电子学基础知识

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1、电子学基础知识一．半导体二极管及其基本电路基本要求·正确理解：PN结的形成及单向导电性·熟练掌握：普通二极管、稳压二极管的外特性及主要参数·能够查阅电子器件相关手册难点重点1．ＰＮ结的形成　　（1）当Ｐ型半导体和Ｎ型半导体结合在一起时，由于交界面处存在载流子浓度的差异，这样电子和空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散。但是，电子和空穴都是带电的，它们扩散的结果就使Ｐ区和Ｎ区中原来的电中性条件破坏了。Ｐ区一侧因失去空穴而留下不能移动的负离子，Ｎ区一侧因失去电子而留下不能移动的正离子。这些不能移动的带电粒子通常称为空间电荷，它们集中

2、在Ｐ区和Ｎ区交界面附近，形成了一个很薄的空间电荷区，这就是我们所说的ＰＮ结。　　　　　图（1）浓度差使载流子发生扩散运动　　（2）在这个区域内，多数载流子已扩散到对方并复合掉了，或者说消耗殆尽了，因此，空间电荷区又称为耗尽层。　　（3）Ｐ区一侧呈现负电荷，Ｎ区一侧呈现正电荷，因此空间电荷区出现了方向由Ｎ区指向Ｐ区的电场，由于这个电场是载流子扩散运动形成的，而不是外加电压形成的，故称为内电场。　　　　　图（2）内电场形成　　（4）内电场是由多子的扩散运动引起的，伴随着它的建立将带来两种影响：一是内电场将阻碍多子的扩散，二是P区和N区

3、的少子一旦靠近PN结，便在内电场的作用下漂移到对方，使空间电荷区变窄。　　（5）因此，扩散运动使空间电荷区加宽，内电场增强，有利于少子的漂移而不利于多子的扩散；而漂移运动使空间电荷区变窄，内电场减弱，有利于多子的扩散而不利于少子的漂移。　　当扩散运动和漂移运动达到动态平衡时，交界面形成稳定的空间电荷区，即ＰＮ结处于动态平衡。　　2．ＰＮ结的单向导电性　　（1）外加正向电压（正偏）　　在外电场作用下，多子将向ＰＮ结移动，结果使空间电荷区变窄，内电场被削弱，有利于多子的扩散而不利于少子的漂移，扩散运动起主要作用。结果，Ｐ区的多子空穴将

4、源源不断的流向Ｎ区，而Ｎ区的多子自由电子亦不断流向Ｐ区，这两股载流子的流动就形成了ＰＮ结的正向电流。　　观看动画（动画源文件下载）　　（2）外加反向电压（反偏）　　在外电场作用下，多子将背离ＰＮ结移动，结果使空间电荷区变宽，内电场被增强，有利于少子的漂移而不利于多子的扩散，漂移运动起主要作用。漂移运动产生的漂移电流的方向与正向电流相反，称为反向电流。因少子浓度很低，反向电流远小于正向电流。　　当温度一定时，少子浓度一定，反向电流几乎不随外加电压而变化，故称为反向饱和电流。　　3.二极管的基本应用电路（1）限幅电路---利用二极管的

5、单向导电性和导通后两端电压基本不变的特点组成。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（2）箝位电路---将输出电压箝位在一定数值上。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　注：黑色---输入信号，蓝色---输出信号，波形为用ＥＷＢ仿真结果。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　三、半导体三极管及放大电路基本要求·熟练掌握：放大电路的组成原则；共射、共集和共基组态放大电路工作原理；静态工作点；用小信号模型分析法分析增益、输入电阻和输出电阻；多级放大电路的工作原理，增益的计算·正确理解：图解分析法；放大电路的频率响应·一般了解：

6、频率失真2.1半导体的基本知识1．半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间，半导体具有光敏、热敏和掺杂特性。2．本征半导体（1）在0K时，本征半导体中没有载流子，呈绝缘体特性。（2）温度升高→热激发→共价键中价电子进入导带→自由电子+空穴。（3）两种载流子：导带中的自由电子，电荷极性为负；价带中挣脱共价键束缚的价电子所剩下的空穴，电荷极性为正。（4）热激发条件下，只有少数价电子挣脱共价键的束缚，进入导带形成电子空穴对，所以本征半导体导电率很低。3．杂质半导体（1）两种杂质半导体：Ｎ型---掺入微量五价元素；Ｐ型---掺入微量三价元素。

7、（2）两种浓度不等的载流子：多子---由掺杂形成，少子---由热激发产生。（3）一般情况下，只要掺入极少量的杂质，所增加的多子浓度就会远大于室温条件下所产生的载流子浓度。所以，杂质半导体的导电率高。（4）杂质半导体呈电中性。4．半导体中载流子的运动方式（1）漂移运动---载流子在外加电场作用下的定向移动。（2）扩散运动---因浓度梯度引起载流子的定向运动。2.2ＰＮ结的形成及特性1．ＰＮ结的形成　　当Ｐ型半导体和Ｎ型半导体结合在一起的时侯，由于交界面处存在载流子浓度的差异→多子扩散→产生空间电荷区和内电场→内电场阻碍多子扩散，有利

8、少子漂移　　当扩散和漂移达到动态平衡时，交界面形成稳定的空间电荷区，即ＰＮ结。2．ＰＮ结的单向导电性　　外加正向电压→多子向ＰＮ结移动，空间电荷区变窄，内电场减弱→扩散运动大于漂移运动→正向电流。　　外加反向电压→多子背离ＰＮ结移动，空间电荷区变宽