第一章晶體二極管及應(yīng)用電路§1-1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識（一）半導(dǎo)體一半導(dǎo)體：其導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間。

半導(dǎo)體具有某些特殊性質(zhì)：如壓敏熱敏及摻雜特性，導(dǎo)電能力改變。二半導(dǎo)體材料：用于制造半導(dǎo)體器件的材料。半導(dǎo)體管又稱晶體管。本征半導(dǎo)體：純凈的且具有完整晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。天然的硅和鍺經(jīng)提純（99.999%以上）即為本征半導(dǎo)體。本征激發(fā)：價電子因熱運動獲得能量，爭脫共價鍵的束縛，成為自由電子，同時在共價鍵上留下空位，這一現(xiàn)象成為本征激發(fā)。圖1-3

溫度越高，本征激發(fā)越強，產(chǎn)生的自由電子和空穴越多。

兩種載流子★載流子：能夠?qū)щ姷碾姾伞０雽?dǎo)體中的兩種載流子：自由電子，空穴★兩種載流子導(dǎo)電的差異：圖1-4●自由電子在晶格中自由運動●空穴運動即價電子的填補空穴的運動，始終在原子的共價鍵間運動。

載流子的復(fù)合和平衡

載流子的復(fù)合：自由電子與空穴在熱運動中相遇，使一對自由電子空穴對消失。

動態(tài)平衡：當(dāng)溫度T一定時，單位時間內(nèi)產(chǎn)生的自由電子空穴對數(shù)目與單位時間內(nèi)因復(fù)合而消失掉的自由電子空穴對數(shù)目相等，稱為載流子的動態(tài)平衡。

本征濃度ni：平衡狀態(tài)下本征半導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)（空穴數(shù)）。

二P型半導(dǎo)體：在本征Si和Ge中摻入微量Ⅲ族元素后形成的雜質(zhì)半導(dǎo)體稱為N型半導(dǎo)體。所摻入Ⅲ族元素稱為受主雜質(zhì)，簡稱受主（能供給自由電子）。圖1-6P型半導(dǎo)體中，空穴為多子，自由電子為少子。

（三）漂移電流和擴散電流1漂移電流：

載流子受外電場力作用做宏觀定向運動形成漂移電流。漂移電流與電場強度、載流子濃度成正比。2擴散電流：

因擴散運動形成的電流，稱為擴散電流。擴散運動：因載流子濃度差而產(chǎn)生的載流子宏觀定向運動。物理現(xiàn)象：半導(dǎo)體（N型P型）內(nèi)的載流子濃度分布不規(guī)則，無規(guī)則熱運，載流子從高濃度向低濃度方向凈遷移?！?-2PN結(jié)工作原理★PN結(jié)：將P型和N型半導(dǎo)體采用特殊工藝制造成半導(dǎo)體半導(dǎo)體內(nèi)有一物理界面，界面附近形成一個極薄的特殊區(qū)域，稱為PN結(jié)。一PN結(jié)的形成：▼內(nèi)建電場：由N區(qū)指向P區(qū)的電場E。阻止兩區(qū)多子的擴散。電場E產(chǎn)生的兩區(qū)少子越結(jié)漂移電流將部分抵消因濃度差產(chǎn)生的使兩區(qū)多子越結(jié)的擴散電流。擴散進一步進行，空間電荷區(qū)內(nèi)的暴露離子數(shù)增多，電場E增強，漂移電流增大，當(dāng)擴散電流=漂移電流時，達到平衡狀態(tài)，形成PN結(jié)。無凈電流流過PN結(jié)。

二PN結(jié)的特點：1空間電荷區(qū)是非線性中性區(qū)，內(nèi)建電場和內(nèi)建電位差φ0（內(nèi)建電壓）。2PN結(jié)又稱耗盡層。3PN結(jié)又稱阻擋層：內(nèi)建電場E阻止兩區(qū)多子越結(jié)擴散。PN結(jié)又稱勢壘區(qū)：4不對稱PN結(jié)。

三PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦裕?/p>

無外接電壓的PN結(jié)→開路PN結(jié)，平衡狀態(tài)PN結(jié)PN結(jié)外加電壓時→外電路產(chǎn)生電流1正向偏置（簡稱正偏）PN結(jié)：圖1-10PN結(jié)外加直流電壓V：P區(qū)接高電位（正電位），N區(qū)接低電位（負電位）→正偏→正向電流2反向偏置（簡稱反偏）PN結(jié)：圖1-11反偏：P區(qū)接低電位（負電位），N區(qū)接高電位（正電位）。＊硅PN結(jié)的Is為pA級＊溫度T增大→Is

3PN結(jié)的伏安特性①伏安特性方程：②PN結(jié)的伏安特性曲線：圖1-12§1-3晶體二極管

二極管的結(jié)構(gòu)和符號：圖1-13（a）為結(jié)構(gòu)，（b）為符號。一二極管的伏安特性：1單向?qū)щ娞匦裕?導(dǎo)通電壓VON：3鍺管的Is比硅管的Is大三個數(shù)量級；4Is隨溫度升高而增大：圖1-145鍺管與硅管伏安特性的差異：圖1-15二極管的RD和rd1直流電阻RD：

二極管的伏安特性為曲線→二極管為非線性電阻器件。結(jié)論：①Q(mào)點處的電流越大，二極管的直流電阻RD越??；②二極管的正反向直流電阻相差很大。2交流電阻rd

二極管工作點Q處的微變電壓增量dvD

和微變電流增量diD

之比，稱為該點處的交流電阻rd。圖1-18。3二極管的參數(shù)：最大平均整流電流：最大反向工作電壓VR

反向電流IR：

最高工作頻率fm：二極管的模型：器件模型：由理想元件構(gòu)成的能近似反映電子器件特性的等效電路。1二極管的伏安特性的分段線性近似模型⑴理想開關(guān)模型：二極管→理想開關(guān)正偏時正向電壓=0，反偏時反向電流=0圖1-19⑵恒壓源模型：圖1-20原因：二極管導(dǎo)通時電流較大，rd很小，近似認為二極管的端電壓不隨電流變化→恒壓特性。⑶折線近似模型：圖1-21例1-1：P13～14解法1：圖解法或負載線法。解法2：估算法。二極管的交流小信號模型→工作點Q處的交流電阻rd圖1-24。交流通路：圖1-25（b）和圖1-26（d）。直流通路：圖1-26（b）例1-3：電路圖1-26（a），V(t)=2sin2π×104t(mV)C=200μF，估算二極管電流中的交流成分id(t)。解1）v(t)=0V時，畫出直流通路1-26（b）圖。

2）當(dāng)v(t)加入后，畫交流通路時將C短路。圖1-26（d）。交流通路及電容C：（1）C稱為隔直電容：（2）C稱為耦合電容：四二極管應(yīng)用電路（1）低頻及脈沖電路中，做整流、限幅、鉗位、穩(wěn)壓、波形變換…（2）集成運放加二極管構(gòu)成指數(shù)、對數(shù)、乘法、除法等運算電路（3）高頻電路中做檢波、調(diào)幅、混頻等1整流電路：圖1-27整流：利用二極管的單向?qū)щ娞匦?，將交流變成單向（即直流）脈動電壓的過程，稱為整流。▼圖1-28為典型的單相半波整流電路。分析如下：（1）當(dāng)vi(t)﹥0→二極管正偏（2）當(dāng)vi(t)﹤0→二極管反偏2限幅電路：（1）雙向限幅電路：圖1-30，設(shè)vi(t)=3sinωt（2）單向限幅電路（取Er=0即為教材上的例題）：（3）幅度可調(diào)的雙向限幅電路：

3鉗位電路：

能改變信號的直流電壓成分，又叫直流恢復(fù)電路。圖1-31。設(shè)vi(t)是±2.5V的方波信號1-31（b），

§1-3PN結(jié)的反向擊穿及其應(yīng)用一反向擊穿PN結(jié)反向擊穿：PN結(jié)反向電壓增大到一定量值時，反向電流激增，這一現(xiàn)象稱為PN結(jié)反向擊穿。反向擊穿電壓：反向擊穿時的電壓值。1雪崩擊穿-----價電子被碰撞電離：發(fā)生雪崩擊穿條件是：反偏電壓≥6V。溫度增加，擊穿電壓增大。

2齊納擊穿-----價電子被場致激發(fā)大反偏電壓下結(jié)會有很強的電場→大電場力將共價鍵上的價電子拉出共價鍵→自由電子空穴對→結(jié)內(nèi)載流子激增→反向電流激增→齊納擊穿。反偏電壓≤4V→齊納擊穿。溫度增加，擊穿電壓減小。二穩(wěn)壓管

專門工作與反向擊穿狀態(tài)的二極管→穩(wěn)壓管。電路符號圖1-33（b），特性曲線圖1-33（a）。1穩(wěn)壓管的參數(shù)：⑴穩(wěn)定電壓Vz⑵最小穩(wěn)定電流IzMIN：⑶最大穩(wěn)定電流IzMAX：⑷動態(tài)電阻rz：⑸動態(tài)電阻的溫度系數(shù)α：圖1-342穩(wěn)壓管應(yīng)用電路：圖1-35RL：負載電阻；R：限流電阻；要求輸入電壓VI＞VZ

用負載線法分析：

畫出等效電路圖1-36（a）求出穩(wěn)壓管的負載線圖1-36（b）：§1-5PN結(jié)電容效應(yīng)及應(yīng)用

現(xiàn)象：半波整流電路中交流電壓從50Hz改為500KHz，在輸入電壓的負半周時，二極管上也有導(dǎo)通電流。原因：二極管PN結(jié)存在電容效應(yīng)。結(jié)論：高頻時二極管失去電向?qū)щ娞匦?。一勢壘電容CT：圖1-40圖（a）：線性電容的充電過程。圖（b）：勢壘電容的充電過程。結(jié)論：正偏V加大→空間電荷區(qū)變窄→極板距離減小→CT↗反偏V加大→空間電荷區(qū)變寬→極板距離增大→CT↙二擴散電容CD

圖1-41，兩區(qū)在PN結(jié)正偏時，多子存在凈的越結(jié)擴散，進入對方區(qū)域中成為非平衡少子，在空間電荷區(qū)兩側(cè)積累，形成非平衡少子濃度分布ηP(x)和pn(x)。存在非平衡少子濃度分布的兩個區(qū)域→擴散區(qū)。★CD∝PN結(jié)正向直流電流?！颬N結(jié)反偏時擴散區(qū)內(nèi)少子濃度分布線如圖1-42。三變?nèi)荻O管CT和CD均為非線性電容，按增量電容定義：考慮CT