半导体中的扩散电流是在什么作用下形成的

Ⅰ 电源二极管PN结，扩散运动与漂移运动的区别

1、概述不同：

扩散运动（指的是扩散电流的运动）的概述：化学中的扩散电流是指在极谱分析中由溶液本体扩散到电极表面的金属离子所形成的电流。而溶液中离子的扩散速率有极大值，当扩散速率达到最大时所形成的电流就称为极限扩散电流。

漂移运动（指的是漂移电流的运动）的特点：在凝聚体物理学和电化学中，漂移电流是在施加电场下载流子定向运动产生的电流。当电场加在半导体材料上时，载流子流动产生电流。漂移速度是指漂移电流中载流子运动的平均速度。

2、作用不同：

扩散运动（指的是扩散电流的运动）的作用：针对扩散电容来说，PN结反向偏置时电阻大，扩散电容小，主要为势垒电容。正向偏置时，电容大，取决于扩散电容，电阻小。频率越高，电容效应越显著。在集成电路中，一般利用PN结的势垒电容，即让PN结反偏，只是改变电压的大小，而不改变极性。

漂移运动（指的是漂移电流的运动）的作用：正向电压增加时，N区将有更多的电子扩散到P区，也就是P区中的少子，电子浓度、浓度梯度增加。同理，正向电压增加时，N区中的少子---空穴的浓度、浓度梯度也要增加。相反，正向电压降低时，少子浓度就要减少。从而表现了电容的特性。

式中id为平均极限扩散电流(单位μA)，代表汞滴上从形成至降落过程中的平均电流，n为电极反应中电子的转移数，D为电极上起反应的物质在溶液中的扩散系数(单位是cm/s)，m为汞的流速(单位mg/s)，t为汞滴的周期(单位S)，C为电极上起反应物质的浓度(单位mmol/L)。

这一公式反映了影响扩散电流主要因素，当控制这些影响因素使之恒定时，则扩散电流id与待测物质的浓度成正比，即id=KC，是极谱定量的依据

Ⅱ 用导线把半导体两端连接起来，接触面上会有短暂电流么比如PN结刚建立时会有漂移电流和扩散电流。

假设来导线是金属，在导线连到源PN结两端的一瞬间，相当于金属与半导体的接触问题，一般来讲会形成欧姆接触或肖特基接触，就会在两端分别产生两个势垒，这两个势垒的产生过程中必定伴随着电荷的复合过程，也就是说在势垒形成过程中会有电荷移动，电流产生。但这个电荷移动只会局限在该势垒的空间范围内，与PN结内部耗尽层的形成过程类似，形成PN结的时候电子和空穴复合产生电流，该电流只出现在耗尽层区域内，因此金属-半导体的接触势垒产生过程中形成的电流也只出现在势垒区域。综上所述，只在导线与PN结接触的那一瞬间，在离接触面很近的空间上，形成的那两个势垒内部有瞬间的微弱电流产生，但在导线的其他区域上，不会有电荷的流动，也就没有电流产生。

Ⅲ 半导体导电时，复合电流与扩散电流的区别是否导电时这两种电流同时在导电

半导体导电时复合电流扩散电流的区别是否导电导电时这里是在导电的是在导电的

Ⅳ 物理里的电流，无论是金属里的电流，还是半导体里的漂移电流与扩散电流，都是电子的传递或说推挤换位吗

是的
电流如同在管子里推小珠子一样挤压，从这端挤入、在那边滚出。

Ⅳ PN结是什么

PN结（PN junction）。采用不同的掺杂工艺，通过扩散作用，将P型半导体与N型半导体制作在同一块半导体（通常是硅或锗）基片上，在它们的交界面就形成空间电荷区称PN结。PN结具有单向导电性。P是positive的缩写，N是negative的缩写，表明正荷子与负荷子起作用的特点。一块单晶半导体中 ，一部分掺有受主杂质是P型半导体，另一部分掺有施主杂质是N型半导体时 ，P 型半导体和N型半导体的交界面附近的过渡区称为PN结。PN结有同质结和异质结两种。用同一种半导体材料制成的 PN 结叫同质结 ，由禁带宽度不同的两种半导体材料制成的PN结叫异质结。
制造PN结的方法有合金法、扩散法、离子注入法和外延生长法等。制造异质结通常采用外延生长法。 P型半导体（P指positive，带正电的）：由单晶硅通过特殊工艺掺入少量的三价元素组成，会在半导体内部形成带正电的空穴； N型半导体（N指negative，带负电的）：由单晶硅通过特殊工艺掺入少量的五价元素组成，会在半导体内部形成带负电的自由电子。 在 P 型半导体中有许多带正电荷的空穴和带负电荷的电离杂质。在电场的作用下，空穴是可以移动的，而电离杂质（离子）是固定不动的 。N 型半导体中有许多可动的负电子和固定的正离子。当P型和N型半导体接触时，在界面附近空穴从P型半导体向N型半导体扩散，电子从N型半导体向P型半导体扩散。空穴和电子相遇而复合，载流子消失。因此在界面附近的结区中有一段距离缺少载流子，却有分布在空间的带电的固定离子，称为空间电荷区 。P 型半导体一边的空间电荷是负离子 ，N 型半导体一边的空间电荷是正离子。正负离子在界面附近产生电场，这电场阻止载流子进一步扩散 ，达到平衡。 在PN结上外加一电压 ，如果P型一边接正极 ，N型一边接负极，电流便从P型一边流向N型一边，空穴和电子都向界面运动，使空间电荷区变窄，电流可以顺利通过。如果N型一边接外加电压的正极，P型一边接负极，则空穴和电子都向远离界面的方向运动，使空间电荷区变宽，电流不能流过。这就是PN结的单向导电性。 PN结加反向电压时 ，空间电荷区变宽 ， 区中电场增强。反向电压增大到一定程度时，反向电流将突然增大。如果外电路不能限制电流，则电流会大到将PN结烧毁。反向电流突然增大时的电压称击穿电压。基本的击穿机构有两种，即隧道击穿（也叫齐纳击穿）和雪崩击穿，前者击穿电压小于6V，有负的温度系数，后者击穿电压大于6V，有正的温度系数。 PN结加反向电压时，空间电荷区中的正负电荷构成一个电容性的器件。它的电容量随外加电压改变。 根据PN结的材料、掺杂分布、几何结构和偏置条件的不同，利用其基本特性可以制造多种功能的晶体二极管。如利用PN结单向导电性可以制作整流二极管、检波二极管和开关二极管，利用击穿特性制作稳压二极管和雪崩二极管；利用高掺杂PN结隧道效应制作隧道二极管；利用结电容随外电压变化效应制作变容二极管。使半导体的光电效应与PN结相结合还可以制作多种光电器件。如利用前向偏置异质结的载流子注入与复合可以制造半导体激光二极管与半导体发光二极管；利用光辐射对PN结反向电流的调制作用可以制成光电探测器；利用光生伏特效应可制成太阳电池。此外，利用两个 PN结之间的相互作用可以产生放大，振荡等多种电子功能 。PN结是构成双极型晶体管和场效应晶体管的核心，是现代电子技术的基础。在二级管中广泛应用。 PN结的平衡态,是指PN结内的温度均匀、稳定,没有外加电场、外加磁场、光照和辐射等外界因素的作用,宏观上达到稳定的平衡状态.
PN结的形成
在一块本征半导体的两侧通过扩散不同的杂质,分别形成N型半导体和P型半导体。此时将在N型半导体和P型半导体的结合面上形成如下物理过程: 因浓度差 ↓ 多子的扩散运动®由杂质离子形成空间电荷区 ↓ 空间电荷区形成形成内电场 ↓ ↓ 内电场促使少子漂移 内电场阻止多子扩散 最后，多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。在P型半导体和N型半导体的结合面两侧，留下离子薄层，这个离子薄层形成的空间电荷区称为PN结。PN结的内电场方向由N区指向P区。在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称耗尽层。PN结形成的过程可参阅图01.06。 图01.06 PN结的形成过程（动画1-3）如打不开点这儿（压缩后的）
PN结的单向导电性
PN结具有单向导电性，若外加电压使电流从P区流到N区，PN结呈低阻性，所以电流大；反之是高阻性，电流小。 如果外加电压使： PN结P区的电位高于N区的电位称为加正向电压，简称正偏； PN结P区的电位低于N区的电位称为加反向电压，简称反偏。 (1) PN结加正向电压时的导电情况 外加的正向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内电场方向相反，削弱了内电场。于是，内电场对多子扩散运动的阻碍减弱，扩散电流加大。扩散电流远大于漂移电流，可忽略漂移电流的影响，PN结呈现低阻性。 (2) PN结加反向电压时的导电情况 外加的反向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内电场方向相同，加强了内电场。内电场对多子扩散运动的阻碍增强，扩散电流大大减小。此时PN结区的少子在内电场作用下形成的漂移电流大于扩散电流，可忽略扩散电流，PN结呈现高阻性。 在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，这个电流也称为反向饱和电流。 PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。
PN结的电容效应
PN结具有一定的电容效应，它由两方面的因素决定。一是势垒电容CB ，二是扩散电容CD 。 (1) 势垒电容CB 势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的。当外加电压使PN结上压降发生变化时，离子薄层的厚度也相应地随之改变，这相当PN结中存储的电荷量也随之变化，犹如电容的充放电。势垒电容的示意图见图01.09。 图01.09 势垒电容示意图 (2) 扩散电容CD 扩散电容是由多子扩散后，在PN结的另一侧面积累而形成的。因PN结正偏时，由N区扩散到P区的电子，与外电源提供的空穴相复合，形成正向电流。刚扩散过来的电子就堆积在 P 区内紧靠PN结的附近，形成一定的多子浓度梯度分布曲线。反之，由P区扩散到N区的空穴，在N区内也形成类似的浓度梯度分布曲线。扩散电容的示意图如图01.10所示。 当外加正向电压不同时，扩散电流即外电路电流的大小也就不同。所以PN结两侧堆积的多子的浓度梯度分布也不同，这就相当电容的充放电过程。势垒电容和扩散电容均是非线性电容。
编辑本段击穿特性
当反向电压增大到一定值时，PN结的反向电流将随反向电压的增加而急剧增 加，这种现象称为PN结的击穿，反向电流急剧增加时所对应的电压称为反向击穿电压，如上图所示， PN结的反向击穿有雪崩击穿和齐纳击穿两种。
1、雪崩击穿
阻挡层中的载流子漂移速度随内部电场的增强而相应加快到一定程度时，其动能足以把束缚在共价键中的价电子碰撞出来，产生自由电子—空穴对，新产生的载流子在强电场作用下，再去碰撞其它中性原子，又产生新的自由电子—空穴对，如此连锁反应，使阻挡层中的载流子数量急 剧增加，象雪崩一样。雪崩击穿发生在掺杂浓度较低的PN结中，阻挡层宽，碰撞电离的机会较多，雪崩击穿的击穿电压高。
2、齐纳击穿
当PN结两边掺杂浓度很高时，阻挡层很薄，不易产生碰撞电离，但当加不大的反向电压时，阻挡层中的电场很强，足以把中性原子中的价电子直接从共价键中拉出来，产生新的自由电子—空穴对，这个过程 称为场致激发。 一般击穿电压在6V以下是齐纳击穿，在6V以上是雪崩击穿。
3、击穿电压的温度特性
温度升高后，晶格振动加剧，致使载流子运动的平 均自由路程缩短，碰撞前动能减小，必须加大反向电压才能发生雪崩击穿具有正的温度系数，但温度升高，共价键中的价电子能量状态高，从而齐纳击穿电压随温度升高而降低，具有负的温度系数。6V左右两种击穿将会同时发生，击穿电压的温度系数趋于零。
4、稳压二极管
PN结一旦击穿后，尽管反向电流急剧变化，但其端电压几 乎不变（近似为V(BR)，只要限制它的反向电流，PN结 就不会烧坏，利用这一特性可制成稳压二极管，其电路符号及伏 安特性如上图所示：其主要参数有： VZ 、 Izmin 、 Iz 、 Izmax

编辑本段电容特性
PN结除具有非线性电阻特性外，还具有非线性电容特性，主要有势垒电容和扩散电容。
1、势垒电容
势垒区类似平板电容器，其交界两侧存储着数值相等极性相反的离子电荷，电荷量随外加电压而变化，称为势垒电容，用CT表示。 CT = - dQ/dV PN结有突变结和缓变结，现考虑突变结情况（缓变结参见《晶体管原 理》），PN结相当于平板电容器，虽然外加电场会使势垒区变宽或变窄 但这个变化比较小可以忽略， 则CT=εS/L，已知动态平衡下阻挡层的宽度L0，代入上式可得：
CT不是恒值，而是随V而变化，利用该特性可制作变容二极管。
2、 扩散电容
多子在扩散过程中越过PN结成为另一方的少子， 当PN结处于 平衡状态（无外加电压）时的少子称为平衡少子 可以认为阻挡层以外的区域内平衡少子浓度各处是一样的，当PN结处于正向偏置时，N区的多子自由电子扩散到P区成为 P区的非平衡少子，由于浓度差异还会向P 区深处扩散，距交界面越远，非平衡少子浓度越低，其分布曲线见[PN 结的伏 安特性]。当外加正向电压增大时，浓度分布曲线上移，两边 非平 衡少子浓度增加即电荷量增加，为了维持电中性，中性区内的非平衡多子浓度也相应增加，这就是说，当外加电压增加时，P区和N区各自存储的空穴和自由电子电荷量也增加，这种效应相当于在PN结上并联一个电容，由于它是载流子扩散引起的，故称之为扩散电容CD，由半导体物理推导得 CD=（ I + Is）τp/VT 推导过程参见《晶体管原理》。 当外加反向电压时 I = Is ， CD趋于零。
3、 PN结电容
PN结的总电容Cj为CT和CD两者之和Cj = CT+CD ，外加正向电 压CD很大， Cj以扩散电容为主（几十pF到几千pF） ，外加反向电压CD趋于零，Cj以势垒电容为主（几pF到几十pF到）。
4、变容二极管
PN结反偏时，反向电流很小，近似开路，因此是一个主要由势垒电容构成的较理想的电容器件，且其增量电容值随外加电压而变化 利用该特性可制作变容二极管，变容二极管在非线性电路中应用较广泛， 如压控振荡器、频率调制等。

Ⅵ pn结形成的时候，漂移电流和扩散电流只在半导体内部存在，它们怎么在外部产生的呢

外部有回路再加上外部供电电压，于是就有电流！

Ⅶ 半导体漂移电流和扩散电流的载流子（都是电子吧）在结区（空间电荷区）是如何传递的 结区是绝缘的啊

载流子是承载电流的粒子，可以是电子也可以是Electron hole
。
1、漂移电流的理解版：

在一个PN结二极管中，电子权和Electron hole
分别是P区和N区的少数载流子。由于载流子的扩散形成的从P到N区的扩散电流，恰好能与等量相反的漂移电流平衡。在一个偏置的PN结中，漂移电流与偏置无关，这是因为少数载流子的数量与偏置电压无关。但由于少数载流子可以通过升温产生，漂移电流是和温度有关的。

2、扩散电流平衡的理解：

pn结中多子从浓度大向浓度小的区域扩散,称扩散运动，扩散运动产生扩散电流。与之相对的有漂移运动，少子向对方漂移,称漂移运动 漂移运动产生漂移电流。

从N区漂移到P区的Electron hole
补充了原来交界面上P区所失去的Electron hole
，从P区漂移到N区的电子补充了原来交界面上N区所失去的电子，这就使空间电荷减少，内电场减弱。因此，漂移运动的结果是使空间电荷区变窄，扩散运动加强。最后，多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。

Ⅷ 半导体cd大小与电流的关系

.1 半导体物理基础
本章从半导体器件的工作机理出发,简单介绍半导体物理基础知识,包括本征半导体,杂质半导体,PN结;分别讨论晶体二极管的特性和典型应用电路,双极型晶体管和场效应管的结构,工作机理,特性和应用电路,重点是掌握器件的特性.
媒质
导体:对电信号有良好的导通性,如绝大多数金属,电解液,以及电离气体.
绝缘体:对电信号起阻断作用,如玻璃和橡胶,其电阻率介于108 ~ 1020 ·m.
半导体:导电能力介于导体和绝缘体之间,如硅 (Si) ,锗 (Ge) 和砷化镓 (GaAs) .
半导体的导电能力随温度,光照和掺杂等因素发生显著变化,这些特点使它们成为制作半导体元器件的重要材料.
4.1.1 本征半导体
纯净的硅和锗单晶体称为本征半导体.
硅和锗的原子最外层轨道上都有四个电子,称为价电子,每个价电子带一个单位的负电荷.因为整个原子呈电中性,而其物理化学性质很大程度上取决于最外层的价电子,所以研究中硅和锗原子可以用简化模型代表 .
每个原子最外层轨道上的四个价电子为相邻原子核所共有,形成共价键.共价键中的价电子是不能导电的束缚电子.
价电子可以获得足够大的能量,挣脱共价键的束缚,游离出去,成为自由电子,并在共价键处留下带有一个单位的正电荷的空穴.这个过程称为本征激发.
本征激发产生成对的自由电子和空穴,所以本征半导体中自由电子和空穴的数量相等.
价电子的反向递补运动等价为空穴在半导体中自由移动.因此,在本征激发的作用下,本征半导体中出现了带负电的自由电子和带正电的空穴,二者都可以参与导电,统称为载流子.
自由电子和空穴在自由移动过程中相遇时,自由电子填入空穴,释放出能量,从而消失一对载流子,这个过程称为复合,
平衡状态时,载流子的浓度不再变化.分别用ni和pi表示自由电子和空穴的浓度 (cm-3) ,理论上
其中 T 为绝对温度 (K) ;EG0 为T = 0 K时的禁带宽度,硅原子为1.21 eV,锗为0.78 eV;k = 8.63 10- 5 eV / K为玻尔兹曼常数;A0为常数,硅材料为3.87 1016 cm- 3 K- 3 / 2,锗为1.76 1016 cm- 3 K- 3 / 2.
4.1.2 N 型半导体和 P 型半导体
本征激发产生的自由电子和空穴的数量相对很少,这说明本征半导体的导电能力很弱.我们可以人工少量掺杂某些元素的原子,从而显著提高半导体的导电能力,这样获得的半导体称为杂质半导体.根据掺杂元素的不同,杂质半导体分为 N 型半导体和 P 型半导体.
一,N 型半导体
在本征半导体中掺入五价原子,即构成 N 型半导体.N 型半导体中每掺杂一个杂质元素的原子,就提供一个自由电子,从而大量增加了自由电子的浓度一一施主电离
多数载流子一一自由电子
少数载流子一一空穴
但半导体仍保持电中性

热平衡时,杂质半导体中多子浓度和少子浓度的乘积恒等于本征半导体中载流子浓度 ni 的平方,所以空穴的浓度 pn为

因为 ni 容易受到温度的影响发生显著变化,所以 pn 也随环境的改变明显变化.
自由电子浓度
杂质浓度
二,P 型半导体
在本征半导体中掺入三价原子,即构成 P 型半导体.P 型半导体中每掺杂一个杂质元素的原子,就提供一个空穴,从而大量增加了空穴的浓度一一受主电离
多数载流子一一空穴
少数载流子一一自由电子
但半导体仍保持电中性

而自由电子的浓度 np 为
环境温度也明显影响 np 的取值.
空穴浓度
掺杂浓庹
4.1.3 漂移电流和扩散电流
半导体中载流子进行定向运动,就会形成半导体中的电流.
半导体电流

半导体电流
漂移电流:在电场的作用下,自由电子会逆着电场方向漂移,而空穴则顺着电场方向漂移,这样产生的电流称为漂移电流,该电流的大小主要取决于载流子的浓度,迁移率和电场强度.
扩散电流:半导体中载流子浓度不均匀分布时,载流子会从高浓度区向低浓度区扩散,从而形成扩散电流,该电流的大小正比于载流子的浓度差即浓度梯度的大小.
4.2 PN 结
通过掺杂工艺,把本征半导体的一边做成 P 型半导体,另一边做成 N 型半导体,则 P 型半导体和 N 型半导体的交接面处会形成一个有特殊物理性质的薄层,称为 PN 结.
4.2.1 PN 结的形成
多子扩散
空间电荷区,内建电场和内建电位差的产生
少子漂移
动态平衡
空间电荷区又称为耗尽区或势垒区.在掺杂浓度不对称的 PN 结中,耗尽区在重掺杂一边延伸较小,而在轻掺杂一边延伸较大.
4.2.2 PN 结的单向导电特性
一,正向偏置的 PN 结
正向偏置
耗尽区变窄
扩散运动加强,漂移运动减弱
正向电流
二,反向偏置的 PN 结
反向偏置
耗尽区变宽
扩散运动减弱,漂移运动加强
反向电流
PN 结的单向导电特性:PN 结只需要较小的正向电压,就可以使耗尽区变得很薄,从而产生较大的正向电流,而且正向电流随正向电压的微小变化会发生明显改变.而在反偏时,少子只能提供很小的漂移电流,并且基本上不随反向电压而变化.
4.2.3 PN 结的击穿特性
当 PN 结上的反向电压足够大时,其中的反向电流会急剧增大,这种现象称为 PN 结的击穿.
雪崩击穿:反偏的 PN 结中,耗尽区中少子在漂移运动中被电场作功,动能增大.当少子的动能足以使其在与价电子碰撞时发生碰撞电离,把价电子击出共价键,产生一对自由电子和空穴,连锁碰撞使得耗尽区内的载流子数量剧增,引起反向电流急剧增大.雪崩击穿出现在轻掺杂的 PN 结中.
齐纳击穿:在重掺杂的 PN 结中,耗尽区较窄,所以反向电压在其中产生较强的电场.电场强到能直接将价电子拉出共价键,发生场致激发,产生大量的自由电子和空穴,使得反向电流急剧增大,这种击穿称为齐纳击穿.
PN 结击穿时,只要限制反向电流不要过大,就可以保护 PN 结不受损坏.
PN 结击穿
4.2.4 PN 结的电容特性
PN 结能够存贮电荷,而且电荷的变化与外加电压的变化有关,这说明 PN 结具有电容效应.
一,势垒电容
CT0为 u = 0 时的 CT,与 PN 结的结构和掺杂浓度等因素有关;UB为内建电位差;n 为变容指数,取值一般在 1 / 3 ~ 6 之间.当反向电压 u 绝对值增大时,CT 将减小.
二,扩散电容
PN 结的结电容为势垒电容和扩散电容之和,即 Cj = CT + CD.CT 和 CD 都随外加电压的变化而改变,所以都是非线性电容.当 PN 结正偏时,CD 远大于 CT ,即 Cj CD ;反偏的 PN 结中,CT 远大于 CD,则 Cj CT .
4.3 晶体二极管
二极管可以分为硅二极管和锗二极管,简称为硅管和锗管.
4.3.1 二极管的伏安特性一一 指数特性
IS 为反向饱和电流,q 为电子电量 (1.60 10- 19C) ;UT = kT/q,称为热电压,在室温 27℃ 即 300 K 时,UT = 26 mV.
一,二极管的导通,截止和击穿
当 uD > 0 且超过特定值 UD(on) 时,iD 变得明显,此时认为二极管导通,UD(on) 称为导通电压 (死区电压) ;uD 0.7 V时,D处于导通状态,等效成短路,所以输出电压uo = ui - 0.7;当ui 0时,D1和D2上加的是正向电压,处于导通状态,而D3和D4上加的是反向电压,处于截止状态.输出电压uo的正极与ui的正极通过D1相连,它们的负极通过D2相连,所以uo = ui;当ui 0时,二极管D1截止,D2导通,电路等效为图 (b) 所示的反相比例放大器,uo = - (R2 / R1)ui;当ui 0时,uo1 = - ui,uo = ui;当ui 2.7 V时,D导通,所以uo = 2.7 V;当ui < 2.7 V时,D截止,其支路等效为开路,uo = ui.于是可以根据ui的波形得到uo的波形,如图 (c) 所示,该电路把ui超出2.7 V的部分削去后进行输出,是上限幅电路.
[例4.3.7]二极管限幅电路如图 (a) 所示,其中二极管D1和D2的导通电压UD(on) = 0.3 V,交流电阻rD 0.输入电压ui的波形在图 (b) 中给出,作出输出电压uo的波形.
解:D1处于导通与截止之间的临界状态时,其支路两端电压为 - E - UD(on) = - 2.3 V.当ui - 2.3 V时,D1截止,支路等效为开路,uo = ui.所以D1实现了下限幅;D2处于临界状态时,其支路两端电压为 E + UD(on) = 2.3 V.当ui > 2.3 V时,D2导通,uo = 2.3 V;当ui < 2.3 V时,D2截止,支路等效为开路,uo = ui.所以D2实现了上限幅.综合uo的波形如图 (c) 所示,该电路把ui超出 2.3 V的部分削去后进行输出,完成双向限幅.
限幅电路的基本用途是控制输入电压不超过允许范围,以保护后级电路的安全工作.设二极管的导通电压UD(on) = 0.7 V,在图中,当 - 0.7 V < ui 0.7 V时,D1导通,D2截止,R1,D1和R2构成回路,对ui分压,集成运放输入端的电压被限制在UD(on) = 0.7 V;当ui < - 0.7 V时,D1截止,D2导通, R1,D2和R2
构成回路,对ui分压,集成运放输入端的电压被限制在 - UD(on) = - 0.7 V.该电路把ui限幅到 0.7 V到 - 0.7 V之间,保护集成运放.
图中,当 - 0.7 V < ui 5.7 V时,D1导通,D2截止,A / D的输入电压被限制在5.7 V;当ui < - 0.7 V时,D1截止,D2导通,A / D的输入电压被限制在 - 0.7 V.该电路对ui的限幅范围是 - 0.7 V到 5.7 V.
[例4.3.8]稳压二极管限幅电路如图 (a) 所示,其中稳压二极管DZ1和DZ2的稳定电压UZ = 5 V,导通电压UD(on) 近似为零.输入电压ui的波形在图 (b) 中给出,作出输出电压uo的波形.
解:当 | ui | 1 V时,DZ1和DZ2一个导通,另一个击穿,此时反馈电流主要流过稳压二极管支路,uo稳定在 5 V.由此得到图 (c) 所示的uo波形.
图示电路为单运放弛张振荡器.其中集成运放用作反相迟滞比较器,输出电源电压UCC或 - UEE,R3隔离输出的电源电压与稳压二极管DZ1和DZ2限幅后的电压.仍然认为DZ1和DZ2的稳定电压为UZ,而导通电压UD(on) 近似为零.经过限幅,输出电压uo可以是高电压UOH = UZ或低电压UOL = - UZ.
三,电平选择电路
[例4.3.9]图 (a) 给出了一个二极管电平选择电路,其中二极管D1和D2为理想二极管,输入信号ui1和ui2的幅度均小于电源电压E,波形如图 (b) 所示.分析电路的工作原理,并作出输出信号uo的波形.
解:因为ui1和ui2均小于E,所以D1和D2至少有一个处于导通状态.不妨假设ui1 ui2时,D2导通,D1截止,uo = ui2;只有当ui1 = ui2时,D1和D2才同时导通,uo = ui1 = ui2.uo的波形如图 (b) 所示.该电路完成低电平选择功能,当高,低电平分别代表逻辑1和逻辑0时,就实现了逻辑"与"运算.
四,峰值检波电路
[例4.3.10]分析图示峰值检波电路的工作原理.
解:电路中集成运放A2起电压跟随器作用.当ui > uo时,uo1 > 0,二极管D导通,uo1对电容C充电,此时集成运放A1也成为跟随器,uo = uC ui,即uo随着ui增大;当ui < uo时,uo1 < 0,D截止,C不放电,uo = uC保持不变,此时A1是电压比较器.波形如图 (b) 所示.电路中场效应管V用作复位开关,当复位信号uG到来时直接对C放电,重新进行峰值检波.
4.4 双极型晶体管
NPN型晶体管
PNP型晶体管
晶体管的物理结构有如下特点:发射区相对基区重掺杂;基区很薄,只有零点几到数微米;集电结面积大于发射结面积.
一,发射区向基区注入电子
_ 电子注入电流IEN,
空穴注入电流IEP_
二,基区中自由电子边扩散
边复合
_ 基区复合电流IBN_
三,集电区收集自由电子
_ 收集电流ICN
反向饱和电流ICBO
4.4.1 晶体管的工作原理
晶体管三个极电流与内部载流子电流的关系:
共发射极直流电流放大倍数:
共基极直流电流放大倍数:
换算关系:
晶体管的放大能力参数
晶体管的极电流关系
描述:
描述:
4.4.2 晶体管的伏安特性
一,输出特性
放大区(发射结正偏,集电结反偏 )
共发射极交流电流放大倍数:
共基极交流电流放大倍数:
近似关系:
恒流输出和基调效应
饱和区(发射结正偏,集电结正偏 )
_ 饱和压降 uCE(sat) _
截止区(发射结反偏,集电结反偏 )
_极电流绝对值很小
二,输入特性
当uBE大于导通电压 UBE(on) 时,晶体管导通,即处于放大状态或饱和状态.这两种状态下uBE近似等于UBE(on) ,所以也可以认为UBE(on) 是导通的晶体管输入端固定的管压降;当uBE 0,所以集电结反偏,假设成立,UO = UC = 4 V;当UI = 5 V时,计算得到UCB = - 3.28 V < 0,所以晶体管处于饱和状态,UO = UCE(sat) .
[例4.4.2]晶体管直流偏置电路如图所示,已知晶体管的UBE(on) = - 0.7 V, = 50.判断晶体管的工作状态,并计算IB,IC和UCE.
解:图中晶体管是PNP型,UBE(on) = UB - UE = (UCC - IBRB) - IERE = UCC - IBRB - (1+b)IBRE = - 0.7 V,得到IB = - 37.4 A < 0,所以晶体管处于放大或饱和状态.IC = bIB = - 1.87 mA,UCB = UC - UB = (UCC - ICRC) - (UCC - IBRB) = - 3.74 V | UGS(off) | )
uGS和iD为平方率关系.预夹断导致uDS对iD的控制能力很弱.
可变电阻区(| uGS | | UGS(off) |且
| uDG | | UGS(off) |)
iD = 0
三,转移特性
预夹断
4.5.2 绝缘栅场效应管
绝缘栅场效应管记为MOSFET,根据结构上是否存在原始导电沟道,MOSFET又分为增强型MOSFET和耗尽型MOSFET.
一,工作原理
UGS = 0 ID = 0
UGS > UGS(th) 电场 反型层 导电沟道 ID > 0
UGS控制ID的大小
N沟道增强型MOSFET
N沟道耗尽型MOSFET在UGS = 0时就存在ID = ID0.UGS的增大将增大ID.当UGS - UGS(off) ,所以该场效应管工作在恒流区.图 (b) 中是P沟道增强型MOSFET,UGS = - 5 (V) - UGS(th) ,所以该场效应管工作在可变电阻区.
解:图 (a) 中是N沟道JFET,UGS = 0 > UGS(off) ,所以该场效应管工作在恒流区或可变电阻区,且ID
一,方波,锯齿波发生器
4.5.5 场效应管应用电路举例
集成运放A1构成弛张振荡器,A2构成反相积分器.振荡器输出的方波uo1经过二极管D和电阻R5限幅后,得到uo2,控制JFET开关V的状态.当uo1为低电平时,V打开,电源电压E通过R6对电容C2充电,输出电压uo随时间线性上升;当uo1为高电平时,V闭合,C2通过V放电,uo瞬间减小到零.
二,取样保持电路
A1和A2都构成跟随器,起传递电压,隔离电流的作用.取样脉冲uS控制JFET开关V的状态.当取样脉冲到来时,V闭合.此时,如果uo1 > uC则电容C被充电,uC很快上升;如果uo1 < uC则C放电,uC迅速下降,这使得uC = uo1,而uo1 = ui,uo = uC ,所以uo = ui.当取样脉冲过去时,V打开,uC不变,则uo保持取样脉冲最后瞬间的ui值.
三,相敏检波电路

因此前级放大器称为符号电路.
场效管截止
场效管导通
集成运放A2构成低通滤波器,取出uo1的直流分量,即时间平均值uo.uG和ui同频时,uo取决于uG和ui的相位差,所以该电路称为相敏检波电路.
NPN晶体管
结型场效应管JEFT
增强型NMOSEFT
指数关系
平方律关系
场效应管和晶体管的主要区别包括:
晶体管处于放大状态或饱和状态时,存在一定的基极电流,输入电阻较小.场效应管中,JFET的输入端PN结反偏,MOSFET则用SiO2绝缘体隔离了栅极和导电沟道,所以场效应管的栅极电流很小,输入电阻极大.
晶体管中自由电子和空穴同时参与导电,主要导电依靠基区中非平衡少子的扩散运动,所以导电能力容易受外界因素如温度的影响.场效应管只依靠自由电子和空穴之一在导电沟道中作漂移运动实现导电,导电能力不易受环境的干扰.
场效应管的源极和漏极结构对称,可以互换使用.晶体管虽然发射区和集电区是同型的杂质半导体,但由于制作工艺不同,二者不能互换使用.

Ⅸ 二极管中电子、空穴的扩散与漂移有什么区别

在P区多数载流子是空穴，同时有少数载流子（就是电子）存在。N区情形相反。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。 多数载流子移动时扩散，少数载流子移动时漂移。 半导体加上电场，作为载流子的正空穴和自由电子就会受到电场的作用力，于是空穴就会顺着电场的方向移动，自由电子则朝电场的反向移动，从而出现电流。此电流被称为漂移电流。 半导体中载流子的多少常用浓度来衡量，而且载流子会从浓度高的部位向浓度低的部位扩散。正空穴会从浓度高的部位向浓度低的部位扩散，这就像水中滴人一滴墨水，然后墨水会在水中慢慢地扩散。半导体中的这种载流子的扩散移动被称为扩散电流。

Ⅹ 在半导体中，热平衡时，扩散电流等于漂移电流；有光照时，为什么p-n结中产生的空穴电子对还可以移动呢

这个就是你对动态平衡的理解了。
1、热平衡时，扩散电流与漂移电流确实相等，这专种平衡属是一种动态平衡。也就是载流子的激发，复合依旧在持续，只是激发和复合的量是相等的。
2、此时，如果外界有光照（注意，光照相当于外界给以半导体的一种能量，这种能量会影响载流子的运动，并在运动中不断损耗，能量损耗完了，平衡就重新获得了。同样的，加热也是外界给以能量。），就相当于给了原来一个已经平衡的系统一个扰动，对于系统而言，只要时间足够长，可以重新获得平衡，但在平衡获得之前，未必有扩散电流等于漂移电流的条件。