【模拟电子一】常用半导体器件

半导体基础知识

本征半导体

导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。

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。

本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。

下图展示本征半导体的结构

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。

运载电荷的粒子称为载流子。

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。

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。

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

N型半导体（+5价，如P）主要靠自由电子导电，而空穴为少数载流子（少子）。

P型半导体（+3价，如B）主要靠空穴导电，而自由电子为少子。

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。

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。

此时，因电场作用所产生的运动称为漂移运动。

由此可看出单向导电性：

正向导通时P接阳极（Positive），N接阴极（Negetive）

当加在PN结上的反向电压超过一定值时，反向饱和电流急剧增大，这种现象称为击穿（Breakdown）。发生击穿时所对应的反向电压称为反向击穿电压。

有雪崩击穿（碰撞电离）和齐纳击穿（场致激发），导致的结果都是载流子剧增。

PN结还有电容效应，为势垒电容。

PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变化，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。

半导体二极管

将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管

二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。

下面还列出了它的电流方程。

伏安特性受温度影响

可以将这个模型简化——

当二极管在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极管等效为一个电阻，称为动态电阻，也就是微变等效电路。（小信号模型）

特别注意：

▪ 小信号模型中的微变电阻与静态工作点Q（即）有关。

▪ 该模型用于二极管处于正向偏置条件下，且 。

二极管的主要参数

 最大整流电流：最大平均值

 最大反向工作电压：最大瞬时值

 反向电流：即

 最高工作频率：因PN结有电容效应

一个好例子

再来一个：

稍稍改一下图，继续一个：

限幅与钳位电路

该例中的电路称为限幅电路

作用： 让信号在预置的电平范围内，有选择地传输信号波形的一部分

应用场合： ① 整形 ② 波形变换 ③ 过压保护

稳压二极管

由一个PN结组成，反向击穿后在一定的电流范围内端电压基本不变，为稳定电压。

若稳压管的电流太小则不稳压，若稳压管的电流太大则会因功耗过大而损坏，因而稳压管电路中必需有限制稳压管电流的限流电阻！

晶体三极管

晶体管的电流放大作用

晶体管电流的分配关系：

－主要由扩散运动形成  

－主要由复合运动形成  

－主要由漂移运动形成

先看三极管的输入特性曲线。

然后是输出特性，下图是晶体管的三个工作区域：饱和区，放大区，截止区

放大状态时，输出回路的电流 iC几乎仅仅决定于输入回路 的电流 iB，即可将输出回路等效为电流 iB 控制的电流源iC 。

晶体管的主要参数：重点是交流参数的，直流参数的两个电流

温度对晶体管特性及参数的影响

场效应管

增大，反型层（导电沟道）将变厚变长。 当反型层将两个N区相接时，形成导电沟道。

用场效应管组成放大电路时应使之工作在恒流区

绝缘栅型场效应管MOSFET分为：

增强型 → N沟道、P沟道  

耗尽型 → N沟道、P沟道

速记：N指G，P指B

现在来看它的转移特性

输出特性曲线，有三个工作区域。

对于恒流区，近似为电压控制的电流源 ,与基本无关

最后综述：