电工电子思维脑图思维导图

U152404471

2024-01-03

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半导体，晶体管，二极管等内容讲解

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思维导图大纲

常用半导体器件

半导体与PN结

半导体基础

根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。

热敏性、光敏性、杂敏性

本征半导体和杂质半导体

本征半导体

在绝对温度T=0K时，所有的价电子都被共价键紧紧束缚在共价键中，不会成为自由电子，因此本征半导体的导电能力很弱，接近绝缘体。

当温度升高或受到光的照射时，束缚电子能量增高，有的电子可以挣脱原子核的束缚，而参与导电，成为自由电子。

自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，称为空穴。

在一定温度下，本征激发和复合同时进行，达到动态平衡。电子空穴对的浓度一定。

载流子

自由电子带负电荷电子流

空穴（束缚电子）带正电荷空穴流

杂质半导体

N型半导体

在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，砷等，称为N型半导体。

P型半导体

在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。

PN结

PN结的形成

少子漂移电流 <-->多子扩散电流

动态平衡：扩散电流＝漂移电流总电流＝0

PN结的单向导电性

加正向电压（正偏）——电源正极接P区，负极接N区

外电场的方向与内电场方向相反。

加反向电压——电源正极接N区，负极接P区

在一定的温度下，由本征激发产生的少子浓度是一定的，故IR基本上与外加反压的大小无关，所以称为反向饱和电流。但IR与温度有关。

PN结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻， PN结导通； PN结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，呈现高电阻， PN结截止。由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。

二极管

二极管的结构与符

二极管 = PN结 + 管壳 + 引线

二极管的伏安特性

　在二极管的两端加上电压，测量流过管子的电流，则I = f (U )之间的关系曲线为伏安特性。

正向特性

相应的电压叫死区电压。范围称死区。死区电压与材料和温度有关，硅管约 0.5 V 左右，锗管约 0.1 V 左右。

反向特性

当电压超过零点几伏后，反向电流不随电压增加而增大，即饱和

PN结的反向击穿的物理本质

雪崩击穿：碰撞电离

反向电压增加 -->少子漂移加快 -->动能增加 -->碰撞电离 -->连锁反应

齐纳击穿：场致激发

强电场将耗尽层内中性原子的价电子直接变为自由电子

热击穿： PN结过热

功率损耗 --> PN结温升高 -->本征激发加剧 -->反向电流更大 -->连锁反应

二极管的主要参数

最大整流电流 IDM

最高反向工作电压 URM

反向饱和电流 IR

最高工作频率 fM

直流电阻 RD

二极管的分析方法

理想模型

恒压降模型

折线模型

分析步骤：

1. 根据已知条件或实际情况确定二极管采用的模型

2. 将二极管断开，分别计算VA, VK 并判断二极管的通断

3. 套入相应的模型对原电路进行变换

4. 计算

稳压管

稳压管及其伏安特

稳压管工作于反向击穿区

稳压管的主要参数

稳定电压 UZ

最小稳定电流 IZmin

最大稳定电流 IZmax

动态电阻 rZ

rZ 愈小愈好。对于同一个稳压管，工作电流愈大， rZ 值愈小。

稳压管的应用

稳压管在直流稳压电源中获得广泛的应用。图是最简单的稳压电路，UIN为输入直流电压，稳压管并联在负载RL两端，负载两端电压UO在UIN与及IL变化时基本稳定。

其他二极管

发光二极管

光敏二极管

晶体管

晶体管的构造和工作原理

晶体管的构造

三极管有两种导电类型：NPN 型和 PNP 型

晶体管内部结构要求：

1）发射区高掺杂。

2）基区做得很薄。通常只有几微米到几十微米，而且掺杂较少。

3）集电结面积大，低掺杂。

晶体管若实现放大，必须从晶体管内部结构和外部所加电源的极性来保证。

晶体管的工作原理

共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示；

共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；

共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示。

三极管在工作时要加上适当的直流偏置电压。

1)发射结加正向电压，扩散运动形成发射极电流

2) 扩散到基区的自由电子与　空穴的复合运动形成基极　电流

3)集电结加反向电压，漂移运动形成集电极电流Ic

晶体管的特性曲线

输入特性曲线

输出特性曲线

（1）当uCE=0 V时，因集电极无收集作用，iC=0。

（2） uCE ↑ → Ic ↑ 。

（3）当uCE ＞1V后，收集电子的能力足够强。这时，发射到基区的电子都被集电极收集，形成iC。所以uCE再增加，iC基本保持不变。

三极管工作状态

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