模拟电子线路

1.二极管

  • P型半导体的引线称为正极(或阳极，用字母A表示)
  • N型半导体的引线称为负极(或阴极，用字母K表示)

典型半导体封装中一般带有白色圆环的为负极，引脚长的为正极

  • 单向导电性

1.1半导体物理基础知识

半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质，其电阻\((10^{-3}{\sim}10^9)\Omega\cdot\mathrm{cm}\)

1.1.1本征半导体

  1. 简化描述

常常把内层电子和原子核看作一个整体，称为惯性核，惯性核的周围都是价电子

  1. 本征半导体

整块晶体内部晶格排列完全一致的晶体称为单晶，硅，锗的单晶称为本征半导体

  1. 本征激发和复合
  • 当温度升高或受到光线照射时，共价键中的价电子从外界获得足够的能量，从而挣脱共价键的束缚，离开原子从而形成自由电子，同时共价键中留下相同数量的空穴，这种现象称为本征激发

空穴：空穴又称电洞（Electron hole），在固体物理学中指共价键上流失一个电子，最后在共价键上留下空位的现象。即共价键中的一些价电子由于热运动获得一些能量，从而摆脱共价键的约束成为自由电子，同时在共价键上留下空位，我们称这些空位为空穴。

一个呈电中性的原子，其正电的质子和负电的电子的数量是相等的。现在由于少了一个负电的电子，所以那里就会呈现出一个正电性的空位——空穴。当有外面一个电子进来掉进了空穴，就会发出电磁波——光子。

空穴虽然实际上不存在，只是一个虚拟出来的粒子，但是考虑宏观模型的时候，完全可以把空穴作为一个带正电的粒子考虑。

  • 半导体是依靠自由电子和空穴两种载流子导电的物资

同时也存在着本征复合二者处于一个动态平衡

  1. 热平衡载流子浓度

当温度一定时，上述本征激发与复合达到动态平衡此时热平衡载流子浓度值\(n_i\)(自由电子浓度值或空穴浓度值)为

\[ n_i=AT^{3/2}\text{e}^{\frac{-E_{g0}}{2kT}} \]

1.1.2杂质半导体

在本征半导体中掺入一定量的杂质元素形成杂质半导体

类型 别称 掺入杂质 影响
N型半导体 电型半导体 五价元素(磷等) 自由电子浓度大大增加
P型半导体 空穴型半导体 三价元素(硼等) 空穴浓度大大增加
  1. N型半导体

在三极管工作于饱和区时，需要考虑饱和压降（Saturation Voltage Drop），特别是发射结（BE结）和集电结（BC结）的导通情况与压降。此时，三极管的两个PN结都处于正向偏置状态，但由于不同的结特性，压降会有所不同。

1. 硅三极管的饱和压降：

  • 发射结（BE结）的压降：

    • 在饱和状态下，BE结仍然保持正向偏置，导通电压略高于放大区的电压。通常为 0.7V 到 0.8V 左右，比在放大区时的0.6V略高一些。这是因为饱和区中，电流较大，载流子的注入增加，导致压降略增。

  • 集电结（BC结）的压降：

    • 在饱和区，集电结由反偏转为正偏，成为导通状态。集电极与基极之间的压降通常为 0.1V 到 0.3V。这个压降称为饱和压降（V_CE(sat)），它反映了三极管进入饱和区时集电极和发射极之间的电压差。
    • 通常硅三极管的V_CE(sat)在 0.1V 至 0.3V 之间，具体数值取决于电流的大小和三极管的特性。

2. 锗三极管的饱和压降：

  • 发射结（BE结）的压降：

    • 对于锗三极管，发射结在饱和区的导通电压略高于放大区，通常在 0.3V 到 0.4V 之间。这比放大区时的0.2V略高，类似于硅三极管在饱和区的情况。

  • 集电结（BC结）的压降：

    • 集电结在饱和区正偏时，集电极与基极之间的压降较小，通常在 0.05V 到 0.2V 左右，低于硅三极管的饱和压降。

3. 饱和压降总结：

  • 硅三极管：

    • BE结导通压降：0.7V 到 0.8V
    • BC结饱和压降（V_CE(sat)）：0.1V 到 0.3V

  • 锗三极管：

    • BE结导通压降：0.3V 到 0.4V
    • BC结饱和压降（V_CE(sat)）：0.05V 到 0.2V

在饱和状态下，三极管两端的电压降较小，这是为了保证大电流能够流过，这种压降在设计中需要特别考虑。