半導體中的擴散電流是在什麼作用下形成的

Ⅰ 電源二極體PN結，擴散運動與漂移運動的區別

1、概述不同：

擴散運動（指的是擴散電流的運動）的概述：化學中的擴散電流是指在極譜分析中由溶液本體擴散到電極表面的金屬離子所形成的電流。而溶液中離子的擴散速率有極大值，當擴散速率達到最大時所形成的電流就稱為極限擴散電流。

漂移運動（指的是漂移電流的運動）的特點：在凝聚體物理學和電化學中，漂移電流是在施加電場下載流子定向運動產生的電流。當電場加在半導體材料上時，載流子流動產生電流。漂移速度是指漂移電流中載流子運動的平均速度。

2、作用不同：

擴散運動（指的是擴散電流的運動）的作用：針對擴散電容來說，PN結反向偏置時電阻大，擴散電容小，主要為勢壘電容。正向偏置時，電容大，取決於擴散電容，電阻小。頻率越高，電容效應越顯著。在集成電路中，一般利用PN結的勢壘電容，即讓PN結反偏，只是改變電壓的大小，而不改變極性。

漂移運動（指的是漂移電流的運動）的作用：正向電壓增加時，N區將有更多的電子擴散到P區，也就是P區中的少子，電子濃度、濃度梯度增加。同理，正向電壓增加時，N區中的少子---空穴的濃度、濃度梯度也要增加。相反，正向電壓降低時，少子濃度就要減少。從而表現了電容的特性。

式中id為平均極限擴散電流(單位μA)，代表汞滴上從形成至降落過程中的平均電流，n為電極反應中電子的轉移數，D為電極上起反應的物質在溶液中的擴散系數(單位是cm/s)，m為汞的流速(單位mg/s)，t為汞滴的周期(單位S)，C為電極上起反應物質的濃度(單位mmol/L)。

這一公式反映了影響擴散電流主要因素，當控制這些影響因素使之恆定時，則擴散電流id與待測物質的濃度成正比，即id=KC，是極譜定量的依據

Ⅱ 用導線把半導體兩端連接起來，接觸面上會有短暫電流么比如PN結剛建立時會有漂移電流和擴散電流。

假設來導線是金屬，在導線連到源PN結兩端的一瞬間，相當於金屬與半導體的接觸問題，一般來講會形成歐姆接觸或肖特基接觸，就會在兩端分別產生兩個勢壘，這兩個勢壘的產生過程中必定伴隨著電荷的復合過程，也就是說在勢壘形成過程中會有電荷移動，電流產生。但這個電荷移動只會局限在該勢壘的空間范圍內，與PN結內部耗盡層的形成過程類似，形成PN結的時候電子和空穴復合產生電流，該電流只出現在耗盡層區域內，因此金屬-半導體的接觸勢壘產生過程中形成的電流也只出現在勢壘區域。綜上所述，只在導線與PN結接觸的那一瞬間，在離接觸面很近的空間上，形成的那兩個勢壘內部有瞬間的微弱電流產生，但在導線的其他區域上，不會有電荷的流動，也就沒有電流產生。

Ⅲ 半導體導電時，復合電流與擴散電流的區別是否導電時這兩種電流同時在導電

半導體導電時復合電流擴散電流的區別是否導電導電時這里是在導電的是在導電的

Ⅳ 物理里的電流，無論是金屬里的電流，還是半導體里的漂移電流與擴散電流，都是電子的傳遞或說推擠換位嗎

是的
電流如同在管子里推小珠子一樣擠壓，從這端擠入、在那邊滾出。

Ⅳ PN結是什麼

PN結（PN junction）。採用不同的摻雜工藝，通過擴散作用，將P型半導體與N型半導體製作在同一塊半導體（通常是硅或鍺）基片上，在它們的交界面就形成空間電荷區稱PN結。PN結具有單向導電性。P是positive的縮寫，N是negative的縮寫，表明正荷子與負荷子起作用的特點。一塊單晶半導體中 ，一部分摻有受主雜質是P型半導體，另一部分摻有施主雜質是N型半導體時 ，P 型半導體和N型半導體的交界面附近的過渡區稱為PN結。PN結有同質結和異質結兩種。用同一種半導體材料製成的 PN 結叫同質結 ，由禁帶寬度不同的兩種半導體材料製成的PN結叫異質結。
製造PN結的方法有合金法、擴散法、離子注入法和外延生長法等。製造異質結通常採用外延生長法。 P型半導體（P指positive，帶正電的）：由單晶硅通過特殊工藝摻入少量的三價元素組成，會在半導體內部形成帶正電的空穴； N型半導體（N指negative，帶負電的）：由單晶硅通過特殊工藝摻入少量的五價元素組成，會在半導體內部形成帶負電的自由電子。 在 P 型半導體中有許多帶正電荷的空穴和帶負電荷的電離雜質。在電場的作用下，空穴是可以移動的，而電離雜質（離子）是固定不動的 。N 型半導體中有許多可動的負電子和固定的正離子。當P型和N型半導體接觸時，在界面附近空穴從P型半導體向N型半導體擴散，電子從N型半導體向P型半導體擴散。空穴和電子相遇而復合，載流子消失。因此在界面附近的結區中有一段距離缺少載流子，卻有分布在空間的帶電的固定離子，稱為空間電荷區 。P 型半導體一邊的空間電荷是負離子 ，N 型半導體一邊的空間電荷是正離子。正負離子在界面附近產生電場，這電場阻止載流子進一步擴散 ，達到平衡。 在PN結上外加一電壓 ，如果P型一邊接正極 ，N型一邊接負極，電流便從P型一邊流向N型一邊，空穴和電子都向界面運動，使空間電荷區變窄，電流可以順利通過。如果N型一邊接外加電壓的正極，P型一邊接負極，則空穴和電子都向遠離界面的方向運動，使空間電荷區變寬，電流不能流過。這就是PN結的單向導電性。 PN結加反向電壓時 ，空間電荷區變寬 ， 區中電場增強。反向電壓增大到一定程度時，反向電流將突然增大。如果外電路不能限制電流，則電流會大到將PN結燒毀。反向電流突然增大時的電壓稱擊穿電壓。基本的擊穿機構有兩種，即隧道擊穿（也叫齊納擊穿）和雪崩擊穿，前者擊穿電壓小於6V，有負的溫度系數，後者擊穿電壓大於6V，有正的溫度系數。 PN結加反向電壓時，空間電荷區中的正負電荷構成一個電容性的器件。它的電容量隨外加電壓改變。 根據PN結的材料、摻雜分布、幾何結構和偏置條件的不同，利用其基本特性可以製造多種功能的晶體二極體。如利用PN結單向導電性可以製作整流二極體、檢波二極體和開關二極體，利用擊穿特性製作穩壓二極體和雪崩二極體；利用高摻雜PN結隧道效應製作隧道二極體；利用結電容隨外電壓變化效應製作變容二極體。使半導體的光電效應與PN結相結合還可以製作多種光電器件。如利用前向偏置異質結的載流子注入與復合可以製造半導體激光二極體與半導體發光二極體；利用光輻射對PN結反向電流的調製作用可以製成光電探測器；利用光生伏特效應可製成太陽電池。此外，利用兩個 PN結之間的相互作用可以產生放大，振盪等多種電子功能 。PN結是構成雙極型晶體管和場效應晶體管的核心，是現代電子技術的基礎。在二級管中廣泛應用。 PN結的平衡態,是指PN結內的溫度均勻、穩定,沒有外加電場、外加磁場、光照和輻射等外界因素的作用,宏觀上達到穩定的平衡狀態.
PN結的形成
在一塊本徵半導體的兩側通過擴散不同的雜質,分別形成N型半導體和P型半導體。此時將在N型半導體和P型半導體的結合面上形成如下物理過程: 因濃度差 ↓ 多子的擴散運動®由雜質離子形成空間電荷區 ↓ 空間電荷區形成形成內電場 ↓ ↓ 內電場促使少子漂移 內電場阻止多子擴散 最後，多子的擴散和少子的漂移達到動態平衡。在P型半導體和N型半導體的結合面兩側，留下離子薄層，這個離子薄層形成的空間電荷區稱為PN結。PN結的內電場方向由N區指向P區。在空間電荷區，由於缺少多子，所以也稱耗盡層。PN結形成的過程可參閱圖01.06。 圖01.06 PN結的形成過程（動畫1-3）如打不開點這兒（壓縮後的）
PN結的單向導電性
PN結具有單向導電性，若外加電壓使電流從P區流到N區，PN結呈低阻性，所以電流大；反之是高阻性，電流小。 如果外加電壓使： PN結P區的電位高於N區的電位稱為加正向電壓，簡稱正偏； PN結P區的電位低於N區的電位稱為加反向電壓，簡稱反偏。 (1) PN結加正向電壓時的導電情況 外加的正向電壓有一部分降落在PN結區，方向與PN結內電場方向相反，削弱了內電場。於是，內電場對多子擴散運動的阻礙減弱，擴散電流加大。擴散電流遠大於漂移電流，可忽略漂移電流的影響，PN結呈現低阻性。 (2) PN結加反向電壓時的導電情況 外加的反向電壓有一部分降落在PN結區，方向與PN結內電場方向相同，加強了內電場。內電場對多子擴散運動的阻礙增強，擴散電流大大減小。此時PN結區的少子在內電場作用下形成的漂移電流大於擴散電流，可忽略擴散電流，PN結呈現高阻性。 在一定的溫度條件下，由本徵激發決定的少子濃度是一定的，故少子形成的漂移電流是恆定的，基本上與所加反向電壓的大小無關，這個電流也稱為反向飽和電流。 PN結加正向電壓時，呈現低電阻，具有較大的正向擴散電流；PN結加反向電壓時，呈現高電阻，具有很小的反向漂移電流。由此可以得出結論：PN結具有單向導電性。
PN結的電容效應
PN結具有一定的電容效應，它由兩方面的因素決定。一是勢壘電容CB ，二是擴散電容CD 。 (1) 勢壘電容CB 勢壘電容是由空間電荷區的離子薄層形成的。當外加電壓使PN結上壓降發生變化時，離子薄層的厚度也相應地隨之改變，這相當PN結中存儲的電荷量也隨之變化，猶如電容的充放電。勢壘電容的示意圖見圖01.09。 圖01.09 勢壘電容示意圖 (2) 擴散電容CD 擴散電容是由多子擴散後，在PN結的另一側面積累而形成的。因PN結正偏時，由N區擴散到P區的電子，與外電源提供的空穴相復合，形成正向電流。剛擴散過來的電子就堆積在 P 區內緊靠PN結的附近，形成一定的多子濃度梯度分布曲線。反之，由P區擴散到N區的空穴，在N區內也形成類似的濃度梯度分布曲線。擴散電容的示意圖如圖01.10所示。 當外加正向電壓不同時，擴散電流即外電路電流的大小也就不同。所以PN結兩側堆積的多子的濃度梯度分布也不同，這就相當電容的充放電過程。勢壘電容和擴散電容均是非線性電容。
編輯本段擊穿特性
當反向電壓增大到一定值時，PN結的反向電流將隨反向電壓的增加而急劇增 加，這種現象稱為PN結的擊穿，反向電流急劇增加時所對應的電壓稱為反向擊穿電壓，如上圖所示， PN結的反向擊穿有雪崩擊穿和齊納擊穿兩種。
1、雪崩擊穿
阻擋層中的載流子漂移速度隨內部電場的增強而相應加快到一定程度時，其動能足以把束縛在共價鍵中的價電子碰撞出來，產生自由電子—空穴對，新產生的載流子在強電場作用下，再去碰撞其它中性原子，又產生新的自由電子—空穴對，如此連鎖反應，使阻擋層中的載流子數量急 劇增加，象雪崩一樣。雪崩擊穿發生在摻雜濃度較低的PN結中，阻擋層寬，碰撞電離的機會較多，雪崩擊穿的擊穿電壓高。
2、齊納擊穿
當PN結兩邊摻雜濃度很高時，阻擋層很薄，不易產生碰撞電離，但當加不大的反向電壓時，阻擋層中的電場很強，足以把中性原子中的價電子直接從共價鍵中拉出來，產生新的自由電子—空穴對，這個過程 稱為場致激發。 一般擊穿電壓在6V以下是齊納擊穿，在6V以上是雪崩擊穿。
3、擊穿電壓的溫度特性
溫度升高後，晶格振動加劇，致使載流子運動的平 均自由路程縮短，碰撞前動能減小，必須加大反向電壓才能發生雪崩擊穿具有正的溫度系數，但溫度升高，共價鍵中的價電子能量狀態高，從而齊納擊穿電壓隨溫度升高而降低，具有負的溫度系數。6V左右兩種擊穿將會同時發生，擊穿電壓的溫度系數趨於零。
4、穩壓二極體
PN結一旦擊穿後，盡管反向電流急劇變化，但其端電壓幾 乎不變（近似為V(BR)，只要限制它的反向電流，PN結 就不會燒壞，利用這一特性可製成穩壓二極體，其電路符號及伏 安特性如上圖所示：其主要參數有： VZ 、 Izmin 、 Iz 、 Izmax

編輯本段電容特性
PN結除具有非線性電阻特性外，還具有非線性電容特性，主要有勢壘電容和擴散電容。
1、勢壘電容
勢壘區類似平板電容器，其交界兩側存儲著數值相等極性相反的離子電荷，電荷量隨外加電壓而變化，稱為勢壘電容，用CT表示。 CT = - dQ/dV PN結有突變結和緩變結，現考慮突變結情況（緩變結參見《晶體管原 理》），PN結相當於平板電容器，雖然外加電場會使勢壘區變寬或變窄 但這個變化比較小可以忽略， 則CT=εS/L，已知動態平衡下阻擋層的寬度L0，代入上式可得：
CT不是恆值，而是隨V而變化，利用該特性可製作變容二極體。
2、 擴散電容
多子在擴散過程中越過PN結成為另一方的少子， 當PN結處於 平衡狀態（無外加電壓）時的少子稱為平衡少子 可以認為阻擋層以外的區域內平衡少子濃度各處是一樣的，當PN結處於正向偏置時，N區的多子自由電子擴散到P區成為 P區的非平衡少子，由於濃度差異還會向P 區深處擴散，距交界面越遠，非平衡少子濃度越低，其分布曲線見[PN 結的伏 安特性]。當外加正向電壓增大時，濃度分布曲線上移，兩邊 非平 衡少子濃度增加即電荷量增加，為了維持電中性，中性區內的非平衡多子濃度也相應增加，這就是說，當外加電壓增加時，P區和N區各自存儲的空穴和自由電子電荷量也增加，這種效應相當於在PN結上並聯一個電容，由於它是載流子擴散引起的，故稱之為擴散電容CD，由半導體物理推導得 CD=（ I + Is）τp/VT 推導過程參見《晶體管原理》。 當外加反向電壓時 I = Is ， CD趨於零。
3、 PN結電容
PN結的總電容Cj為CT和CD兩者之和Cj = CT+CD ，外加正向電 壓CD很大， Cj以擴散電容為主（幾十pF到幾千pF） ，外加反向電壓CD趨於零，Cj以勢壘電容為主（幾pF到幾十pF到）。
4、變容二極體
PN結反偏時，反向電流很小，近似開路，因此是一個主要由勢壘電容構成的較理想的電容器件，且其增量電容值隨外加電壓而變化 利用該特性可製作變容二極體，變容二極體在非線性電路中應用較廣泛， 如壓控振盪器、頻率調制等。

Ⅵ pn結形成的時候，漂移電流和擴散電流只在半導體內部存在，它們怎麼在外部產生的呢

外部有迴路再加上外部供電電壓，於是就有電流！

Ⅶ 半導體漂移電流和擴散電流的載流子（都是電子吧）在結區（空間電荷區）是如何傳遞的 結區是絕緣的啊

載流子是承載電流的粒子，可以是電子也可以是Electron hole
。
1、漂移電流的理解版：

在一個PN結二極體中，電子權和Electron hole
分別是P區和N區的少數載流子。由於載流子的擴散形成的從P到N區的擴散電流，恰好能與等量相反的漂移電流平衡。在一個偏置的PN結中，漂移電流與偏置無關，這是因為少數載流子的數量與偏置電壓無關。但由於少數載流子可以通過升溫產生，漂移電流是和溫度有關的。

2、擴散電流平衡的理解：

pn結中多子從濃度大向濃度小的區域擴散,稱擴散運動，擴散運動產生擴散電流。與之相對的有漂移運動，少子向對方漂移,稱漂移運動 漂移運動產生漂移電流。

從N區漂移到P區的Electron hole
補充了原來交界面上P區所失去的Electron hole
，從P區漂移到N區的電子補充了原來交界面上N區所失去的電子，這就使空間電荷減少，內電場減弱。因此，漂移運動的結果是使空間電荷區變窄，擴散運動加強。最後，多子的擴散和少子的漂移達到動態平衡。

Ⅷ 半導體cd大小與電流的關系

.1 半導體物理基礎
本章從半導體器件的工作機理出發,簡單介紹半導體物理基礎知識,包括本徵半導體,雜質半導體,PN結;分別討論晶體二極體的特性和典型應用電路,雙極型晶體管和場效應管的結構,工作機理,特性和應用電路,重點是掌握器件的特性.
媒質
導體:對電信號有良好的導通性,如絕大多數金屬,電解液,以及電離氣體.
絕緣體:對電信號起阻斷作用,如玻璃和橡膠,其電阻率介於108 ~ 1020 ·m.
半導體:導電能力介於導體和絕緣體之間,如硅 (Si) ,鍺 (Ge) 和砷化鎵 (GaAs) .
半導體的導電能力隨溫度,光照和摻雜等因素發生顯著變化,這些特點使它們成為製作半導體元器件的重要材料.
4.1.1 本徵半導體
純凈的硅和鍺單晶體稱為本徵半導體.
硅和鍺的原子最外層軌道上都有四個電子,稱為價電子,每個價電子帶一個單位的負電荷.因為整個原子呈電中性,而其物理化學性質很大程度上取決於最外層的價電子,所以研究中硅和鍺原子可以用簡化模型代表 .
每個原子最外層軌道上的四個價電子為相鄰原子核所共有,形成共價鍵.共價鍵中的價電子是不能導電的束縛電子.
價電子可以獲得足夠大的能量,掙脫共價鍵的束縛,游離出去,成為自由電子,並在共價鍵處留下帶有一個單位的正電荷的空穴.這個過程稱為本徵激發.
本徵激發產生成對的自由電子和空穴,所以本徵半導體中自由電子和空穴的數量相等.
價電子的反向遞補運動等價為空穴在半導體中自由移動.因此,在本徵激發的作用下,本徵半導體中出現了帶負電的自由電子和帶正電的空穴,二者都可以參與導電,統稱為載流子.
自由電子和空穴在自由移動過程中相遇時,自由電子填入空穴,釋放出能量,從而消失一對載流子,這個過程稱為復合,
平衡狀態時,載流子的濃度不再變化.分別用ni和pi表示自由電子和空穴的濃度 (cm-3) ,理論上
其中 T 為絕對溫度 (K) ;EG0 為T = 0 K時的禁帶寬度,硅原子為1.21 eV,鍺為0.78 eV;k = 8.63 10- 5 eV / K為玻爾茲曼常數;A0為常數,硅材料為3.87 1016 cm- 3 K- 3 / 2,鍺為1.76 1016 cm- 3 K- 3 / 2.
4.1.2 N 型半導體和 P 型半導體
本徵激發產生的自由電子和空穴的數量相對很少,這說明本徵半導體的導電能力很弱.我們可以人工少量摻雜某些元素的原子,從而顯著提高半導體的導電能力,這樣獲得的半導體稱為雜質半導體.根據摻雜元素的不同,雜質半導體分為 N 型半導體和 P 型半導體.
一,N 型半導體
在本徵半導體中摻入五價原子,即構成 N 型半導體.N 型半導體中每摻雜一個雜質元素的原子,就提供一個自由電子,從而大量增加了自由電子的濃度一一施主電離
多數載流子一一自由電子
少數載流子一一空穴
但半導體仍保持電中性

熱平衡時,雜質半導體中多子濃度和少子濃度的乘積恆等於本徵半導體中載流子濃度 ni 的平方,所以空穴的濃度 pn為

因為 ni 容易受到溫度的影響發生顯著變化,所以 pn 也隨環境的改變明顯變化.
自由電子濃度
雜質濃度
二,P 型半導體
在本徵半導體中摻入三價原子,即構成 P 型半導體.P 型半導體中每摻雜一個雜質元素的原子,就提供一個空穴,從而大量增加了空穴的濃度一一受主電離
多數載流子一一空穴
少數載流子一一自由電子
但半導體仍保持電中性

而自由電子的濃度 np 為
環境溫度也明顯影響 np 的取值.
空穴濃度
摻雜濃庹
4.1.3 漂移電流和擴散電流
半導體中載流子進行定向運動,就會形成半導體中的電流.
半導體電流

半導體電流
漂移電流:在電場的作用下,自由電子會逆著電場方向漂移,而空穴則順著電場方向漂移,這樣產生的電流稱為漂移電流,該電流的大小主要取決於載流子的濃度,遷移率和電場強度.
擴散電流:半導體中載流子濃度不均勻分布時,載流子會從高濃度區向低濃度區擴散,從而形成擴散電流,該電流的大小正比於載流子的濃度差即濃度梯度的大小.
4.2 PN 結
通過摻雜工藝,把本徵半導體的一邊做成 P 型半導體,另一邊做成 N 型半導體,則 P 型半導體和 N 型半導體的交接面處會形成一個有特殊物理性質的薄層,稱為 PN 結.
4.2.1 PN 結的形成
多子擴散
空間電荷區,內建電場和內建電位差的產生
少子漂移
動態平衡
空間電荷區又稱為耗盡區或勢壘區.在摻雜濃度不對稱的 PN 結中,耗盡區在重摻雜一邊延伸較小,而在輕摻雜一邊延伸較大.
4.2.2 PN 結的單向導電特性
一,正向偏置的 PN 結
正向偏置
耗盡區變窄
擴散運動加強,漂移運動減弱
正向電流
二,反向偏置的 PN 結
反向偏置
耗盡區變寬
擴散運動減弱,漂移運動加強
反向電流
PN 結的單向導電特性:PN 結只需要較小的正向電壓,就可以使耗盡區變得很薄,從而產生較大的正向電流,而且正向電流隨正向電壓的微小變化會發生明顯改變.而在反偏時,少子只能提供很小的漂移電流,並且基本上不隨反向電壓而變化.
4.2.3 PN 結的擊穿特性
當 PN 結上的反向電壓足夠大時,其中的反向電流會急劇增大,這種現象稱為 PN 結的擊穿.
雪崩擊穿:反偏的 PN 結中,耗盡區中少子在漂移運動中被電場作功,動能增大.當少子的動能足以使其在與價電子碰撞時發生碰撞電離,把價電子擊出共價鍵,產生一對自由電子和空穴,連鎖碰撞使得耗盡區內的載流子數量劇增,引起反向電流急劇增大.雪崩擊穿出現在輕摻雜的 PN 結中.
齊納擊穿:在重摻雜的 PN 結中,耗盡區較窄,所以反向電壓在其中產生較強的電場.電場強到能直接將價電子拉出共價鍵,發生場致激發,產生大量的自由電子和空穴,使得反向電流急劇增大,這種擊穿稱為齊納擊穿.
PN 結擊穿時,只要限制反向電流不要過大,就可以保護 PN 結不受損壞.
PN 結擊穿
4.2.4 PN 結的電容特性
PN 結能夠存貯電荷,而且電荷的變化與外加電壓的變化有關,這說明 PN 結具有電容效應.
一,勢壘電容
CT0為 u = 0 時的 CT,與 PN 結的結構和摻雜濃度等因素有關;UB為內建電位差;n 為變容指數,取值一般在 1 / 3 ~ 6 之間.當反向電壓 u 絕對值增大時,CT 將減小.
二,擴散電容
PN 結的結電容為勢壘電容和擴散電容之和,即 Cj = CT + CD.CT 和 CD 都隨外加電壓的變化而改變,所以都是非線性電容.當 PN 結正偏時,CD 遠大於 CT ,即 Cj CD ;反偏的 PN 結中,CT 遠大於 CD,則 Cj CT .
4.3 晶體二極體
二極體可以分為硅二極體和鍺二極體,簡稱為硅管和鍺管.
4.3.1 二極體的伏安特性一一 指數特性
IS 為反向飽和電流,q 為電子電量 (1.60 10- 19C) ;UT = kT/q,稱為熱電壓,在室溫 27℃ 即 300 K 時,UT = 26 mV.
一,二極體的導通,截止和擊穿
當 uD > 0 且超過特定值 UD(on) 時,iD 變得明顯,此時認為二極體導通,UD(on) 稱為導通電壓 (死區電壓) ;uD 0.7 V時,D處於導通狀態,等效成短路,所以輸出電壓uo = ui - 0.7;當ui 0時,D1和D2上加的是正向電壓,處於導通狀態,而D3和D4上加的是反向電壓,處於截止狀態.輸出電壓uo的正極與ui的正極通過D1相連,它們的負極通過D2相連,所以uo = ui;當ui 0時,二極體D1截止,D2導通,電路等效為圖 (b) 所示的反相比例放大器,uo = - (R2 / R1)ui;當ui 0時,uo1 = - ui,uo = ui;當ui 2.7 V時,D導通,所以uo = 2.7 V;當ui < 2.7 V時,D截止,其支路等效為開路,uo = ui.於是可以根據ui的波形得到uo的波形,如圖 (c) 所示,該電路把ui超出2.7 V的部分削去後進行輸出,是上限幅電路.
[例4.3.7]二極體限幅電路如圖 (a) 所示,其中二極體D1和D2的導通電壓UD(on) = 0.3 V,交流電阻rD 0.輸入電壓ui的波形在圖 (b) 中給出,作出輸出電壓uo的波形.
解:D1處於導通與截止之間的臨界狀態時,其支路兩端電壓為 - E - UD(on) = - 2.3 V.當ui - 2.3 V時,D1截止,支路等效為開路,uo = ui.所以D1實現了下限幅;D2處於臨界狀態時,其支路兩端電壓為 E + UD(on) = 2.3 V.當ui > 2.3 V時,D2導通,uo = 2.3 V;當ui < 2.3 V時,D2截止,支路等效為開路,uo = ui.所以D2實現了上限幅.綜合uo的波形如圖 (c) 所示,該電路把ui超出 2.3 V的部分削去後進行輸出,完成雙向限幅.
限幅電路的基本用途是控制輸入電壓不超過允許范圍,以保護後級電路的安全工作.設二極體的導通電壓UD(on) = 0.7 V,在圖中,當 - 0.7 V < ui 0.7 V時,D1導通,D2截止,R1,D1和R2構成迴路,對ui分壓,集成運放輸入端的電壓被限制在UD(on) = 0.7 V;當ui < - 0.7 V時,D1截止,D2導通, R1,D2和R2
構成迴路,對ui分壓,集成運放輸入端的電壓被限制在 - UD(on) = - 0.7 V.該電路把ui限幅到 0.7 V到 - 0.7 V之間,保護集成運放.
圖中,當 - 0.7 V < ui 5.7 V時,D1導通,D2截止,A / D的輸入電壓被限制在5.7 V;當ui < - 0.7 V時,D1截止,D2導通,A / D的輸入電壓被限制在 - 0.7 V.該電路對ui的限幅范圍是 - 0.7 V到 5.7 V.
[例4.3.8]穩壓二極體限幅電路如圖 (a) 所示,其中穩壓二極體DZ1和DZ2的穩定電壓UZ = 5 V,導通電壓UD(on) 近似為零.輸入電壓ui的波形在圖 (b) 中給出,作出輸出電壓uo的波形.
解:當 | ui | 1 V時,DZ1和DZ2一個導通,另一個擊穿,此時反饋電流主要流過穩壓二極體支路,uo穩定在 5 V.由此得到圖 (c) 所示的uo波形.
圖示電路為單運放弛張振盪器.其中集成運放用作反相遲滯比較器,輸出電源電壓UCC或 - UEE,R3隔離輸出的電源電壓與穩壓二極體DZ1和DZ2限幅後的電壓.仍然認為DZ1和DZ2的穩定電壓為UZ,而導通電壓UD(on) 近似為零.經過限幅,輸出電壓uo可以是高電壓UOH = UZ或低電壓UOL = - UZ.
三,電平選擇電路
[例4.3.9]圖 (a) 給出了一個二極體電平選擇電路,其中二極體D1和D2為理想二極體,輸入信號ui1和ui2的幅度均小於電源電壓E,波形如圖 (b) 所示.分析電路的工作原理,並作出輸出信號uo的波形.
解:因為ui1和ui2均小於E,所以D1和D2至少有一個處於導通狀態.不妨假設ui1 ui2時,D2導通,D1截止,uo = ui2;只有當ui1 = ui2時,D1和D2才同時導通,uo = ui1 = ui2.uo的波形如圖 (b) 所示.該電路完成低電平選擇功能,當高,低電平分別代表邏輯1和邏輯0時,就實現了邏輯"與"運算.
四,峰值檢波電路
[例4.3.10]分析圖示峰值檢波電路的工作原理.
解:電路中集成運放A2起電壓跟隨器作用.當ui > uo時,uo1 > 0,二極體D導通,uo1對電容C充電,此時集成運放A1也成為跟隨器,uo = uC ui,即uo隨著ui增大;當ui < uo時,uo1 < 0,D截止,C不放電,uo = uC保持不變,此時A1是電壓比較器.波形如圖 (b) 所示.電路中場效應管V用作復位開關,當復位信號uG到來時直接對C放電,重新進行峰值檢波.
4.4 雙極型晶體管
NPN型晶體管
PNP型晶體管
晶體管的物理結構有如下特點:發射區相對基區重摻雜;基區很薄,只有零點幾到數微米;集電結面積大於發射結面積.
一,發射區向基區注入電子
_ 電子注入電流IEN,
空穴注入電流IEP_
二,基區中自由電子邊擴散
邊復合
_ 基區復合電流IBN_
三,集電區收集自由電子
_ 收集電流ICN
反向飽和電流ICBO
4.4.1 晶體管的工作原理
晶體管三個極電流與內部載流子電流的關系:
共發射極直流電流放大倍數:
共基極直流電流放大倍數:
換算關系:
晶體管的放大能力參數
晶體管的極電流關系
描述:
描述:
4.4.2 晶體管的伏安特性
一,輸出特性
放大區(發射結正偏,集電結反偏 )
共發射極交流電流放大倍數:
共基極交流電流放大倍數:
近似關系:
恆流輸出和基調效應
飽和區(發射結正偏,集電結正偏 )
_ 飽和壓降 uCE(sat) _
截止區(發射結反偏,集電結反偏 )
_極電流絕對值很小
二,輸入特性
當uBE大於導通電壓 UBE(on) 時,晶體管導通,即處於放大狀態或飽和狀態.這兩種狀態下uBE近似等於UBE(on) ,所以也可以認為UBE(on) 是導通的晶體管輸入端固定的管壓降;當uBE 0,所以集電結反偏,假設成立,UO = UC = 4 V;當UI = 5 V時,計算得到UCB = - 3.28 V < 0,所以晶體管處於飽和狀態,UO = UCE(sat) .
[例4.4.2]晶體管直流偏置電路如圖所示,已知晶體管的UBE(on) = - 0.7 V, = 50.判斷晶體管的工作狀態,並計算IB,IC和UCE.
解:圖中晶體管是PNP型,UBE(on) = UB - UE = (UCC - IBRB) - IERE = UCC - IBRB - (1+b)IBRE = - 0.7 V,得到IB = - 37.4 A < 0,所以晶體管處於放大或飽和狀態.IC = bIB = - 1.87 mA,UCB = UC - UB = (UCC - ICRC) - (UCC - IBRB) = - 3.74 V | UGS(off) | )
uGS和iD為平方率關系.預夾斷導致uDS對iD的控制能力很弱.
可變電阻區(| uGS | | UGS(off) |且
| uDG | | UGS(off) |)
iD = 0
三,轉移特性
預夾斷
4.5.2 絕緣柵場效應管
絕緣柵場效應管記為MOSFET,根據結構上是否存在原始導電溝道,MOSFET又分為增強型MOSFET和耗盡型MOSFET.
一,工作原理
UGS = 0 ID = 0
UGS > UGS(th) 電場 反型層 導電溝道 ID > 0
UGS控制ID的大小
N溝道增強型MOSFET
N溝道耗盡型MOSFET在UGS = 0時就存在ID = ID0.UGS的增大將增大ID.當UGS - UGS(off) ,所以該場效應管工作在恆流區.圖 (b) 中是P溝道增強型MOSFET,UGS = - 5 (V) - UGS(th) ,所以該場效應管工作在可變電阻區.
解:圖 (a) 中是N溝道JFET,UGS = 0 > UGS(off) ,所以該場效應管工作在恆流區或可變電阻區,且ID
一,方波,鋸齒波發生器
4.5.5 場效應管應用電路舉例
集成運放A1構成弛張振盪器,A2構成反相積分器.振盪器輸出的方波uo1經過二極體D和電阻R5限幅後,得到uo2,控制JFET開關V的狀態.當uo1為低電平時,V打開,電源電壓E通過R6對電容C2充電,輸出電壓uo隨時間線性上升;當uo1為高電平時,V閉合,C2通過V放電,uo瞬間減小到零.
二,取樣保持電路
A1和A2都構成跟隨器,起傳遞電壓,隔離電流的作用.取樣脈沖uS控制JFET開關V的狀態.當取樣脈沖到來時,V閉合.此時,如果uo1 > uC則電容C被充電,uC很快上升;如果uo1 < uC則C放電,uC迅速下降,這使得uC = uo1,而uo1 = ui,uo = uC ,所以uo = ui.當取樣脈沖過去時,V打開,uC不變,則uo保持取樣脈沖最後瞬間的ui值.
三,相敏檢波電路

因此前級放大器稱為符號電路.
場效管截止
場效管導通
集成運放A2構成低通濾波器,取出uo1的直流分量,即時間平均值uo.uG和ui同頻時,uo取決於uG和ui的相位差,所以該電路稱為相敏檢波電路.
NPN晶體管
結型場效應管JEFT
增強型NMOSEFT
指數關系
平方律關系
場效應管和晶體管的主要區別包括:
晶體管處於放大狀態或飽和狀態時,存在一定的基極電流,輸入電阻較小.場效應管中,JFET的輸入端PN結反偏,MOSFET則用SiO2絕緣體隔離了柵極和導電溝道,所以場效應管的柵極電流很小,輸入電阻極大.
晶體管中自由電子和空穴同時參與導電,主要導電依靠基區中非平衡少子的擴散運動,所以導電能力容易受外界因素如溫度的影響.場效應管只依靠自由電子和空穴之一在導電溝道中作漂移運動實現導電,導電能力不易受環境的干擾.
場效應管的源極和漏極結構對稱,可以互換使用.晶體管雖然發射區和集電區是同型的雜質半導體,但由於製作工藝不同,二者不能互換使用.

Ⅸ 二極體中電子、空穴的擴散與漂移有什麼區別

在P區多數載流子是空穴，同時有少數載流子（就是電子）存在。N區情形相反。在外電場作用下，多子將向ＰＮ結移動，結果使空間電荷區變窄，內電場被削弱，有利於多子的擴散而不利於少子的漂移，擴散運動起主要作用。結果，Ｐ區的多子空穴將源源不斷的流向Ｎ區，而Ｎ區的多子自由電子亦不斷流向Ｐ區，這兩股載流子的流動就形成了ＰＮ結的正向電流。 多數載流子移動時擴散，少數載流子移動時漂移。 半導體加上電場，作為載流子的正空穴和自由電子就會受到電場的作用力，於是空穴就會順著電場的方向移動，自由電子則朝電場的反向移動，從而出現電流。此電流被稱為漂移電流。 半導體中載流子的多少常用濃度來衡量，而且載流子會從濃度高的部位向濃度低的部位擴散。正空穴會從濃度高的部位向濃度低的部位擴散，這就像水中滴人一滴墨水，然後墨水會在水中慢慢地擴散。半導體中的這種載流子的擴散移動被稱為擴散電流。

Ⅹ 在半導體中，熱平衡時，擴散電流等於漂移電流；有光照時，為什麼p-n結中產生的空穴電子對還可以移動呢

這個就是你對動態平衡的理解了。
1、熱平衡時，擴散電流與漂移電流確實相等，這專種平衡屬是一種動態平衡。也就是載流子的激發，復合依舊在持續，只是激發和復合的量是相等的。
2、此時，如果外界有光照（注意，光照相當於外界給以半導體的一種能量，這種能量會影響載流子的運動，並在運動中不斷損耗，能量損耗完了，平衡就重新獲得了。同樣的，加熱也是外界給以能量。），就相當於給了原來一個已經平衡的系統一個擾動，對於系統而言，只要時間足夠長，可以重新獲得平衡，但在平衡獲得之前，未必有擴散電流等於漂移電流的條件。