第四章 电子电路

《第四章 电子电路》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第二部分模拟电路基础第四章半导体二极管及其应用学习要点：1.半导体二极管和稳压管的结构。2.半导体二极管和稳压管的应用电路。4.1半导体基础知识4.1.1本征半导体导体就是可以导电的物体，如铜、铝、银等金属都是导体。绝缘体就是不能导电的物体。如橡胶、陶瓷、塑料等都是绝缘体。半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间。目前制作半导体器件的主要材料是硅（Si）和锗（Ge）。半导体之所以被人们重视，主要的原因是它的导电能力在不同的条件下有着显著的差异。例如，当有些半导体受到热或光的激发时，导电能力将明显增长。又如在纯净的半导体中掺以微量“杂质”元素，半导体的导电能力将猛增到几千、几万乃至上百万倍。人们就

2、是利用半导体的热敏、光敏特性制作成半导体热敏元件和光敏元件。利用半导体的掺杂特性制造了种类繁多、具有不同用途的半导体器件，如晶体二极管、晶体三极管、场效应管等。半导体材料导电能力变化的性质，取决于半导体材料的内部结构和导电机理。由化学知识可知，物质的导电能力主要是由原子结构来决定。导体一般为低价的元素，这些元素的最外层电子很容易挣脱原子核的束缚而成为游离在晶格中的自由电子，这些自由电子在外电场的作用下，将作定向移动形成电流。导体导电能力的大小，主要取决于晶格中自由电子数目的多少。晶格中自由电子数目多的物体，导电能力较强；自由电子数目少的物质，导电能力较小。绝缘体由高价元素或由高分子材料组成，

3、这些物质共同的特点是：最外层电子受原子核的束缚力很强，很难成为晶格中的自由电子，所以晶格中自由电子的数目非常少，导电能力极差，成为绝缘体。常用的半导体材料硅和锗均是4价元素，它们的最外层电子既不像导体那样容易挣脱原子核的束缚成为自由电子，也不像绝缘体那样被原子核束缚得那么紧，内部没有自由电子，所以半导体的导电能力会介于导体和绝缘体之间。纯净的半导体称为本征半导体，本征半导体中的4价元素是靠共价键结合成分子，如图4-1所示为本征半导体硅和锗晶体的原子结构示意图。4.1.2本征激发和两种载流子晶体的共价键具有很强的结合力，在常温下，本征半导体内部仅有极少数的价电子可以在热运动的激发下，挣脱原子核

4、的束缚而成为晶格中的自由电子。与此同时，在共价键中将留下一个带正电的空位子，称为空穴，如图4-2所示。图4-1半导体原子结构示意图图4-2本征激发示意图热运动激发所产生的电子和空穴总是成对出现的，称为电子-空穴对。本征半导体因热运动而产生电子-空穴对的现象称为本征激发。本征激发所产生的电子-空穴对在外电场的作用下都会作定向移动而形成电流。自由电子的移动与导体中自由电子移动的方式相同，都将形成一个与自由电子移动方向相反的电流。空穴的移动可以看成是自由电子定向依次填充空穴而形成的，这种填充作用相当于教室的第一排有一个空位，后排的同学依次往前挪来填充空位，以人为参照系，人填充空位的作用等效于人不动

5、，空位往后走。因空穴带正电，空穴的这种定向移动会形成与空穴运动方向相同的空穴电流。半导体内部同时存在着自由电子和空穴移动所形成的电流是半导体导电方式的最大特点，也是半导体与金属导体在导电机理上的本质差别。在电子技术中把参与导电的物质称为载流子。因为本征半导体内部参与导电的物质有自由电子和空穴，所以本征半导体中有两种载流子，一种是带负电的自由电子，另一种是带正电的空穴。本征半导体导电能力的大小与本征激发的激烈程度有关，温度越高，由本征激发所产生的电子-空穴对越多，本征半导体内部载流子的数目也越多，本征半导体的导电能力就越强，这就是半导体导电能力受温度影响的直接原因。本征半导体本征激发的现象还与

6、原子的结构有关，硅的最外层电子离原子核比锗的最外层电子近，所以硅最外层电子受原子核的束缚力比锗的强，本征激发现象比较弱，热稳定性比锗好。4.1.3杂质半导体半导体的导电能力除了与温度有关外，还与半导体内部所含的杂质有关。在本征半导体中掺入微量的杂质，可以使杂质半导体的导电能力得到改善，并受所掺杂质的类型和浓度的控制，使半导体获得重要的用途。由于掺入半导体中的杂质不同，杂质半导体可分为N型和P型半导体两大类。1．N型半导体在本征半导体硅（或锗）中，掺入微量的5价元素，如磷（P）。掺入的杂质并不改变本征半导体硅（或锗）的晶体结构，只是半导体晶格点阵中的某些硅（或锗）原子被磷原子所取代。5价元素的

7、4个价电子与硅（或锗）原子组成共价键后将多余一个价电子，如图4-3所示。这一多余的电子不受共价键的束缚，只需获得较小的能量，就能挣脱原子核的束缚而成为自由电子。于是，半导体中自由电子的数量剧增。5价元素的原子团因失去电子而成为正离子，但它不产生空穴，不能像空穴,那样能被电子填充而移动参与导电，所以它不是载流子。杂质半导体中除了杂质元素施放出的自由电子外，半导体本身还存在本征激发所产生的电子-空穴对。由于增加了