二極體基本知識和基本電路

2021-01-08 究極體工程師

半導體分為:

本徵半導體 、雜質半導體。

本徵半導體:純淨半導體,不含有雜質的半導體。

雜質半導體:含有雜質的半導體。

通常所說的半導體是指雜質半導體。

半導體的結構特點:

共價鍵。

共價鍵有很強的結合力,使原子規則排列,形成晶體。

本徵半導體:

半導體矽和鍺,它們的最外層電子(價電子)都是四個。

鍺原子
矽原子

在矽和鍺晶體中,原子按四角形系統組成晶體點陣,每個原子都處在正四面體的中心,而四個其它原子位於四面體的頂點,每個原子與其相臨的原子之間形成共價鍵,共用一對價電子。

共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中,稱為束縛電子,常溫下束縛電子很難脫離共價鍵成為自由電子,因此本徵半導體中的自由電子很少,所以本徵半導體的導電能力很弱。

在絕對0度(T=0K)和沒有外界激發時,價電子完全被共價鍵束縛著,本徵半導體中沒有可以運動的帶電粒子(即載流子),它的導電能力為 0,相當於絕緣體。

在常溫下,由於熱激發,使一些價電子獲得足夠的能量而脫離共價鍵的束縛,成為自由電子,同時共價鍵上留下一個空位,稱為空穴。溫度越高,載流子的濃度越高。

本徵半導體中存在數量相等的兩種載流子,即自由電子和空穴,有一個電子就會有一個空穴。

在外電場的作用下,空穴吸引附近的電子來填補,這樣的結果相當於空穴的遷移,而空穴的遷移相當於正電荷的移動,因此可以認為空穴是載流子。

本徵半導體中電流由兩部分組成:

1. 自由電子移動產生的電流。

2. 空穴移動產生的電流。

本徵半導體總結:

1、本徵半導體的導電能力取決於載流子的濃度。

2、本徵半導體載流子的濃度很低,所以總的來說導電能力很差。

3、本徵半導體的載流子的濃度取決於溫度。溫度越高,載流子的濃度越高,本徵半導體的導電能力越強。

4、本徵半導體的導電機理:熱敏性

雜質半導體分為:

N型半導體、P型半導體

在本徵半導體中摻入某些微量元素的半導體叫做本徵半導體。

N型半導體——摻入五價雜質元素(如磷)的半導體,自由電子濃度大大增加,也稱為(電子半導體)。

P型半導體——摻入三價雜質元素(如硼)的半導體,空穴濃度大大增加的雜質半導體,也稱為(空穴半導體)。

N型半導體:

在N型半導體中自由電子是多數載流子,它主要由雜質原子提供;空穴是少數載流子, 由熱激發形成。提供自由電子的五價雜質原子因帶正電荷而成為正離子,因此五價雜質原子也稱為施主雜質。

P型半導體:

在P型半導體中空穴是多數載流子,它主要由摻雜形成;自由電子是少數載流子, 由熱激發形成。空穴很容易俘獲電子,使雜質原子成為負離子。三價雜質 因而也稱為受主雜質。

PN 結的形成:

在同一片半導體基片上,分別製造P 型半導體和N 型半導體,經過載流子的擴散,在它們的交界面處就形成了PN 結。在空間電荷區,由於缺少多子,所以也稱耗盡層。

N型和P型半導體的結合面上發生如下物理過程:

PN結的單向導電性:

當外加電壓使PN結中P區的電位高於N區的電位,稱為加正向電壓,簡稱正偏;反之稱為加反向電壓,簡稱反偏。

PN結加正向電壓時 :

低電阻

大的正向擴散電流

PN結加正向電壓

PN結加反向電壓時:

高電阻

很小的反向漂移電流

PN結加反向電壓

PN結的單向導電性:

PN結的反向擊穿:

當PN結的反向電壓增加到一定數值時,反向電流突然快速增加,此現象稱為PN結的反向擊穿。

熱擊穿——不可逆

齊納擊穿、雪崩擊穿都屬於電擊穿——可逆

反向擊穿曲線

二極體的參數:

1、 最大整流電流IF

二極體長期使用時,允許流過二極體的最大正向平均電流。

2、反向擊穿電壓VBR和最大反向工作電壓VRM

二極體反向擊穿時的電壓值。擊穿時反向電流劇增,二極體的單向導電性被破壞,甚至過熱而燒壞。

3、反向電流IR

二極體加反向峰值工作電壓時的反向電流。反向電流大,說明管子的單向導電性差,因此反向電流越小越好。反向電流受溫度的影響,溫度越高反向電流越大。

4、正向壓降VF

5、極間電容CB或 最高工作頻率

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