一、半導體類型

半導體：導電能力介于導體和絕緣體之間。導電能力是由原子結構決定，硅和鍺原子最外層軌道4個價電子。在硅或鍺晶體中，原子在空間排列成規則的晶格，兩個相鄰原子共有一對價電子，組成共價鍵。

本征半導體：純凈不含雜質的半導體稱為本征半導體，由于晶體共價鍵結合力很強，-273度時，晶體中不存在能導電的載流子，如果溫度升高，如室溫下，將有少數價電子克服共價鍵束縛成為自由電子，自由電子數量少，因此本征半導體導電力弱。

空穴：價電子成為自由電子時，原來共價鍵中留下一個空位，這個空位稱為空穴。可以將空穴視為帶正電的載流子。

載流子：半導體中存在兩種載流子，自由電子和空穴。

雜質半導體：本征半導體摻入某種特定雜志。

N型半導體：4價硅和鍺晶體摻入少量5價雜質元素如磷，這樣會多出來一個電子，只受原子核吸引，容易成為自由電子。N型半導體中電子濃度大于空穴濃度，由于電子帶負電，故用Negative表示。N型半導體多數載流子是電子，少數載流子是空穴。

P型半導體：4價硅和鍺晶體摻入少量3價雜質元素如硼，雜質原子和周圍硅原子組成共價鍵，將容易從其他位置的共價鍵中奪取一個電子，那其他地方就產生一個空穴。P型半導體中空穴濃度大于電子濃度。由于空穴帶正電，故用Positive表示。P型半導體多數載流子是空穴，少數載流子是電子。

可見雜質半導體導電能力提高。

二、PN結的結構與單向導電性

半導體一側摻雜成P型半導體，另一側摻雜成N型半導體。

PN結：如下圖所示，N區電子向P區擴散，P區空穴向N區擴散。電子空穴相遇，將消失。于是交界處產生由不能移動的正負離子組成的空間電荷區，稱為PN結、耗盡層。

內電場：擴散后，P區帶負電，N區帶正電。二者之間產生生電位差，形成的電場稱為內電場，方向從N指向P。內電場將阻止多數載流子繼續擴散，有利于少數載流子運動，即有利于p區電子向N移，不利于P區空穴向N移。

漂移運動：載流子在電場作用下的定向移動。

PN結中兩種載流子運動：多數載流子擴散運動產生擴散電流；少數載流子漂移運動產生漂移電流。

動態平衡狀態：達到動態平衡時，擴散電路與漂移電流相等，PN結中總電流為0。

空間電荷區寬度：擴散，寬度增大，飄移，寬度減小，動態平衡，寬度穩定。很薄，幾微米-十幾微米。

電位壁壘Ud：硅，0.6-0.8V；鍺，0.2-0.3V 。

正向偏置：PN結外加電壓V，正極接P區，負極接N區。

如下圖所示，外電場使P區空穴右移，與空間電荷區負離子中和；N區電子左移，與空間電荷區正離子中和，使空間電荷區變窄，有利于多數載流子的擴散運動，不利于少數載流子飄移運動。回路形成正向電流I，方向從P到N。

正向偏置，PN結接上小電壓可得到大的正向電流，防止回路電流過大，加一個電阻R。

反向偏置：PN結外加電壓V，正極接N區，負極接P區。

如下圖，P區空穴和N區電子逐漸遠離耗盡層，電位壁壘增加，不利于多數載流子擴散，有利于少數載流子漂移。回路中形成少數載流子運動產生的反向電流I。

反向飽和電流：反向電壓超過一定值，反向電流不再增加，所以稱為反向飽和電流。它對溫度敏感。

單向導電性：因此，PN結正向偏置，回路中產生較大正向電流，PN結導通；PN結反向偏置，回路產生較小反向電流，PN結截止。可見，PN結具有單向導電性。

三、二極管的伏安特性

二極管：PN結外面裝上管殼，再引出兩個電極，陽極從P引出，陰極從N引出。就成為二極管。

二極管的伏安特性：用來描述二極管的性能。流過二極管的電流I與加在管子兩端的電壓U之間的關系曲線I=f(U) 就是二極管的伏安特性。

正向特性：圖的右半部分展示正向特性。

死區電壓：正向電壓較小時，正向電流幾乎為零，正向電壓超過死區電壓時，正向電流才開始快速增長。死區電壓大小與二極管材料和溫度等有關。硅，0.5V；鍺，0.1V 。

反向特性：圖的左半部分展示反向特性。

反向飽和電流：圖中的Is表示反向飽和電流，一定范圍內，反向電流不隨著反向電壓增大而增大。

反向擊穿電壓：反向電壓繼續升高，超過Ubr，反向電流急劇增大，這種現象為擊穿。Ubr稱為反向擊穿電壓。

二極管方程：也就是PN結伏安特性表達式，Is是反向飽和電流，Ut是溫度的電壓當量。

U小于0，那么u絕對值很大時候，e的u次方就是趨于0，那么I就等于-Is。

四、二極管的參數

最大整流電流If：二極管長期運行，允許通過管子的最大正向平均電流。由溫升限定。

最高反向工作電壓Ur：工作時，加在二極管的反向電壓不能超過它，否則，二極管可能被擊穿。

反向電流Ir：室溫下，二極管兩端加上規定的反向電壓時，流過管子的反向電流，Ir越小越好，因為單向導電性越好。由少數載流子形成，受溫度影響大。

最高工作頻率fm：取決于PN結結電容大小，結電容越大，允許的fm越低。

電容效應：如果二極管兩端電壓變化，PN結中存儲的電荷量也變化，像一個電容器。

五、穩壓管

穩壓管：也是一種二極管，工作在反向擊穿區。實現穩壓的原理就是，二極管工作在反向擊穿區，反向電流變化大，但是管子兩端電壓變化小，穩壓管伏安特性與符號如下圖所示。

穩壓管的主要參數如下。

穩定電壓Uz：穩壓管工作在反向擊穿區時的工作電壓，型號2DW7C穩壓管，穩定電壓在6.1-6.5V之間。

穩定電流Iz：穩壓管正常工作時的參考電流，電流低于Iz，穩壓性能變差，高于Iz，不超過額定功耗，穩壓管正常工作。

動態內阻rz：穩壓管兩端電壓和電流變化量之比，rz越小，穩壓性能越好。

額定功耗：管子兩端有電壓，管子里面流過電流，需要消耗功率，部分功率轉化為熱能，使管子發熱。

電壓的溫度系數：電流不變，溫度變化1度，引起的穩定電壓變化的百分比。電壓的溫度系數越小越好。

穩壓管電路如下圖所示。

1.外加電源正極接穩壓管N區，負極接P區，因為，穩壓管要工作在反向擊穿區。

2.穩壓管與負載電阻Rl并聯，穩壓管兩端電壓變化小，所以輸出電壓穩定。

3.流過穩壓管的電流Iz不能超過規定值，避免過熱燒壞管子。不能太小，小于臨界值Izmin，穩壓管失去穩壓作用。

4.接入限流電阻R，用來調節穩壓管的電流Iz大小。

編輯：黃飛

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