模电第一章详解

《模电》第一章重点掌握内容：一、概念1、半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物质。

2、半导体奇妙特性：热敏性、光敏性、掺杂性。

3、本征半导体：完全纯净的、结构完整的、晶格状的半导体。

4、本征激发：环境温度变化或光照产生本征激发，形成电子和空穴，电子带负电，空穴带正电。

它们在外电场作用下均能移动而形成电流，所以称载流子。

5、P型半导体：在纯净半导体中掺入三价杂质元素，便形成P型半导体，使导电能力大大加强，此类半导体，空穴为多数载流子（称多子）而电子为少子。

6、N型半导体：在纯净半导体中掺入五价杂质元素，便形成N型半导体，使导电能力大大加强，此类半导体，电子为多子、而空穴为少子。

7、PN结具有单向导电性：P接正、N接负时（称正偏），PN结正向导通，P接负、N接正时（称反偏），PN结反向截止。

所以正向电流主要由多子的扩散运动形成的，而反向电流主要由少子的漂移运动形成的。

8、二极管按材料分有硅管(S i管)和锗管(G e管)，按功能分有普通管，开关管、整流管、稳压管等。

9、二极管由一个PN结组成，所以二极管也具有单向导电性：正偏时导通，呈小电阻，大电流，反偏时截止，呈大电阻，零电流。

其死区电压：S i管约0。

5V，G e管约为0。

1 V ，其死区电压：S i管约0.5V，G e管约为0.1 V 。

其导通压降：S i管约0.7V，G e管约为0.2 V 。

这两组数也是判材料的依据。

10、稳压管是工作在反向击穿状态的：①加正向电压时，相当正向导通的二极管。

（压降为0.7V，）②加反向电压时截止，相当断开。

③加反向电压并击穿（即满足U﹥U Z）时便稳压为U Z。

11、二极管主要用途：整流、限幅、继流、检波、开关、隔离（门电路）等。

二、应用举例：（判二极管是导通或截止、并求有关图中的输出电压U0。

三极管复习完第二章再判）参考答案：a、因阳极电位比阴极高，即二极管正偏导通。

是硅管。

b 、二极管反偏截止。

f 、因V的阳极电位比阴极电位高，所以二极管正偏导通，（将二极管短路）使输出电压为U0=3V 。

习题1.1选择合适答案填入空内。

（1）在本征半导体中加入元素可形成N型半导体，加入元素可形成P型半导体。

A. 五价B. 四价C. 三价（2）当温度升高时，二极管的反向饱和电流将。

A. 增大B. 不变C. 减小（3）工作在放大区的某三极管，如果当I B从12μA增大到22μA时，I C从1mA变为2mA，那么它的β约为。

A. 83B. 91C. 100（4）当场效应管的漏极直流电流I D从2mA变为4mA时，它的低频跨导g m将。

A.增大B.不变C.减小解：（1）A ，C （2）A （3）C （4）A1.2 能否将1.5V的干电池以正向接法接到二极管两端？为什么？解：不能。

因为二极管的正向电流与其端电压成指数关系，当端电压为1.5V时，管子会因电流过大而烧坏。

1.3 电路如图P1.3所示，已知u i＝10sinωt(v)，试画出u i与u O的波形。

设二极管正向导通电压可忽略不计。

图P1.3解图P1.3解：u i和u o的波形如解图P1.3所示。

1.4 电路如图P1.4所示，已知u i＝5sinωt(V)，二极管导通电压U D＝0.7V。

试画出u i与u O的波形，并标出幅值。

图P1.4解图P1.4解：波形如解图P1.4所示。

1.5 电路如图P1.5（a）所示，其输入电压u I1和u I2的波形如图（b）所示，二极管导通电压U D＝0.7V。

试画出输出电压u O的波形，并标出幅值。

图P1.5解：u O的波形如解图P1.5所示。

解图P1.51.6 电路如图P1.6所示，二极管导通电压U D＝0.7V，常温下U T≈26mV，电容C对交流信号可视为短路；u i为正弦波，有效值为10mV。

试问二极管中流过的交流电流有效值解：二极管的直流电流I D＝（V－U D）/R＝2.6mA其动态电阻r D≈U T/I D＝10Ω故动态电流有效值I d＝U i/r D≈1mA 图P1.61.7现有两只稳压管，它们的稳定电压分别为6V和8V，正向导通电压为0.7V。

第一章常用半导体元件一半导体1 半导体三大特性搀杂特性热敏特性光敏特性2本征半导体指纯净的具有晶体结构的半导体。

3载流子(Carrier)运动电荷的粒子。

有温度环境就有载流子。

绝对零度（-273C）时晶体中无自由电子。

4本征激发（光照、加温度）会成对产生自由电子和空穴对自由电子（负电）空穴（正电）本征半导体载流子浓度为：n i=p i=K1T^(3/2)e^(-E GO/2kT)ni表示自由电子的浓度pi表示空穴的浓度5 N型半导体：电子型半导体（掺入五价元素，如磷）多数载流子：自由电子少数载流子：空穴自由电子数= 空穴数+ 施主原子6 P型半导体：空穴型半导体（掺入三价元素，如硅）多子：空穴少子：自由电子空穴数= 自由电子数+ 受主原子二PN结1 PN结是指使用半导体工艺使N型和P型半导体结合处所形成的特殊结构。

PN结具有单向导电性。

空间电荷区（耗尽层）P区出现负离子区，N区出现正离子曲2 PN结形成“三步曲”（1）多数载流子的扩散运动。

（2）空间电荷区的少数载流子的漂移运动。

（3）扩散运动与漂移运动的动态平衡。

3 PN结的单向导电性正向偏置P接电源正，N接电源负•削弱内电场，使PN结变窄。

•扩散运动＞漂移运动。

•称为“正向导通”。

反向偏置P接电源负，N接电源正•增强内电场，使PN结变宽。

•扩散运动＜漂移运动•称为“反向截止”5 PN结伏安特性•单向导电性–正向导通开启电压–反向截止饱和电流7 反向击穿当对PN结的外加反向电压超过一定的限度，反向电流急剧增加，称之为反向击穿。

•击穿有两种机理：–雪崩击穿低掺杂，耗尽层宽度较宽（少子，加速）–齐纳击穿高掺杂，耗尽层宽度较窄（强电场破坏共价键）8 PN结电容特性•PN结呈现电容效应•有两种电容效应势垒电容（和反向偏置有关）CT•PN结外加反向偏置时，引起空间电荷区体积的变化（相当电容的极板间距变化和电荷量的变化）扩散电容（和正向偏置有关）CDPN结外加正向偏置时，引起扩散浓度梯度变化出现的电容（电荷）效应。

第一章半导体二极管一.半导体的基础知识1.半导体---导电能力介于导体和绝缘体之间的物质(如硅Si、锗Ge)。

2.特性---光敏、热敏和掺杂特性。

3.本征半导体----纯净的具有单晶体结构的半导体。

4.两种载流子----带有正、负电荷的可移动的空穴和电子统称为载流子。

5.杂质半导体----在本征半导体中掺入微量杂质形成的半导体。

体现的是半导体的掺杂特性。

*P型半导体:在本征半导体中掺入微量的三价元素（多子是空穴，少子是电子）。

*N型半导体:在本征半导体中掺入微量的五价元素（多子是电子，少子是空穴）。

6.杂质半导体的特性*载流子的浓度---多子浓度决定于杂质浓度，少子浓度与温度有关。

*体电阻---通常把杂质半导体自身的电阻称为体电阻。

*转型---通过改变掺杂浓度，一种杂质半导体可以改型为另外一种杂质半导体。

7.PN结*PN结的接触电位差---硅材料约为0.6~0.8V，锗材料约为0.2~0.3V。

*PN结的单向导电性---正偏导通，反偏截止。

8.PN结的伏安特性二.半导体二极管*单向导电性------正向导通，反向截止。

*二极管伏安特性----同ＰＮ结。

*正向导通压降------硅管0.6~0.7V，锗管0.2~0.3V。

*死区电压------硅管0.5V，锗管0.1V。

3.分析方法------将二极管断开，分析二极管两端电位的高低:若V阳>V阴(正偏)，二极管导通(短路);若V阳<V阴(反偏)，二极管截止(开路)。

1）图解分析法该式与伏安特性曲线的交点叫静态工作点Q。

2)等效电路法直流等效电路法*总的解题手段----将二极管断开，分析二极管两端电位的高低:若V阳>V阴(正偏)，二极管导通(短路);若V阳<V阴(反偏)，二极管截止(开路)。

*三种模型微变等效电路法三.稳压二极管及其稳压电路*稳压二极管的特性---正常工作时处在PN结的反向击穿区，所以稳压二极管在电路中要反向连接。

第一章半导体物理基础一、半导体基础知识半导体是电子电路元器件的主要材料，其导电性能介于导体与绝缘体之间，具有特殊的导电性质。

1.本征半导体本征半导体是完全纯净、结构完整的半导体晶体。

2.杂质半导体杂质半导体是掺入杂质元素的半导体。

价电子数多于半导体元素的杂质称为施主杂质，少于半导体元素的杂质称为受主杂质，相应的元素分别称为施主元素与受主元素。

掺入施主杂质的杂质半导体称为电子型半导体或N型半导体，掺入受主杂质的杂质半导体称为空穴型半导体或P型半导体。

杂质半导体中数量多的那种载流子称为多子，另一种数量少的载流子称为少子，N型半导体中自由电子是多子，空穴是少子，P型半导体中自由电子是少子，空穴是多子。

3.载流子在半导体中的运动载流子在半导体中有两种运动方式，漂移运动和扩散运动。

漂移运动是载流子在外加电场力作用下沿电场方向的定向运动，由漂移运动产生的电流叫漂移电流。

漂移电流等于空穴与自由电子运动产生的电流之和。

扩散运动是载流子在浓度差的作用下产生的定向运动，由扩散运动产生的电流叫扩散电流。

二、PN结1.PN结的形成过程N型半导体和P型半导体的交界面处会产生PN结。

其形成机理为：P型区到N型区的过渡带两边浓度差很大，形成的扩散运动使过渡区域产生强烈的复合作用，产生一个空间电荷区，也叫耗尽区，扩散运动使过渡带内产生电位差和电场，称为接触电位差和内建电场，内建电场由N型区指向P型区，阻碍多子的扩散运动，促进过渡带中少子的漂移运动，当两者速度相等达到平衡状态后，过渡带中的接触电位差、内建电场强度、空间电荷区宽度均处于稳定值，PN结形成。

P、N的过渡带称为PN结，其宽度等于耗尽区的宽度。

2.PN结的伏安特性PN结的正偏（正向偏置）是指两端电压正极接在P区，负极接在N区，反之则称为反偏（反向偏置）。

正偏时PN结中会有较大的正向电流，且随着正偏电压增大迅速增大，一般认为正偏时PN是导通的，电阻很小。

反偏时PN结中只有很小的反向电流通过，在很大范围内随着反偏电压增大，反向电流变化不明显，具有与少子浓度关系较大的反向饱和电流，其数值很小，一般认为PN结在反偏下截止，电阻无穷大，相当于绝缘体，可以等效为电容，称为结电容。