(1)當(dāng)P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時(shí),由于交界面處存在 載流子濃度的差異 ,這樣電子和空穴都要 從濃度高的地方向濃度低的地方擴(kuò)散 。但是,電子和空穴都是帶電的,它們擴(kuò)散的結(jié)果就使P區(qū)和N區(qū)中原來(lái)的電中性條件破壞了。P區(qū)一側(cè)因失去空穴而留下不能移動(dòng)的負(fù)離子,N區(qū)一側(cè)因失去電子而留下不能移動(dòng)的正離子。這些不能移動(dòng)的帶電粒子通常稱為 空間電荷 ,它們集中在P區(qū)和N區(qū)交界面附近,形成了一個(gè)很薄的空間電荷區(qū),這就是我們所說(shuō)的 PN結(jié) 。
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圖(1)濃度差使載流子發(fā)生擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)
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(2)在這個(gè)區(qū)域內(nèi),多數(shù)載流子已擴(kuò)散到對(duì)方并復(fù)合掉了,或者說(shuō)消耗殆盡了,因此,空間電荷區(qū)又稱為 耗盡層 。
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(3)P區(qū)一側(cè)呈現(xiàn)負(fù)電荷,N區(qū)一側(cè)呈現(xiàn)正電荷,因此空間電荷區(qū)出現(xiàn)了方向由N區(qū)指向P區(qū)的電場(chǎng),由于這個(gè)電場(chǎng)是載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成的,而不是外加電壓形成的,故稱為 內(nèi)電場(chǎng) 。
圖(2)內(nèi)電場(chǎng)形成
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(4)內(nèi)電場(chǎng)是由多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)引起的,伴隨著它的建立將帶來(lái)兩種影響:一是 內(nèi)電場(chǎng)將阻礙多子的擴(kuò)散 ,二是P區(qū)和N區(qū)的少子一旦靠近PN結(jié),便在內(nèi)電場(chǎng)的作用下漂移到對(duì)方, 使空間電荷區(qū)變窄 。
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(5)因此, 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使空間電荷區(qū)加寬,內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng),有利于少子的漂移而不利于多子的擴(kuò)散;而漂移運(yùn)動(dòng)使空間電荷區(qū)變窄,內(nèi)電場(chǎng)減弱,有利于多子的擴(kuò)散而不利于少子的漂移。
當(dāng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí),交界面形成穩(wěn)定的空間電荷區(qū),即 PN結(jié)處于動(dòng)態(tài)平衡 s。
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(1) 外加正向電壓 (正偏)
在外電場(chǎng)作用下,多子將向PN結(jié)移動(dòng),結(jié)果使空間電荷區(qū)變窄,內(nèi)電場(chǎng)被削弱,有利于多子的擴(kuò)散而不利于少子的漂移,擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)起主要作用。結(jié)果,P區(qū)的多子空穴將源源不斷的流向N區(qū),而N區(qū)的多子自由電子亦不斷流向P區(qū),這兩股載流子的流動(dòng)就形成了PN結(jié)的正向電流。
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(2) 外加反向電壓 (反偏)
在外電場(chǎng)作用下,多子將背離PN結(jié)移動(dòng),結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬,內(nèi)電場(chǎng)被增強(qiáng),有利于少子的漂移而不利于多子的擴(kuò)散,漂移運(yùn)動(dòng)起主要作用。漂移運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的漂移電流的方向與正向電流相反,稱為反向電流。 因少子濃度很低,反向電流遠(yuǎn)小于正向電流 。
當(dāng)溫度一定時(shí),少子濃度一定,反向電流幾乎不隨外加電壓而變化,故稱為 反向飽和電流 。
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(1)限幅電路---利用二極管的單向?qū)щ娦院蛯?dǎo)通后兩端電壓基本不變的特點(diǎn)組成。
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(2)箝位電路---將輸出電壓箝位在一定數(shù)值上。
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注:黑色---輸入信號(hào),藍(lán)色---輸出信號(hào),波形為用EWB仿真結(jié)果。