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模电·第一章·常用半导体器件(1)

2023-03-01 07:37 作者:KLEE-不知道哦  | 我要投稿

观前提示:自己归纳的,顺带发发b站,THU的第五版结合老师上课笔记,跟随课堂持续更新专栏到同一文集内,偏向于知识点整理,部分知识点不屑于写,面向有一定基础(好歹有听课?)

观看者请备好书籍配合食用?

如有错误,请务必点出,万一哥们期末考试考到呢(哭)

1.1半导体基础知识

1.1.1半导体和材料基础知识

a.区分导体、半导体(Si,Ge)、绝缘体

b.本征半导体

    b1 纯净的晶体结构的半导体,导电性能弱,受温度影响大

    b2 载流子是自由电子与空穴,温度升高,载流子浓度升高,导电性能增强

    b3 涉及简单概念:复合(自由电子和空穴结合),本征激发(跃迁),动态平衡

c.杂质半导体

    c1 依靠掺杂,本身不带电,动态平衡,注意导电性能的可控性(掺杂的杂质浓度),杂质浓度越高,少子浓度越低

    c2 N型半导体 掺入5价元素 多子为自由电子,少子为空穴

    c3 P型半导体 掺入3价元素 多子为空穴,少子为自由电子

    c4 注意,多子浓度可近似等于掺杂浓度,受温度影响较小;少子浓度由半导体材料的本征激发而来,受温度影响较大

 (小声bb:记清楚来,经常弄混)

1.1.2PN结(重中之重,必须理解透彻)

    a.PN结的形成:

    首先了解扩散运动(与浓度差有关)和漂移运动(与电场力有关)

    本人概括过程为:多子相互扩散运动-自由电子与空穴复合-交界面附近多子浓度下降-形成空间电荷区(又称耗尽层)和内电场-少子相互漂移运动-动态平衡形成PN结(区分对称结和不对称结)内部电流为0

    想看详细的,个人建议自己翻书,因为我懒得码字捏(笑)


    b.PN结的单向导电性

    正向(正偏)导通,载流子被推向空间电荷区,空间电荷区变窄,内电场削弱,破坏原平衡,扩散运动加强,漂移运动减弱,

    回路串联电阻限流,防止PN结损坏。

    反向(反偏)截止,加强内电场,阻碍扩散运动,加强漂移运动,反向电压过大则会击穿

    击穿:

    齐纳击穿(≤4V)高掺杂,耗尽层宽度窄,不大的反向电压形成强电场,直接破坏共价键,产生电子-空穴对,电流增大

    雪崩击穿(≥7V)低掺杂,耗尽层宽度宽,加速少子的漂移运动,碰撞共价键,产生电子-空穴对,并又被加速碰撞其他的共价键,雪崩式增大电流

    c. PN结的电流方程

    i%3DI_%7Bs%7D%20(e%5E%5Cfrac%7Bu%7D%7BU_%7BT%7D%20%7D%20%20-1)

    常温下即T=300K时,温度的电压当量UT≈26mV

    d PN结的电容效应

    势垒电容Cb:当PN结外加的反向电压变化时,空间电荷区的宽度随之变化导致

    扩散电容Cd:外加正向电压变化时,非平衡少子浓度变化导致

    结电容Cj=Cb+Cd

    电容受信号频率影响极大,频率高时考虑电容的作用

1.2 半导体二极管

1.2.1 半导体二极管的几种常见结构(了解)

    点接触:结面积小,不能通过大电流,用于高频率电路和小功率整流

    面接触:结面积大,结电容大,低频率使用,可用作整流管

    平面接触:可以控制结面积大小,大小各有用处

1.2.2 二极管的伏安特性以及主要参数

噢,结合图片来看,这张图要牢记

    牢记上图

    a. 温度升高时,二极管的正向特性曲线将左移,反向特性曲线将下降,对温度敏感

    b. 最大整流(平均)电流 I_%7BF%7D%20是二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流,防止结温过高而烧坏

    c. 最高反向工作电压U_%7BR%7D%20%3D%5Cfrac%7B1%7D%7B2%7DU_%7BBR%7D%20%20

    d. 最高工作频率f_%7BM%7D%20是上限截止频率,与结电容等有关,过大则影响单向导电性

    e. 反向电流I_%7BR%7D%20与反向饱和电流I_%7Bs%7D%20受温度影响大

1.2.3 二极管的等效电路

    a. 折线化

    公式编辑太慢了,上图方便点,书本P18

    第一种是二极管导通正向压降为0,截止时反向电流为0,称为理想二极管,相当于一个理想开关

    第二种是二极管导通正向压降为常量Uon,截止时反向电流为0,相当于理想二极管串联一个电压源

    第三种是电压>Uon后,由于随着u的增大,电流I与U成线性关系,直线斜率为1/rD,二极管截止时反向电流为0,相当于理想二极管串联一个电压源和一个电阻

     b.交直流并存,分析其正弦信号,微变等效电路

1.2.4 稳压二极管

    a. 伏安特性正向与普通二极管类似,但是反向的饱和电流更小,小到可以忽略不计

    b. 稳定电压 U_%7BZ%7D%20是在规定电流下稳压管的反向击穿电压

    c. 稳定电流 I_%7BZmin%7D%20,稳压管工作在稳压状态的值,电流低于其时稳压效果差

    d. 动态电阻 r_%7BZ%7D%20%3D%5Cfrac%7B%5CDelta%20U_%7BZ%7D%20%7D%7B%5CDelta%20I_%7BZ%7D%20%7D%20 是衡量一个稳压管的重要指标,动态电阻越小说明稳压特性越好,同一个管子,电流越大则动态电阻越小

    e. 温度系数%5Calpha或者叫%20%5Calpha%20_%7BZ%7D%20%3D%5Cfrac%7B%5CDelta%20U%20_%7BZ%7D%20%7D%7B%5CDelta%20T%7D%20 

        稳定电压<4V时,温度系数<0

        稳定电压4~7V时,温度系数≈0

        稳定电压>7V时,温度系数>0

    f. 额定功耗P_%7BZM%7D%3DU_%7BZ%7D%20%5Ctimes%20I_%7BZM%7D%20%20 注意防止结温过高烧毁


作者的话:没想到这么花时间,以后笔记扫描上传加上文字说明得了,太花我时间了,第一章分两个部分,下次有空再写

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