論文模板論簡單半導體元件電路中電流-電壓規(guī)律

1、<p>　　論簡單半導體元件電路中電流，電壓規(guī)律</p><p><b>　　作者：張駿揚</b></p><p>　　學校：金華市外國語學校</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>　　半導體的出現是現代電子計算機科學發(fā)展如此成功的基石，目前半導體元件已經在電路中被高度集成，有著強大的數據處理能力。本篇論文問將探討簡單半導體元件中基礎的兩類半導體：P型半導體和N型半導體間電子交換與電流規(guī)律。</p><p>　　關鍵詞：半導體、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型半導體簡述</p><p>　　第三章：關于二極管的探討</p><p>　　3.1：二極管的結構</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>　　3.2.2：二極管導通與截斷的規(guī)律</p><p>　　第四章：關于三極管的探討</p><p>　　4.1：三極管的結構</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：結論</b></p><p><b>　　第一章：引言</b></p><p>　　半導體（semiconductor），指常溫下導電性能介于導體（conductor）與絕緣體（insulat

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

7、gt;<p>　　二極管，電子元件當中，一種具有兩個電極的裝置，只允許電流由單一方向流過，許多的使用是應用其整流的功能?，F今最普遍的二極管大多是使用半導體材料如硅或鍺。</p><p>　　三極管，全稱應為半導體三極管，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。晶體三極管，是半導體基本元器件之一，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型半導體簡述</p><p>　　普通的半導體材料并不能達到控制電流流向與電路通斷的功能，但是在半導體材料中摻入雜質，就可以改變它容納電子的屬性。于是電子領域中就引入了兩種不同屬性的半導體概念：P型半導體與N型半導體。</p><p>　　P型半導體：如果摻入半導體材料中的雜質是周期表中第Ⅲ族中的一種元素─

9、─受主雜質，例如硼或銦，電子就能夠更容易地由原半導體材料粒子（硅或鍺）轉移到雜質材料粒子（硼或銦）。在這個過程中，原半導體材料粒子由于失去了電子而產生了一個正離子。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“少數載流子”。</p><p>　　N型半導體：如果摻入的雜質是周期表第V族中的某種元素──施主雜質，例如砷或銻，因此電子很容易從原半導體材料粒子（硅或鍺）進入

10、雜質材料粒子（砷或銻）。這些材料就變成了半導體。因為電流是由于有多余的負離子引起的，所以稱為“N”型。也有些材料的傳導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“多數載流子”。</p><p>　　第三章：關于二極管的探討</p><p>　　3.1：二極管的結構</p><p>　　如圖，二極管差不多等同于P型半

11、導體和N型半導體組合在一起，引出兩條引腳(與P型半導體相連的是正極，與N型半導體相連的是負極)并封裝起來的元件。兩種類型的半導體組合后，因為電荷相互擴散，就會產生一個特殊的薄層：“PN結”。</p><p>　　因為P型半導體有諸多的“電子空位”，N型半導體有較多的自由電子，所以電流易從P型半導體流向N型半導體（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。圖內上方就是繪制的電路圖，黑框中是標記部分的電流和電壓情況。由實驗可見二極管具有“正向導通，

13、反向截斷”的特性</p><p>　　右上圖中為正向導通情況</p><p>　　右下圖中為反向截斷情況</p><p>　　3.2.2：二極管導通與截斷的規(guī)律</p><p>　　由于構成二極管的材料不是理想材料，所以如果二極管要正向導通，那么在電壓很小的情況下，它的電阻很大。只有達到一定的較大電壓時，它才會“正向導通”。如圖所示。這個瞬間

14、導通時的電壓稱為正向導通電壓(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，會導致二極管擊穿，擊穿之后二極管就處于“反向導通”狀態(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遠高于正向導通電壓。</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為正向導通電壓。</p><

15、;p>　　以下還有幾個影響二極管導通與截斷的因素，于此就不仔細探討：</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結的面積有關，一般來說PN結的面積越小，f M越大。</p><p>

16、;　　第四章：關于三極管的探討</p><p>　　4.1:三極管的結構</p><p>　　三極管類似于二極管，只不過它是相當于三種不同種類的半導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半導體的疊放順序命名的，在半導體組合起來后，兩種不同類型的半導體間就會形成一個PN結，三極管內部有兩個PN結。</p><p&

17、gt;　　三極管內三個分區(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型半導體摻入的雜質較疏，而發(fā)射極N型半導體摻入的雜質較密，所以電流可以從集電極流向發(fā)射極。根據PN結的特性，可以改變在中間P型半導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=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β。</p><p>　　hFE是指晶體管的直流放大系數，是指在直流環(huán)境下，Ic與Ib的比值。</p><p>　　根據半導體內PN結的特點，不難猜想出三極管具有三種狀態(tài)。</p><p>　　1、截止狀態(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極呈半導通狀態(tài)，這時電流根據B極電流及放大倍數變化而呈倍數變化。（上右圖）</p><p>　　3、飽和導通狀態(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)或叫導通狀態(tài)。這時可認為CE極為接直接導通。</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)射結與集電結的串聯，故Uce=Ucb+Ube。因為Ucb=

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