論文模板論簡單半導(dǎo)體元件電路中電流-電壓規(guī)律

1、<p>　　論簡單半導(dǎo)體元件電路中電流，電壓規(guī)律</p><p><b>　　作者：張駿揚</b></p><p>　　學(xué)校：金華市外國語學(xué)校</p><p><b>　　班級：八年級二班</b></p><p>　　2015年10月3日</p><p><b

2、>　　摘要</b></p><p>　　半導(dǎo)體的出現(xiàn)是現(xiàn)代電子計算機科學(xué)發(fā)展如此成功的基石，目前半導(dǎo)體元件已經(jīng)在電路中被高度集成，有著強大的數(shù)據(jù)處理能力。本篇論文問將探討簡單半導(dǎo)體元件中基礎(chǔ)的兩類半導(dǎo)體：P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體間電子交換與電流規(guī)律。</p><p>　　關(guān)鍵詞：半導(dǎo)體、電流、簡單元件。</p><p><b>　　目錄&l

3、t;/b></p><p><b>　　第一章：引言</b></p><p>　　第二章：P，N型半導(dǎo)體簡述</p><p>　　第三章：關(guān)于二極管的探討</p><p>　　3.1：二極管的結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　3.2：二極管特性</b></p>

4、;<p>　　3.2.1：二極管電路的電流特點</p><p>　　3.2.2：二極管導(dǎo)通與截斷的規(guī)律</p><p>　　第四章：關(guān)于三極管的探討</p><p>　　4.1：三極管的結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　4.2：三極管特性</b></p><p>　　4.2.1：三極

5、管電路的電流特點</p><p>　　4.2.2：三極管電路的電壓特點</p><p><b>　　第五章：結(jié)論</b></p><p><b>　　第一章：引言</b></p><p>　　半導(dǎo)體（semiconductor），指常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體（conductor）與絕緣體（insulat

6、or）之間的材料。半導(dǎo)體在收音機、電視機以及測溫上有著廣泛的應(yīng)用。如二極管、三極管就是采用半導(dǎo)體制作的器件。半導(dǎo)體是指一種導(dǎo)電性可受控制，范圍可從絕緣體至導(dǎo)體之間的材料。無論從科技或是經(jīng)濟發(fā)展的角度來看，半導(dǎo)體的重要性都是非常巨大的。今日大部分的電子產(chǎn)品，如計算機、移動電話或是數(shù)字錄音機當(dāng)中的核心單元都和半導(dǎo)體有著極為密切的關(guān)聯(lián)。常見的半導(dǎo)體材料有硅、鍺、砷化鎵等，而硅更是各種半導(dǎo)體材料中，在商業(yè)應(yīng)用上最具有影響力的一種。</p&

7、gt;<p>　　二極管，電子元件當(dāng)中，一種具有兩個電極的裝置，只允許電流由單一方向流過，許多的使用是應(yīng)用其整流的功能。現(xiàn)今最普遍的二極管大多是使用半導(dǎo)體材料如硅或鍺。</p><p>　　三極管，全稱應(yīng)為半導(dǎo)體三極管，也稱雙極型晶體管、晶體三極管，是一種控制電流的半導(dǎo)體器件·其作用是把微弱信號放大成幅度值較大的電信號，也用作無觸點開關(guān)。晶體三極管，是半導(dǎo)體基本元器件之一，具有電流放大作用

8、，是電子電路的核心元件。</p><p>　　第二章：P，N型半導(dǎo)體簡述</p><p>　　普通的半導(dǎo)體材料并不能達(dá)到控制電流流向與電路通斷的功能，但是在半導(dǎo)體材料中摻入雜質(zhì)，就可以改變它容納電子的屬性。于是電子領(lǐng)域中就引入了兩種不同屬性的半導(dǎo)體概念：P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體。</p><p>　　P型半導(dǎo)體：如果摻入半導(dǎo)體材料中的雜質(zhì)是周期表中第Ⅲ族中的一種元素─

9、─受主雜質(zhì)，例如硼或銦，電子就能夠更容易地由原半導(dǎo)體材料粒子（硅或鍺）轉(zhuǎn)移到雜質(zhì)材料粒子（硼或銦）。在這個過程中，原半導(dǎo)體材料粒子由于失去了電子而產(chǎn)生了一個正離子。在這樣的材料中的電流主要是由帶正電的電子空位引起的，因而在這種情況下（在P型材料中）電子是“少數(shù)載流子”。</p><p>　　N型半導(dǎo)體：如果摻入的雜質(zhì)是周期表第V族中的某種元素──施主雜質(zhì)，例如砷或銻，因此電子很容易從原半導(dǎo)體材料粒子（硅或鍺）進入

10、雜質(zhì)材料粒子（砷或銻）。這些材料就變成了半導(dǎo)體。因為電流是由于有多余的負(fù)離子引起的，所以稱為“N”型。也有些材料的傳導(dǎo)性是由于材料中有多余的正離子，但主要還是由于有大量的電子引起的，因而（在N型材料中）電子被稱為“多數(shù)載流子”。</p><p>　　第三章：關(guān)于二極管的探討</p><p>　　3.1：二極管的結(jié)構(gòu)</p><p>　　如圖，二極管差不多等同于P型半

11、導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體組合在一起，引出兩條引腳(與P型半導(dǎo)體相連的是正極，與N型半導(dǎo)體相連的是負(fù)極)并封裝起來的元件。兩種類型的半導(dǎo)體組合后，因為電荷相互擴散，就會產(chǎn)生一個特殊的薄層：“PN結(jié)”。</p><p>　　因為P型半導(dǎo)體有諸多的“電子空位”，N型半導(dǎo)體有較多的自由電子，所以電流易從P型半導(dǎo)體流向N型半導(dǎo)體（電子從N流向P）反之則不然。這樣，二極管就能發(fā)揮它的特性了。</p><p>

12、<b>　　3.2：二極管特性</b></p><p>　　下面我們來看一看二極管的特性，并用實驗論證。</p><p>　　3.2.1二極管電路的電流特點</p><p>　　我使用了ios平臺上的iCircuit軟件來模擬二極管正，反向電路中的電流。圖內(nèi)上方就是繪制的電路圖，黑框中是標(biāo)記部分的電流和電壓情況。由實驗可見二極管具有“正向?qū)ǎ?/p>

13、反向截斷”的特性</p><p>　　右上圖中為正向?qū)ㄇ闆r</p><p>　　右下圖中為反向截斷情況</p><p>　　3.2.2：二極管導(dǎo)通與截斷的規(guī)律</p><p>　　由于構(gòu)成二極管的材料不是理想材料，所以如果二極管要正向?qū)ǎ敲丛陔妷汉苄〉那闆r下，它的電阻很大。只有達(dá)到一定的較大電壓時，它才會“正向?qū)ā?。如圖所示。這個瞬間

14、導(dǎo)通時的電壓稱為正向?qū)妷?又稱門電壓、閾值電壓)</p><p>　　在二極管兩端接入反向電壓時，如果電壓過大，會導(dǎo)致二極管擊穿，擊穿之后二極管就處于“反向?qū)ā睜顟B(tài)。這個瞬間擊穿的電壓稱為反向擊穿電壓。反向擊穿電壓一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于正向?qū)妷骸?lt;/p><p>　　這樣，我們就可以繪制出二極管的伏安特性曲線。圖中Ubr為反向擊穿電壓，0.8V為正向?qū)妷骸?lt;/p><

15、;p>　　以下還有幾個影響二極管導(dǎo)通與截斷的因素，于此就不仔細(xì)探討：</p><p>　　電流大?。ㄗ畲笳麟娏鱅f）：在電流過大的情況下，二極管容易燒壞。</p><p>　　工作頻率（最高工作頻率fM）：在二極管兩端接頻率過大的交流電信號時，它將不能很好地工作（濾波），fM的大小通常與PN結(jié)的面積有關(guān)，一般來說PN結(jié)的面積越小，f M越大。</p><p>

16、;　　第四章：關(guān)于三極管的探討</p><p>　　4.1:三極管的結(jié)構(gòu)</p><p>　　三極管類似于二極管，只不過它是相當(dāng)于三種不同種類的半導(dǎo)體交疊在一起的元件，所以三極管有兩大類：NPN型和PNP型。顧名思義，上述三極管的型號名稱就是根據(jù)半導(dǎo)體的疊放順序命名的，在半導(dǎo)體組合起來后，兩種不同類型的半導(dǎo)體間就會形成一個PN結(jié)，三極管內(nèi)部有兩個PN結(jié)。</p><p&

17、gt;　　三極管內(nèi)三個分區(qū)各自引出三個電極，分別為基極（b）、發(fā)射極（e）和集電極（c）。</p><p>　　就NPN型三極管而言，它的集電極N型半導(dǎo)體摻入的雜質(zhì)較疏，而發(fā)射極N型半導(dǎo)體摻入的雜質(zhì)較密，所以電流可以從集電極流向發(fā)射極。根據(jù)PN結(jié)的特性，可以改變在中間P型半導(dǎo)體中引出的基極中流入的電流而改變發(fā)射極的電流。如果輸入的是一個有一定振蕩頻率的電信號，NPN型三極管就能使信號波幅放大，從而達(dá)到放大信號的作

18、用。</p><p>　　PNP型三極管的情況略同，只不過換了順序，而集電極摻入的雜質(zhì)較發(fā)射極較密，基極變成了流出電流而已。</p><p>　　4.2:三極管的特性</p><p>　　在電路中，三極管具有放大電信號的功能。因為三極管的這一特性，所以在電器中得到了廣泛應(yīng)用。</p><p>　　4.2.1:三極管電路的電流特點</p&

19、gt;<p>　　見右圖。由分流定律可得藍(lán)色電阻（干路）電流等于Ib（基極）與綠色之和，I綠等于I紫和I紅之和。所以可得</p><p>　　I藍(lán)=Ic+I紅+I紫，又因為干路電流等于支路電流之和，所以可推出Ie=Ic，即集電極電流等于發(fā)射極電流。</p><p>　　而集電極電流和發(fā)射極間的電流又是由基極電流決定的，而基極電流波動與發(fā)射極間的電流波動之比就是三極管的交流電放

20、大系數(shù)β。</p><p>　　hFE是指晶體管的直流放大系數(shù)，是指在直流環(huán)境下，Ic與Ib的比值。</p><p>　　根據(jù)半導(dǎo)體內(nèi)PN結(jié)的特點，不難猜想出三極管具有三種狀態(tài)。</p><p>　　1、截止?fàn)顟B(tài)：即三極管B極偏置電壓不足，三極管C、E極沒電流（或只有微弱漏電電流）通過。（下左圖）</p><p>　　2、放大狀態(tài)：三極管B極

21、加有合適的偏置電壓，C、E極呈半導(dǎo)通狀態(tài)，這時電流根據(jù)B極電流及放大倍數(shù)變化而呈倍數(shù)變化。（上右圖）</p><p>　　3、飽和導(dǎo)通狀態(tài)，三極管B極偏置電壓超過放大要求時，三極管CE電流會變大，且不再跟隨B極電流變化而變化，為飽和狀態(tài)或叫導(dǎo)通狀態(tài)。這時可認(rèn)為CE極為接直接導(dǎo)通。</p><p>　　上右圖為三極管的伏安特性曲線。</p><p>　　4.2.2：三

22、極管電路的電壓特點</p><p>　　目前使用的基本上都是硅三極管。硅三極管的Ube約等于0.7V。在放大電路中，Uce>Ube。</p><p>　　在實際電路中測量時一般不會測量Ubc、Ucb，這樣測量時會影響三極管的工作點，所以通常只測Ube、Uce。</p><p>　　因為三極管可以看作是發(fā)射結(jié)與集電結(jié)的串聯(lián)，故Uce=Ucb+Ube。因為Ucb=

23、-Ubc，故Uce=-Ubc+Ube。</p><p><b>　　第五章：結(jié)論</b></p><p>　　此次對半導(dǎo)體元件的探究，我證實了以下幾點已有的理論:</p><p><b>　　二極管的導(dǎo)通特性</b></p><p>　　三極管電路的電流特點和三種導(dǎo)通狀態(tài)</p>&l