2022年模电基础知识讲解.pdf

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1、模电基础知识讲解第一讲电荷一、正电荷与负电荷初中的时候我们学习过的物理与化学里有有关自然界中的物质的定义就是:物质由分子组成, 分子由原子组成, 原子由原子核与核外电子组成。原子核带正电, 核外电子带负电。元素的序号就就是一个原子中原子核内正电荷的数目, 核外电子的数目与核内正电荷的数目相等 , 正电荷与负电荷相互抵消而呈电中性。所以 , 正常情况下物质就是电中性的, 即不带电的。当原子获得一定的能量后, 其核外电子容易摆脱原子核的束缚而挣脱出来, 叫做自由电子。任何元素都有其自身的化合价, 化合价有表达能够摆脱原子核束缚的自由电子数目多少的特征。如, 硅原子的序号就是14, 表示有 14 个

2、核外电子 , 14 个核内正电荷。但就是化合价就是4, 即可能最多有4个核外电子摆脱原子核的束缚而成为自由电子,其余 10个永远被原子核束缚, 不得挣脱。核外电子在原子核周围就是按层次有规律的飞旋运转的。正电荷与负电荷有相互吸引的作用, 同种电荷有互相排斥的作用。二、物质带电当我们设法把正电荷与负电荷分开, 物质就带电了。例如, 物质的一头带正电荷, 另一头带负电荷。或者我们把某物质的某种电荷移走一部分, 这个物质就剩下与移走的电荷的反电荷, 数量相同, 这个物质也就带电了。通常的方法就是摩擦起电或感应起电或接触起电。摩擦起电 :用丝绸摩擦玻璃棒, 玻璃棒上就产生了正电荷。感应起电 : 用一个

3、带某种电荷的物体, 靠近另一个电中性的物体, 这个电中性的物体的异种电荷被带电物体吸引,靠近带电物体 , 同种电荷被排斥到另一头。接触起点 : 一个带电物体接触一电中性的物体, 带电物体所带的电荷移动一部分到电中性的物体 , 电中性的物体也带电了。如果我们把物质的某种电荷移走, 但就是该物质能源源不断的补充这种电荷,这叫电源。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1 页，共 41 页 - - - - - - - - - - 模电基础知识讲解第二讲电流、电压、电阻与欧姆定律一、电流电荷的定向移动,

4、 形成电流。为什么要加上“定向”呢？因为物质里面的电荷就是无时无刻的在运动着, 但不定向自由运动, 就不能形成电流。二、电压电压就是形成电流的要素, 一根导体两端如果有电压, 这根导体上就产生了电流。上一讲谈到的电源 , 有电压的电源 , 也有电流的电源,她们就是可以相互转换的。三、电阻阻碍电流通过的物体就是电阻, 任何有形物质都具有电阻的特征。只就是阻碍电流能力的强弱而已。如铜棒, 木棒, 水, 空气。任何物质都有其特定的电阻率, 电阻率就是描述一个物质单位截面积、单位长度所表现出来的电阻的大小的一个参量。如铜的电阻率比铁的电阻率小,则铜比铁更容易导电, 阻碍电流的能力也小。四、欧姆定律电流

5、、电压与电阻三者之间的关系, 称欧姆定律。电流与电压成正比,与电阻成反比。如果用 I 表示电流 , U 表示电压 , R 表示电阻 ,则其中电流I 的单位就是安培, 简称安 , 用 A 表示 ; 还有毫安培 , 用 mA 表示 , 简称毫安 ;以及微安培 , 用 uA 表示 , 简称微安。1A=1000mA ; 1mA=1000uA ;另外 , 电压 U 的单位就是伏特, 简称伏 , 用 V 表示; 还有毫伏特 , 用 mV 表示 , 简称毫伏 ;以及微伏特 , 用 uV 表示 , 简称微伏。1V=1000mV ; 1mV=1000uV ;还有电阻 R, 单位就是欧姆 , 简称欧 , 用 ?

6、表示 ; 还有千欧姆 , 用 K? 表示 , 简称千欧 ; 以及兆欧姆, 用 M? 表示 , 简称兆欧。1M? =1000 K?; 1 K? =1000?;欧姆定律可以描述为1V 的电压与1? 的电阻的比值就就是1A 的电流。在电子技术领域, 用到千安培、千伏特与毫欧姆等单位的比较少见。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页，共 41 页 - - - - - - - - - - 模电基础知识讲解第三讲电阻器的认识导线的电阻很小, 如1m 长度1mm2的铜线器电阻不到0、1。而电子技术中有时

7、需要用到较大的电阻 ,那需要很长的导线, 不但价格贵 , 安装也不方便。所以人们设法用廉价物质通过刻槽的方法制造出电阻器, 所需的阻值可以任意刻出来, 批量造价不到 1分钱 , 这就给使用电阻带来了方便。制造出来的电阻器简称电阻。1.电阻的符号与表示方法:R1表示电阻的序号, 即这就是图中的第1个电阻 ; 1、 2K 表示这个电阻的阻值, 也可简写为 1、2K 或1K2。2. 电阻的标称值国际标准标称电阻采用E24系列 , 即把1-10之间的电阻分为不等份24份, 如:1, 1、1, 1、2, 1、3, 1、5, 1、6, 1、 8, 2, 2、2, 2、4, 2、7, 3, 3、3, 3、6

8、, 3、9, 4、3, 4、7, 5、1, 5、6, 6、2, 6、8, 7、5, 8、2, 9、 1;以及上述这些标称值乘以10的 n 次方 ,包括 10的-1次方 ( 0、10、91), 10的 0次方 ( 上述数字本身), 一直到 10的6次方( 1M9 、1M) 。3.电阻的色环表示现代电子产品体积较小, 电阻上不能印刷文字来表示阻值, 用一圈圈不同的颜色来表示, 参见相关书籍。4.电阻的串联精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页，共 41 页 - - - - - - - - -

9、- 模电基础知识讲解R 总 = R1 + R2 = 12K + 1K2 =13K212K 可以简写为 12K, 1、2K 可以简写为 1K2。串联电阻总的阻值为若干个电阻的与问答题 : 1)两个相同的电阻串联,总的阻值就是？2) 1个很大阻值的电阻与一个很小阻值的电阻串联, 总阻值由哪一个占主导？5. 电阻的并联并联电阻总阻值的倒数为各电阻倒数的与1/R 总 =1/ R1 +1/ R2 = 1/12K + 1/1K2或并联电阻总的阻值为若干个电阻的乘积除以若干个电阻的与。问答题 : 1)两个相同的电阻并联,总的阻值就是？2) 1个很大阻值的电阻与一个很小阻值的电阻并联, 总阻值由哪一个占主导？

10、课后可多设置一些电阻串联、并联与混合联( 本文从略 ) 计算以加深印象。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 4 页，共 41 页 - - - - - - - - - - 模电基础知识讲解精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页，共 41 页 - - - - - - - - - - 模电基础知识讲解第四讲电容器顾名思义 , 电容器就就是盛电的容器, 简称电容 , 她就是由两块平行板相隔一定的距

11、离, 引出两根引线而形成的, 根据平行板的面积与间距决定这个电容器能盛多少的电, 电就就是电荷,电容器的大小在一定程度上( 如保持一定的电压时) 就就是指能盛电荷量的多少。电容器的大小与平行板的面积成正比, 与平行板的距离成反比。电容器的符号与她的定义很形象, 如下图 , 用 Cx 来表示序号 , 下方 0、 1u F 指的就是其容量值的大小。电容器量纲的基本单位就是法拉, 简称法 , 用 F 表示 , 由于这个量纲表达的电容很大,所以电子技术中不用法拉做单位, 而就是用微法拉作单位, 或者用皮法拉做单位, 一个微法拉就是10 的- 6 次方法拉。 一个皮法拉就是10 的-6 次方微法拉。 微

12、法拉用uF 表示 ,皮法拉用PF 表示。近年来 , 又相应推出了纳法拉( nF) 与毫法拉 (mF) 做单位。即:1F=1000mF1F=1000000uF1uF=1000nF1uF=1000000PF电容器上的电荷就是被慢慢的充电充进去的, 一个特定容量的电容器, 所充进去的电荷数目越多 , 其两端的电压就越高, 但就是不能高于该电容器额定的电压值, 每一个电容器除了标注有电容量外 , 还标注有限制电压, 称耐压 , 普通小容量 ( 1uF) 的耐压往往在50V 以上 , 且不分电压极性 , 可以两端对调使用; 而大容量的 ( 称电解电容 ) 的耐压往往达到25V 以上的 , 有电压极性的标

13、注 ,使用时 , 我们不能接反。1uF 以上的大容量电容器往往就是铝电解电容器, 还有钽 ( tan) 电解与铌 ( ni) 电解电容器 , 后两种损耗低漏电小价格高。一般我们见到的电解电容器都就是铝电解电容器。电容器上所加的电压如果超过限定值, 就有爆炸的可能, 电容量越大 , 爆炸的威力也大, 使用时要小心。电解电容器接反时,容量严重减小 , 耐压大大降低 , 损耗严重。电解电容器的的符号比普通电容器多了个“正”号, 有“正”号的那边就是正极, 另一边就是负极。如下图。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - -

14、 - - -第 6 页，共 41 页 - - - - - - - - - - 模电基础知识讲解图中 63V 就是限定电压 , 即耐压 , 指外电路只能加入比63V 小一些的电压。电容器的主要特性就是能通过交流电, 而阻挡住直流电。电容器的容量越大,就越能通过频率高的交流电。所谓交流电 , 就是指大小能随时间交变变化的电源, 也叫交流信号,每秒钟交变的次数称为交流电的频率 , 单位为赫兹 ( Hz), 如 1000Hz 就是指这个交流电信号每秒交变1000 次。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第

15、 7 页，共 41 页 - - - - - - - - - - 模电基础知识讲解第五讲信号一、直流电源1. 直流电压源典型的直流电源就是干电池, 还有各种蓄电池, 可以用来表示 , 属于直流电源的一种, 上面长横线就是正极, 下面短横线就是负极, 用 E 表示 ,右侧可注明电池的压 , 两个以上相同的电池串联称电池组。还有可以从高压交流220V 转换来的电源 , 广义的直流电压源符号为直流电压源用于向外提供电压能量, 以便使各种电子电路正确的工作。直流电压源在一定的条件下其两端的电压就是相对稳定的。任何电压源都有其自身内阻的特性, 一般较小 , 所以往往在分析计算时被忽略。2. 直流电流源直流

16、电流源向外提供稳定的直流电流, 其广义的符号为所示。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 8 页，共 41 页 - - - - - - - - - - 模电基础知识讲解我们认为 ,电流源的内阻一般较大, 计算时其内阻往往被也忽略。电压源与电流源之间可以相互转换, 可参考相关书籍, 关于戴维南定理与诺顿定理章节。二、交流电源交流电源就是指正负端随时间交替变化的电源, 一般我们按正弦规律变化的来分析。本节未完待续注:上“图”太复杂,留着以后改版升级后再加,或抽空加。给网站提难题了,勿怪精品资料 -

17、- - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 9 页，共 41 页 - - - - - - - - - - 模电基础知识讲解第五讲 (二)继续0、5V 直流电与 0、 5V 有效值交流电如果接入相同的电阻,其电阻上产生的热量就是相同的。文中 ,电压源内阻较小时,缺一个“阻”字精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 10 页，共 41 页 - - - - - - - - - - 模电基础知识讲解第六讲半导体的基础知识物质导

18、电能力的大小就是用导体与绝缘体来表征的,导体的导电能力强,绝缘体的导电能力弱;导电能力介于导体与绝缘体之间的物质,就称为半导体 ;常见的半导体有硅(Si)与锗 (Ge),这就是单质半导体;还有化合物半导体砷化镓(GaAs) 与磷化镓 (GaP); 当半导体受热、光、杂质的影响后,其导电能力急剧上升,这就是与导体、绝缘体有所不同的;完全纯净的且晶格完整的(晶格 ,物质结构专有名词,这里不展开讲述)半导体称本征半导体;本征半导体在绝对0K(自然环境不存在)与无光照的情况下,与绝缘体就是相近的,就是不导电的 ;当掺入杂质后 ,导电能力才急剧上升。但就是达不到导体的程度;常规情况下 ,半导体都就是4

19、价的。即原子的最外层有4 个电子。受热或受光照后,其中的 1-4个就会获得能量脱离原子核的束缚,自由运动 ,能够导电 ,称为自由电子,同时出现了1-4 个空位,称为空穴 ,空穴也就是能导电的。这叫做热激发;当掺入杂质后 ,就破坏了原子结构,掺入 5 价元素 ,每个原子就多了一个电子,掺入 3 价元素 ,每个原子就少了一个电子即多出了一个空穴;我们正就是利用掺杂才将半导体制作成为对我们有用的物质- 杂质半导体 ;当掺入3 价硼 (B)原子 ,每个原子周围就比半导体原子少了一个电子,对半导体整体来说,就出现了一个空位 ,称为空穴 ,这个空穴就是带正电荷的。含有空穴的半导体称P 型半导体 ,空穴(带

20、正电荷 )也就是能导电的,就像电影院里的一个空座位,人挨个往空座位方向移动时,空座位就从这一头移动到了另一头,所以说 ,空穴(带正电荷 )也能导电 ;当掺入5 价磷 (P)原子 ,每个原子周围就比半导体原子多了一个电子,对半导体整体来说,就多出了一个电子。 这个电子不受原子核束缚,可以自由移动导电,称自由电子 ,自由电子就是能导电的。含有自由电子的半导体(这个自由电子与受光与热激发出来的自由电子不同,这个就是多出来的 ,没有空穴与之对应)称为 N 型半导体 ;自由电子与空穴相遇时,自由电子就可能呆在了空穴的位置,称为复合。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - -

21、- 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 11 页，共 41 页 - - - - - - - - - - 模电基础知识讲解第七讲PN 结的形成关于上一讲 , 谈到的自由电子与空穴, 我们可以都冠以“载流子”( 承载能形成电流的粒子)这个名词。N 型半导体中 , 除了含有因掺入5 价元素 ( 如 P) 杂质而产生的自由电子外, 也有空穴 ,空穴就是因为热激发而产生的“自由电子空穴对”中的空穴。我们把N 型半导体中的自由电子称为多数载流子 , 把 N 型半导体中的空穴称为少数载流子。同样的P 型半导体中 , 除了含有因掺入3 价元素 ( 如 B) 杂质而产生的空穴外, 也有

22、自由电子,自由电子就是因为热激发而产生的“自由电子空穴对”中的自由电子。我们把P 型半导体中的自由电子称为少数载流子, 把 P型半导体中的空穴称为多数载流子。=这一节讲下PN 结的形成半导体中 ,PN 结就是形成二极管与三极管的最主要的成分, 没有 PN 结, 就没有半导体在当前现代社会中的广泛应用, 包括 CPU。当把 N 型半导体与P 型半导体有机的结合到一起, 就形成了 PN 结。注意 , 就是有机的结合, 而不就是简单的拼凑。所谓有机的结合, 就是在制造过程中的整体形成, 不就是简单的挤压。例如 , 一块 N 型半导体 , 本来就是平均掺杂有P 原子的 , 自由电子较空穴相比具多数,但

23、就是总数少 , 我们叫做“轻”掺杂, 当我们在这块N 型半导体的上表面的某一定的厚度范围内, 如2um, 继续掺杂 B 原子 , 则掺杂到一定程度时这2um 范围内的 P与 B 原子的数目相等,这时自由电子与空穴数量相等并且互相复合, 反而类似于本征半导体了( 只剩下了因热激发而产生的少量电子空穴对), 在此基础上 , 继续掺杂 B 原子 , 则空穴就多于自由电子了, 被改作了 P型半导体了 (重掺杂 ) 。 在这个 2um 的交界处 ,一边就是N 型半导体 , 自由电子多空穴少;另一边就是 P 型半导体 ,空穴多自由电子少, 那这个 2um 的交界面就叫做PN 结。注意了 , PN 结仅仅就

24、是一个P 型半导体与N 型半导体的交界面而已！这就是所谓的用平面工艺所产生的PN结。还有其她方法也能产生PN 结, 如合金法 , 此处不做描述。正就是这个PN 结, 给我们后来的电子技术的发展, 带来的前所未有的、空前的机遇。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 12 页，共 41 页 - - - - - - - - - - 模电基础知识讲解第八讲 PN 结机理上一讲说 ,N 型半导体与P 型半导体有机结合后,其交界面处就叫做PN 结。其交界面的情况会就是什么样子的呢？图示说明。图中 ,左边就是

25、 P 型半导体 ,右边就是 N 型半导体 ,P 型半导体布满了空穴,N 型半导体布满了自由电子。物质具有从浓度高的向浓度低的方向扩展的能力,一滴红墨水 ,滴入一杯清水中,红墨水就会向清水中渗透,这其实就是扩散,最终 ,这滴红墨水均匀融入到清水中,形成均匀的淡红色的水。空穴与自由电子也具有扩散的能力,左边空穴浓度高,右边空穴浓度低(右边的空穴图中没画 ,就是由于热激发产生的,少量的 ,左边的自由电子也就是一样,后面不在描述)。则左边的空穴要越过PN 结向右边扩散 ,右边的自由电子浓度高,左边自由电子浓度低,则右边的自由电子要越过 PN 结向左边扩散 ,两者在互相扩散过程中因相遇而复合(消失了 )

26、,则 PN 结附近的两边自由电子与空穴都没有了。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 13 页，共 41 页 - - - - - - - - - - 模电基础知识讲解这时 ,我们说 ,PN 结具有一定的宽度。这个空白区域有许多名称,都就是可以的。1)空间电荷区 ;2)势垒区 ;3)耗尽层等。实际上 ,空间电荷区并不就是空的,确实就是有电荷的,不过那不就是空穴与自由电子,而就是正离子与负离子,哪儿来的？精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳

27、- - - - - - - - - -第 14 页，共 41 页 - - - - - - - - - - 模电基础知识讲解N 型一边掺入的P 原子的就是 5价,核内有 5个原子核带正电,与周围四个电子(不就是自由电子 ,自由电子已经因复合而耗尽)抵消 ,剩下一个正离子。P 型一边掺入的B 原子的就是 3价,核内有 3个原子核带正电,与周围四个电子(同上 ,不就是自由电子,自由电子已经因复合而耗尽)抵消,还少一个正离子,即多了一个负离子。因此 ,可以画做为 : 则 PN 结由一条线变成了有一定宽度了。注意这时耗尽区里面的正负离子间就产生了一定的电压(书上说叫电场,那就电场吧 ),称内建电场。其右

28、边正左边负。电场方向就是。由于扩散、 复合、 耗尽没了需要时间短的很就此时而言扩散、复合、耗尽的还很少所以空间电荷区很窄正负离子数还很少所以内建电场的电压值还很小该电场具有阻碍扩散的能力但暂时阻碍的力量还很小。因此左右的空穴与自由电子还要继续扩散有互相扩散就会复合与耗尽使空间电荷区越来越大空间电荷数目越来越多内建电场的电压越来越大阻碍扩散的能力就越来越强。但就是由于两边有少数载流子这内建电场具有吸引对方少数载流子的能力我们称为漂移又使得耗尽层变窄正负离子数目变少内建电场电压减小。反过来又加快了扩散运动的进行又。扩散导致正负离子变多内建电场加大耗尽层变宽阻碍扩散进行加速漂移运动漂移导致正负离子变

29、少内建电场减弱耗尽层变窄阻碍漂移进行加速扩散运动这样扩散与漂移运动互相制约又互相交叉从而一刻不停使得耗尽层宽度、内建电场电压正负离子数量动态的维持在一定的量值上。这被称为动态平衡。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 15 页，共 41 页 - - - - - - - - - - 模电基础知识讲解有一点内建电场在常温下动态维持在约左右。其宽度与掺杂轻重有关其正负离子数量与这块结半导体的长宽高有关。注意体会这里的动态平衡二字的含义。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - -

30、 - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 16 页，共 41 页 - - - - - - - - - - 模电基础知识讲解第九讲PN 结单向导电性上回书说到 , PN 结内建电场的方向就是从N 端指向 P 端, 动态平衡时大约0、65V 左右 , 由于这个电场的存在会阻止载流子的扩散运动而加强漂移运动, 并且最终达到动态平衡状态。设想一下 :当我们设法削弱该电场时, 则载流子的扩散运动将能维持下去, 并形成扩散电流。反之 :当我们设法增强该电场时, 则载流子的漂移运动将能维持下去, 并形成漂移电流。削弱该电场的方法就是在PN 结外部加上一个与内建电场相反的电压回路

31、;增加该电场的方法就是在PN 结外部加上一个与内建电场相同的电压回路;图示说明 :1: 正向导电先研究下外接一个与内建电场相反的电压, 削弱了内建电场, 加强了扩散运动, 当外接电压较低, 抵消量小 , PN 结宽度减小不多, 虽然扩散运动大于漂移运动, 但就是扩散电流还很小。但就是, 毕竟产生了电流。与原来未加外接电压相比, 虽然有内建电场, 但达到动态平衡时就是不产生电流的。随着外加电压的逐渐增加, 大大加强了扩散运动, PN 结宽度越来越窄, 扩散电流逐渐加大。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - -

32、- -第 17 页，共 41 页 - - - - - - - - - - 模电基础知识讲解我们把连接的这个外加电压正端接P 型半导体 , 负端接 N 型半导体的情况称为PN 结的正向电压 ( 虽然与内建电场反向) 。其外加正向电压与PN结的扩散电流 ( 里面有一部分就是相反的漂移电流) 作为一个坐标的横轴与纵轴 ,采用描点法得到的曲线称为PN 结的正向特性曲线, 也叫 PN 结的伏安特性曲线。见下图。在没加外部电压时 (如图, 即 0V), 电流也为 0; 在外接电压很小时( 如图 , 设为0、1V), 产生的微小的电流, 如 10PA( 皮安培, 10PA=0、01mA); 在外接电压较小时

33、 (如图, 设为 0、3V), 产生的较小的电流 , 如 100PA(100PA=0、1mA); 在外接电压较大时 (如图, 设为 0、5V), 产生的较大的电流 , 如 2、5mA; 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 18 页，共 41 页 - - - - - - - - - - 模电基础知识讲解在外接电压达到内建电压时( 如图 , 设 为 0、65V), 产生的更大的电流, 如10mA-正向导电 ; 一旦外接电压超过内建电压, 产生的电流将迅速加大 , 容易导致 PN结因过电流从而过功耗

34、而损坏。= 2: 反向截止外接一个与内建电场相同的电压, 即 P端接负 N 端接正 , 这叫反向连接 , 这时增加了内建电场 , PN 结宽度增大 , 阻止了扩散运动 , 加强了漂移运动。当外接电压较低 , 增加量小 , PN 结宽度增大不多 , 但漂移运动大于扩散运动 , 漂移电流占主导地位 , 同样的 , 与没加外电压相比 , 毕竟产生了电流 , 虽然很小。随着外加电压的逐渐增加, 大大加强了漂移运动, PN 结宽度越来越宽, 漂移电流逐渐加大。当外接电压加大到一定程度时, 漂移电流不再增加, 维持在一个稳定的电流值上。这就是为什么呢？因为漂移电流就是由少数载流子的定向移动形成的, 少数载

35、流子又就是哪里来的呢？前文说到 ,少数载流子就是由因热与光的激发而产生的电子空穴对中的其中之一, 忽略光的影响 , 少数载流子的数量完全由当前温度的高低决定, 外加反向电压达到一定程度, 所有少数载流子都参与了形成这个漂移电流, 少数载流子的数量只要不增加, 其电流就就是定值不变。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 19 页，共 41 页 - - - - - - - - - - 模电基础知识讲解我们把连接的这个外加电压正端接N 型半导体 , 负端接 P 型半导体的情况称为PN 结的反向向电压

36、( 虽然与内建电场同向 ) 。其外加反向电压与PN 结的漂移电流作为一个坐标的横轴与纵轴, 采用描点法得到的曲线称为 PN 结的反向特性曲线 , 也叫 PN 结的反向伏安特性曲线。见下图。在没加外部电压时 (如图, 即 0V), 电流也为 0; 在外接电压很小时 (如图, 设 0、1V), 产生的微小的电流 , 如 1PA; 在外接电压较小时 (如图, 设为 1V), 产生的较小的电流 , 如 100PA; 在外接电压较大时 ( 如图, 设 2V), 产生的电流却没有变大多少, 如 101PA-反向截止 ;在外接电压达到内建电压时( 如图, 设为 10V), 产生的电流还就是没有变大多少,如

37、102PA; 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 20 页，共 41 页 - - - - - - - - - - 模电基础知识讲解一旦外接电压超过某一数值( 与具体的单个产品有关 , 如 100V), 产生的电流将迅速加大 , 这叫做 PN 结的击穿。如果不采取措施, 容易导致 PN 结击穿后因过电流从而过功耗而损坏。正向导电反向截止叫做单向导电性, 即 PN结只有一个方向就是导电的！精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - -

38、 - - - - - -第 21 页，共 41 页 - - - - - - - - - - 模电基础知识讲解第十讲PN 结的参数及使用要点在 PN 结生产线上测试时, 用探针法 , 配合晶体管特性图示仪, 可以直观的瞧到正向特性曲线与反向特性曲线。经测试性能满足要求的才连接引线与封装。当把 PN 结两个节点引出两根引线, 并用塑料或玻璃封装起来, 可作为成品出售, 这就就是传说中的晶体二极管,简称二极管。实质上, 她内部主要就就是一个PN 结。标识及符号图左边三角形就是PN 结的阳极 , 也叫正极 ; 右边竖线就是PN 结的阴极 , 也叫负极。二极管主要参数:1、正向整流电流IF 这个电流就就

39、是前面描述的扩散电流, 这个参数指二极管能够长期正常稳定工作时允许流过的最大电流。有时二极管上流过的电流可能还超过IF 电流 ,但就是也不损坏, 这就是因为二极管在流过这么大电流后 , 产生的热量还没有促使其温度(PN 结的结温 ) 超过极限温度, 接着外电路上的电压就撤销 ,PN 结上电流就休止了( 处于降温状态 ), 即瞬间流过的电流允许超过IF,但接着必需让二极管处于截止状态。2、反向击穿电压U( BR) D 指二极管负极接正正极接负时能够承受的最大电压, 二极管仍处于截止状态的极限电压, 超过这个电压 , 二极管就不再截止了, 变为反向导通了。这种反向导通状态叫做PN 结的击穿。PN

40、结的反向击穿分为齐纳击穿与雪崩击穿两种, 这里不仔细研究,可参阅相关书籍。一般大于 6V 的为雪崩击穿 , 小于 4V 的为齐纳击穿 , 在 4V-6V 范围内的很难确定。二极管反向电压超限并不一定损坏, 只要限制其反向电流不要过分的大, 则二极管击穿后并不损坏 , 当反向电压减小到U( BR)D 以内二极管还就是可以恢复到截止状态的。极端情况下 ,击穿后不限制电流导致耗散功率过大从而烧坏的情况就是有的。3、最大耗散功率PD 指二极管能长期正常工作时流过二极管上的电流与二极管两端的电压的乘积的最大值。前面我们说二极管流过上的电流允许超过IF, 但要注意 , 这就是瞬时的, 不能长期过限工作。4

41、、正向电压降UD 指二极管允许的正向最大电压, 也就是二极管上正向导通时的电压。超过这个电压会导致二极管上流过的电流超过IF 从而导致二极管损坏, 之所以损坏 , 还就是因过热引起的。这个电压参数就是温度的函数, 温度每升高1, 其 UD 大约上升1、8 mV 2、5mV 。现在都大量使用硅材料制作的二极管, 其正向电压降为约0、 65V 左右。过去若干年所见到的锗二极管为0、2V 左右。5、反向饱与电流IRD 这就就是前述的漂移电流, 指外接反向电压( 未击穿时 ) 二极管上流过的电流。这个参数也就是温度的函数, 温度每上升10,IRD 大约扩大1 倍。二极管在直流电源中担任着不可或缺的主要

42、角色。重点提示 :关于二极管的损坏二极管过流或过压, 并不一定损坏, 但二极管过流或过压容易损坏, 因为过流或过压就容易过功耗。但就是过压限制电流或过流限制时间都能保证二极管不损坏。二极管只要损坏 , 都就是因为过流或过压后PN 结超过功耗导致结温过高而烧坏的。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 22 页，共 41 页 - - - - - - - - - - 模电基础知识讲解与电源连接时 , 如果电源的内阻很小并直接连接, 为了保证长期稳定的工作, 要串联一个电阻,以限制流过二极管的电流。按图

43、实验一下 : 下图中圆圈内有叉号的就是灯泡。观察的结果有何不同？精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 23 页，共 41 页 - - - - - - - - - - 模电基础知识讲解第十一讲三极管的结构顾名思义 , 三极管三个电极, 与二极管相比, 多一个电极 , 那个电极就是怎么引出来的呢？另外, 三极管起到什么作用呢？在制造二极管时, 制作出一个 PN 结 , 在这个基础上 , 再制造一个半导体区, 形成三个半导体区,并且 P 区 N 区相互间隔 , 引出电极 , 如下图。分别称为NPN 三

44、极管与 PNP 型三极管。左边就是 NPN 三极管 , 右边就是PNP 三极管三层半导体组成的就是两个PN 结, 即一个三极管内部包含两个PN 结。等效结构图如下图所示。上面两三极管示意图中都包含两个二极管, 那每个图中左边的二极管与右边的二极管有何区别呢？左边与右边的两个二极管能否对调使用呢？这还要从内部结构说起, 参见下面的结构示意图。PN 结的制造其实就就是设法按规定掺入杂质, 以 NPN 为例 , 先就是 N 型衬底 , 在其上扩散B原子 , 产生一层 P型半导体 , 再在这个 P 型半导体上扩散P原子 , 产生 N 型半导体 , 注意一点 ,最后这层 N型半导体掺杂的P 原子很重 ,

45、 导致前一层P 型半导体被挤压得很薄, 这样 , 就产生了两个 PN 结。如图所示 , 图中的两条弧线就就是两个PN结。其中 , 衬底的 N 型半导体参杂浓度最低, 做集电极用 , 中间 P型半导体掺杂浓度次之, 且很薄 ,做基极用 ,最上边 N 型半导体参杂浓度最高,做发射极用。集电极、基极、发射极分别用C、精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 24 页，共 41 页 - - - - - - - - - - 模电基础知识讲解B、E 字符来表示。因此, 由于掺杂浓度的不同, N 型衬底半导体与掺

46、P 原子产生N 型半导体不能对调使用,即发射极与集电极不能对调使用。由此可见 ,三极管有三个半导体区, 命名为1: 发射区掺杂浓度高2: 基区掺杂浓度次之 , 且薄3: 集电区掺杂浓度最低 , 但体积最大 ( 有些书上说面积) 在三极管的三个区域上引出电极, 分别命名为1: 发射极 E 用于发射载流子2: 基极 B 控制发射的载流子3: 集电极 C 收集发射的载流子下一节三极管机理讨论之三极管内包含两个PN 结, 称为1: 发射结 EB2: 集电结 BC精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 25

47、 页，共 41 页 - - - - - - - - - - 模电基础知识讲解第十二讲三极管工作机理三极管工作时 , 需要外加特定的电压, 按要求 , 其发射结外加正向电压即发射结的P 端加 +, N端加 -; 集电结的 P 端加 -, N 端加+, 以 NPN 型三极管为例, 其外加电压的情况如下图注意图中 ,情况分析如下左边就是发射区, 就是 N 型半导体 , 掺杂最重 , 因此有很多的自由电子, 便于发射载流子; 中间基区 , 就是 P 型半导体 , 掺杂较轻 , 有部分空穴 ,且宽度较窄 , 使发射区发射过来的载流子很容易越过基区到达集电区; 右边就是集电区, 就是 N 型半导体 , 掺

48、杂最轻 , 但容积很大 , 便于收集载流子。在发射区与基区交界处就是发射结(PN 结); 在基区与集电区交界处就是集电结( 也就是 PN结) 。图的下部就是两组电源为VBE 与 VCB , 暂不考虑电压的大小,只关心电压的方向。其工作情况描述先撇开右半部分不瞧, 见下图精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 26 页，共 41 页 - - - - - - - - - - 模电基础知识讲解这就就是前面描述的二极管外加正向电压的情况, 可以参考二极管一节的外加正向电压分析,这里大部分与之相同的如扩散、

49、复合、形成电流等内容从略。不过 , 也有不同之处, 就就是掺杂轻重的区别与容积大小的区别, 这就就是说 , 复合掉的数量很少, 形成的基极电流IB( 目前瞧也就是发射极电流), 目前请认识一个重要的概念, 就就是发射区在正向电压驱使下扩散过来的多数载流子-自由电子如果不能被复合掉的话, 在基区里将成为基区的少数载流子。还有一点 , 不管哪个区 , 都有因热激发而产生的少数载流子的存在。此时对左边部分暂告一段落, 再瞧下右边部分, 见下图这就是外加反向电压的PN 结, 由二极管一节可知, PN 结外加反向电压有利于少数载流子的精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - -

50、 - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 27 页，共 41 页 - - - - - - - - - - 模电基础知识讲解漂移运动 ,形成极小的饱与电流。现在我们再把第一幅的这个图复制下来瞧一下, 综合发射结外加正向集电结外加反向电压的情况。从图上瞧 ,注意箭头 , 发社区的最右边7个自由电子 ( 多数载流子 ) 在 VBE 正向电压驱使下,向右边作扩散运动, 同时, 基区的最左边 3个空穴 ( 多数载流子 ) 也在在 VBE 正向电压驱使下,向左边作扩散运动, 因与左边来的 7个自由电子中的3个相遇而复合( 掉 ), 左边刚刚运动的还剩下4个自由电子将继续向右边扩散