 VCC大于 VBB，使發(fā)射結(jié)正向偏置、集電結(jié)反向偏置。比較圖 117和圖 116可以看到，為了使三極管工作處在放大狀態(tài)，要求發(fā)射結(jié)正向偏置、集電結(jié)反向偏置，為此在圖 117中，在輸入回路所加基極直流電源 VBB及輸出回路所加集電極直流電源 VCC反向了，相應(yīng)的直流電流 IB、 IC和 IE也都反向了，這也是 NPN型和PNP型三極管符號(hào)中發(fā)射極指示方向不同的含義所在。 北京郵電大學(xué)出版社 ? 當(dāng)交流輸入電壓信號(hào) ui ? 0時(shí)，直流電源 VBB和 VCC分別作用于放大電路的輸入回路和輸出回路，使發(fā)射結(jié)正向偏置、集電結(jié)反向偏置。 ? 由于基區(qū)面積很小，且摻雜濃度很低，從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的電子中只有 ? 極少部分與空穴復(fù)合，形成基極電流 IB，由此可見(jiàn) IBIE。因此 IBICIE。 ? 當(dāng)交流輸入 ui ? 0為小信號(hào)時(shí)，因?yàn)榇藭r(shí)交流信號(hào)是疊加在直流上，如圖118(b)所示，在輸入回路產(chǎn)生直流電流 IB與交流電流 i B之和，由上面的分析，在輸出回路得到直流電流 IC與交流電流 iC之和，同時(shí)交流電流 i Bi C，即交流電流放大了。為了使三極管有放大能力，在輸入回路加基極直流電源 VBB，在輸出回路加集電極直流電源 VCC，且 VCC大于 VBB，使發(fā)射結(jié)正向偏置、集電結(jié)反向偏置。 ? 2. 飽和狀態(tài) ? 如果輸出回路的集電極直流電源 VCC小于輸入回路的基極直流電源 VBB，則發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都是正向偏置。 ? 此種狀態(tài)稱三極管處于飽和狀態(tài)，條件是發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都是正向偏置。由于外加電壓沒(méi)有達(dá)到發(fā)射結(jié)的開(kāi)啟電壓，使發(fā)射區(qū)的自由電子不能越過(guò)發(fā)射結(jié)達(dá)到基區(qū)，不能形成電流，從而發(fā)射極、集電極和基極的電流都很小，也就談不上放大了。 北京郵電大學(xué)出版社 三極管的電流放大倍數(shù) ? 集電極直流電流 IC與基極直流電流 IB之比稱為共射直流電流放大倍數(shù)，用 表示 ? 由電路分析中相關(guān)定律得到 、發(fā)射極直流電流 ? 集電極交流電流 iC與基極交流電流 iB之比稱為共射交流電流放大倍數(shù)，用 ?表示 ? 一般情況下 BCII???BC II ?? ? BE II )1( ＋??BCii?????北京郵電大學(xué)出版社 ? 當(dāng)以發(fā)射極直流電流 IE作為輸入電流，以集電極直流電流 IC作為輸出電流時(shí)， I