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二极管/三极管基本原理

1、二极管

在一块本征半导体中的两边掺以不同的杂质,使其分别形成P型半导体和N型半导体,两区交界处形成PN结(耗尽层,又称势垒区)。

二极管/三极管基本原理

1、图中多数载流子(多子)使用小圆圈表示,少数载流子(少子)使用大圆圈表示,即左侧P区多子为空穴——带正电,右侧N区多子为电子——带负电。

2、由于PN结多子的扩散运动,P区与N区原本的电中性被被破坏,两区交界处形成耗尽层,耗尽层中的内建电场使少子产生漂移运动,同时阻止多子扩散,最终达到动态平衡,PN结中无电流通过。

3、内建电场产生的势垒电压由制作材料决定,硅材料为[0.6,0.8],锗材料为[0.2,0.3]。

单向导电性

1、加正向电压(P->N):势垒区变窄,多子扩散电流随外加电压增加迅速上升,少子漂移电流对总电流影响可以忽略不计,PN结呈现导通状态(正向运用时存在门限电压,外加电压超过这一数值电流才明显增长)。

2、加反向电压(N->P):势垒区变宽,扩散电流趋于零,此时通过PN结的电流为漂移电流,即反向饱和电流(与温度相关,温度每升高10摄氏度,反向饱和电流增大一倍),PN结呈现截止状态。

电容效应

二极管/三极管基本原理

二极管/三极管基本原理

二极管/三极管基本原理

2、三极管

三极管由两个通过基区耦合的PN结组成,与二极管相比具有完全不同的特性。

二极管/三极管基本原理

1、上图展示了工作在放大状态下的NPN型三极管载流子的传输过程(N区多子为电子,P区多子为空穴),其中I_En为发射结电子注入电流,I_Ep为发射结空穴注入电流,I_Cn为集电结电子注入电流,I_Bn为基区复合电流,I_CBO为反向饱和电流。

2、由于发射结正偏,利于两端多子的扩散运动,形成I_En与I_Ep,且由于发射区重掺杂、基区轻掺杂,故I_En 远大于 I_Ep;注入基区的电子边扩散边复合基区空穴,并从基极吸引空穴来补充,形成I_Bn;由于集电结反偏,扩散到集电结附近的电子由于强电场力的作用越过集电结,形成I_Cn;集电结的反偏形成了反向饱和电流I_CBO,该电流与发射结无关,对三极管放大作用有害。

3、共发射极直流电流放大系数:

二极管/三极管基本原理

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