模拟电子技术基础

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P1开篇:

什么叫本征半导体?

本征半导体是指在室温下没有掺杂杂质(也称为杂质浓度为零)的半导体材料。一般为:Si、Ge

本征半导体导电原理:

本征激发使电子游离,从而产生空穴。由于原本的电子缺失,会在电子原本的位置产生一个空穴,会使得原子会显正电,游离的电子显负电。(无极生太极,太极生两仪)

如果给本征半导体增加一个向左的场能,则会使电子向右移动。因为电子向右移动,右边的原子会产生新的空穴,而左边的空穴则会被转移过来的电子填充,此时会表现出空穴左移的现象。

施加向左的场能,左边原子的电子向右移动填充左边的空穴的运动,就叫做“复合运动”。

 

 

 本征半导体概念介绍:

载流子是自由电子和空穴

空穴与电子相反方向运动

电流方向与空穴运动方向相同(负电荷运动的相反方向是电流方向,同理,正电荷运动的方向是电流方向)

 

 

 杂质半导体介绍:

杂质半导体分为两部分,一部分叫P型半导体,P就是positive的意思,带正电。一部分叫N型半导体,N就是negative的意思,带负电。

其中,

P型半导体一般掺入B元素,多子为空穴,少子为自由电子。

N型半导体一般掺入P元素,多子为自由电子,少子为空穴。

(可别糊涂了,这是杂质半导体,杂质是B、P,主体元素依然是Si或Ge)

 

 

 

P2 PN结及其单向导电性:

看到“原子”、“半导体”字样,要知道他们是呈电中性的。

 

 

 

在本章节,我发现我对杂质半导体的理解有误,所以问了AI老师几个问题:

杂质半导体的原理?

杂质半导体是指通过向纯半导体中掺杂少量的杂质原子,改变其导电性质而得到的半导体材料。掺入的杂质原子会在晶体中形成离子,从而改变半导体的电子能带结构,导致半导体的导电性质发生变化。
杂质半导体主要包括P型半导体和N型半导体。P型半导体通常是通过向硅晶体中掺杂三价元素(如硼或铝)来制备的。这些杂质原子只有三个价电子,与硅原子形成的共价键只有三个,留下一个“空穴”,可以看作是带有正电的“缺陷”。在P型半导体中,这些空穴是主要的载流子,占据能量较低的价带,导致电子不能自由地流动,从而形成电阻。N型半导体则是通过向硅晶体中掺杂五价元素(如磷或砷)来制备的。这些杂质原子有五个价电子,其中四个电子形成共价键,留下一个多余的电子,形成自由电子。在N型半导体中,这些自由电子是主要的载流子,占据能量较高的导带,可以自由地流动。
当P型半导体和N型半导体连接在一起时,两者的多子和少子会在结面上扩散和复合,形成一个空间电荷区域,该区域的内部电场指向P型半导体。这时P型半导体的空穴将流入空间电荷区域,使其带有正电荷,形成一个势垒。这个势垒具有阻碍自由电子流动的作用,从而形成一个PN结,这是制造各种电子器件的基础。

 

 

上面这张图只是为了方便我们理解,不必纠结太多 

看到这张图也不必再心生疑惑了,之前对P型区域中间的“-”和N型区域中间的“+”有疑惑,现在已经很明白了。在此解释一下:P型半导体加入B元素,B元素最外层电子数是3,Si元素最外层电子数是4,B和Si形成三个共价键,此时,Si会有一个电子无法形成共价键,这个时候,我们把这个Si视为带有一个负电荷的原子,与其生成共价键的B视为带一个空穴的原子。在同一片区域存在一个电子和一个空穴,所以还是稳定的状态,所以P型半导体并不带电。N型同理~

大概是下图这么个意思,太抽象了

 

 

 PN结介绍:

把P型半导体和N型半导体放一起时,由于二者所带自由电子和空穴的浓度不同,所以会产生浓度高流向浓度低的情况,其中多子的运动叫做扩散运动,此时会产生中和区域,叫做PN结,又称为“空间电荷区”、“势垒区”。在势垒区会产生一个指向P型半导体的内电场,这个电场会阻止二者多子的流动,但是却可以支持少子的流动,少子的流动就叫做“漂移运动”。

 

 单向导电性原理:

分为正偏和反偏,没啥可说的,看图吧。其中要介绍一点,外部电源的电场是正极指向负极方向。

 

 

 

 

P3 PN结的其他特性:

PN结的伏安特性:

公式:公式看图吧,必须记住(Ut是温度常量,是固定值26mV)

加入外部电源后,PN结正偏就是图中右侧的效果,通过PN结的电流呈指数关系。如果PN结反偏就是图中左侧的效果,通过PN结的电流呈逆向的小电流

下面的例题给出了通过两个PN结的电流和正向电流的大小,由此可以得出通过两个PN结的电压

 

击穿特性: 

击穿特性分为两种,一种叫做雪崩击穿,一种叫做齐纳击穿。其中雪崩击穿的发生条件是,当PN结反偏,PN结变厚,此时,如果外部电源所加电压过高,会导致载流子撞出束缚电子,被撞出的束缚电子会撞出其他的束缚电子,这种击穿方式就叫做雪崩击穿。(好像原子弹的链式反应)

齐纳击穿的发生条件是,当PN结正偏,此时,如果外部电源所加电压较低,PN结较薄,束缚电子会被内电场拉出来,变成自由电子,这种击穿方式叫做齐纳击穿。(简单的说就是电子被内电场给拉出来了)

电容特性:

这个玩意没啥,就是说PN结可以等效的看作一个电容和电阻并联

 

P4 二极管与稳压管:

 二极管伏安特性:

二极管是一个带了外壳的PN结,所以如果要导通,必须有一个基础电压,这个基础电压就被成为死区电压,大小为0.3V。在图中是UT。

U1是导通压降,也就是说普通半导体到达0.7v这个电压时,即便增大电流,电压也很难再发生改变。

IR叫反向饱和电流,视频中没多说,看图吧。

UBR叫反向击穿电压。看名字就明白咋回事了。但是击穿不一定会损坏,只要反偏电压不过高,当电压恢复正常后PN结还能够恢复正常的状态。

二极管工作状态的判断:

不知道咋总结了,看图吧,要多做题才能真正掌握。

其中有几个点要说一下,就是右边这个红色的波形图中,当电压小于0.7V时,Ui和Uo相等。当电压超过0.7V的时候,变通路了,这是二极管可以看作导线,所以二极管两端的电压是0。

至于图中的负电压怎么来的,如果忘记了可能会很疑惑,其实这个负电压就是电源负极接到了二极管上,所以在接到电源负极的那一端上标一个负电压。

PN结中,N端是-的,P端是+的。

还有,算了...不记录了,如果忘记了就看视频吧。

 

 稳压管的工作状态判断:

搞的不是很明白,有空再看看...

 

 

 

 

 

 

  

posted @ 2023-02-23 00:17  每日一小步  阅读(480)  评论(0编辑  收藏  举报