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论简单半导体元件电路中电流，电压规律作者：张骏扬学校：金华市外国语学校班级：八年级二班2015年10月3日摘要半导体的出现是现代电子计算机科学发展如此成功的基石，目前半导体元件已经在电路中被高度集成，有着强大的数据处理能力。本篇论文问将探讨简单半导体元件中基础的两类半导体：P型半导体和N型半导体间电子交换与电流规律。关键词：半导体、电流、简单元件。目录第一章：引言第二章：P，N型半导体简述第三章：关于二极管的探讨 3.1：二极管的结构 3.2：二极管特性3.2.1：二极管电路的电流特点 3.2.2：二极管导通与截断的规律第四章：关于三极管的探讨 4.1：三极管的结构 4.2：三极管特性4.2.1：三极管电路的电流特点 4.2.2：三极管电路的电压特点第五章：结论第一章：引言半导体（semiconductor），指常温下导电性能介于导体（conductor）与绝缘体（insulator）之间的材料。半导体在收音机、电视机以及测温上有着广泛的应用。如二极管、三极管就是采用半导体制作的器件。半导体是指一种导电性可受控制，范围可从绝缘体至导体之间的材料。无论从科技或是经济发展的角度来看，半导体的重要性都是非常巨大的。今日大部分的电子产品，如计算机、移动电话或是数字录音机当中的核心单元都和半导体有着极为密切的关联。常见的半导体材料有硅、锗、砷化镓等，而硅更是各种半导体材料中，在商业应用上最具有影响力的一种。二极管，电子元件当中，一种具有两个电极的装置，只允许电流由单一方向流过，许多的使用是应用其整流的功能。现今最普遍的二极管大多是使用半导体材料如硅或锗。三极管，全称应为半导体三极管，也称双极型晶体管、晶体三极管，是一种控制电流的半导体器件其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号，也用作无触点开关。晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。第二章：P，N型半导体简述普通的半导体材料并不能达到控制电流流向与电路通断的功能，但是在半导体材料中掺入杂质，就可以改变它容纳电子的属性。于是电子领域中就引入了两种不同属性的半导体概念：P型半导体与N型半导体。P型半导体：如果掺入半导体材料中的杂质是周期表中第族中的一种元素受主杂质，例如硼或铟，电子就能够更容易地由原半导体材料粒子（硅或锗）转移到杂质材料粒子（硼或铟）。在这个过程中，原半导体材料粒子由于失去了电子而产生了一个正离子。在这样的材料中的电流主要是由带正电的电子空位引起的，因而在这种情况下（在P型材料中）电子是“少数载流子”。N型半导体：如果掺入的杂质是周期表第V族中的某种元素施主杂质，例如砷或锑，因此电子很容易从原半导体材料粒子（硅或锗）进入杂质材料粒子（砷或锑）。这些材料就变成了半导体。因为电流是由于有多余的负离子引起的，所以称为“N”型。也有些材料的传导性是由于材料中有多余的正离子，但主要还是由于有大量的电子引起的，因而（在N型材料中）电子被称为“多数载流子”。第三章：关于二极管的探讨3.1：二极管的结构如图，二极管差不多等同于P型半导体和N型半导体组合在一起，引出两条引脚(与P型半导体相连的是正极，与N型半导体相连的是负极)并封装起来的元件。两种类型的半导体组合后，因为电荷相互扩散，就会产生一个特殊的薄层：“PN结”。因为P型半导体有诸多的“电子空位”，N型半导体有较多的自由电子，所以电流易从P型半导体流向N型半导体（电子从N流向P）反之则不然。这样，二极管就能发挥它的特性了。3.2：二极管特性下面我们来看一看二极管的特性，并用实验论证。3.2.1二极管电路的电流特点我使用了ios平台上的iCircuit软件来模拟二极管正，反向电路中的电流。图内上方就是绘制的电路图，黑框中是标记部分的电流和电压情况。由实验可见二极管具有“正向导通，反向截断”的特性右上图中为正向导通情况右下图中为反向截断情况3.2.2：二极管导通与截断的规律由于构成二极管的材料不是理想材料，所以如果二极管要正向导通，那么在电压很小的情况下，它的电阻很大。只有达到一定的较大电压时，它才会“正向导通”。如图所示。这个瞬间导通时的电压称为正向导通电压(又称门电压、阈值电压)在二极管两端接入反向电压时，如果电压过大，会导致二极管击穿，击穿之后二极管就处于“反向导通”状态。这个瞬间击穿的电压称为反向击穿电压。反向击穿电压一般远远高于正向导通电压。这样，我们就可以绘制出二极管的伏安特性曲线。图中Ubr为反向击穿电压，0.8V为正向导通电压。以下还有几个影响二极管导通与截断的因素，于此就不仔细探讨：1. 电流大小（最大整流电流If）：在电流过大的情况下，二极管容易烧坏。2. 工作频率（最高工作频率fM）：在二极管两端接频率过大的交流电信号时，它将不能很好地工作（滤波），fM的大小通常与PN结的面积有关，一般来说PN结的面积越小，f M越大。第四章：关于三极管的探讨4.1:三极管的结构三极管类似于二极管，只不过它是相当于三种不同种类的半导体交叠在一起的元件，所以三极管有两大类：NPN型和PNP型。顾名思义，上述三极管的型号名称就是根据半导体的叠放顺序命名的，在半导体组合起来后，两种不同类型的半导体间就会形成一个PN结，三极管内部有两个PN结。三极管内三个分区各自引出三个电极，分别为基极（b）、发射极（e）和集电极（c）。就NPN型三极管而言，它的集电极N型半导体掺入的杂质较疏，而发射极N型半导体掺入的杂质较密，所以电流可以从集电极流向发射极。根据PN结的特性，可以改变在中间P型半导体中引出的基极中流入的电流而改变发射极的电流。如果输入的是一个有一定振荡频率的电信号，NPN型三极管就能使信号波幅放大，从而达到放大信号的作用。PNP型三极管的情况略同，只不过换了顺序，而集电极掺入的杂质较发射极较密，基极变成了流出电流而已。4.2:三极管的特性在电路中，三极管具有放大电信号的功能。因为三极管的这一特性，所以在电器中得到了广泛应用。 4.2.1:三极管电路的电流特点见右图。由分流定律可得蓝色电阻（干路）电流等于Ib（基极）与绿色之和，I绿等于I紫和I红之和。所以可得I蓝=Ic+I红+I紫，又因为干路电流等于支路电流之和，所以可推出Ie=Ic，即集电极电流等于发射极电流。而集电极电流和发射极间的电流又是由基极电流决定的，而基极电流波动与发射极间的电流波动之比就是三极管的交流电放大系数。hFE是指晶体管的直流放大系数，是指在直流环境下，Ic与Ib的比值。根据半导体内PN结的特点，不难猜想出三极管具有三种状态。1、截止状态：即三极管B极偏置电压不足，三极管C、E极没电流（或只有微弱漏电电流）通过。（下左图）2、放大状态：三极管B极加有合适的偏置电压，C、E极呈半导通状态，这时电流根据B极电流及放大倍数变化而呈倍数变化。（上右图）3、饱和导通状态，三极管B极偏置电压超过放大要求时，三极管CE电流会变大，且不再跟随B极电流变化而变化，为饱和状态或叫导通状态。这时可认为CE极为接直接导通。上右图为三极管的伏安特性曲线。4.2.2：三极管电路的电压特点目前使用的基本上都是硅三极管。硅三极管的Ube约等于0.7V。在放大电路中，UceUbe。在实际电路中测量时一般不会测量Ubc、Ucb，这样测量时会影响三极管的工作点，所以通常只测Ube、Uce。因为三极管可以看作是发射结与集电结的串联，故Uce=Ucb+Ube。因为Ucb=-Ubc，故Uce=-Ubc+Ube。第五章：结论此次对半导体元件的探究，我证实了以下几点已有的理论:1. 二极管的导通特性2. 三极管电路的电流特点和三种导通状态3. 三极管的电压特点。我在这次写论文的体验中学习了不少，一是对科学探究的方法学习，二是论文这种应用文体的了解，最后是复习巩固了已学习过的知识。感谢这次比赛给我的机会，感谢我的老师与父母给予我的指导。1. 基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究2. 基于单片机的嵌入式Web服务器的研究 3. 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