2022-2023学年高二物理竞赛课件：半导体器件

半导体器件 半导体器件 半导体基础知识 为什么具有这些导电特性？ 半导体的导电特性： (可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。 掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显 改变(可做成各种不同用途的半导体器件，如二 极管、三极管和晶闸管等）。 光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化 (可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管等)。 热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强 半导体基础知识 1.本征半导体 常用的半导体材料：硅 Si和锗 Ge均为四价元素 单晶硅(Si)的原子结构平面示意图 Si Si Si Si Si Si Si Si Si 共价键 价电子 这种纯净的、具有晶体结构的半导体称为本征半导体。 Si Si Si Si Si Si Si Si Si 温度(T)一定时，载流子数量一定。当T↑时，载流子数量↑。 (3)价电子依次填补空穴，进而产生了电子电流和空穴电流。 (2)在室温下受热激发时， (1)在绝对零度 (T=0K)时不导电，相当于绝缘体； 产生电子空穴对； 半导体中有两种载流子：电子和空穴 这就是半导体导电的重要特点。 自由电子 空穴 半导体的导电性能受温度影响很大。 半导体基础知识 1.本征半导体 电感图片 磁棒电感线圈 双层空心电感线圈 工字形电感线圈 贴片电感 铁心电感线圈 磁珠电感 多层空心电感线圈 理想电压源(voltage source) 1.电压源的特点： <1> 电压源两端电压与外接电路无关； <2> 流过电压源的电流与外电路有关。 符号 + - 伏安特性 i u US 实际电压源模型 + - US Ro i A B 可提供一个固定的电压 US ，称为源电压。又称恒压源。 理想电压源(voltage source) 3.电压源的性质 如果电压源的电压等于一个常数，则此电压源的伏安特性是一根平行于电流轴的直线，此电压源称为恒压源；若电压源电压等于零，则此电压源在电路中相当于短路。 2.电压源的工作状态 电压源uS1工作在电源状态； 电压源uS2工作在负载状态。 理想电流源(current source) 可提供一个固定的电流 IS ，称为源电流。又称恒流源。 电流源的特点： <1> 电流源两端电流与外接电路无关； <2> 电流源的两端的电压与外电路有关。 符号 + - 伏安特性 i u IS + - 实际电流源模型 + - U Ro Is A B 理想电流源(current source) 3.电流源的性质 如果电流源的电流等于一个常数，则此电流源的伏安特性是一根平行于电压轴的直线，此电流源称为恒流源；若电流源电流等于零，则此电流源在电路中相当于开路。 2.电流源的工作状态 电流源iS1工作在电源状态； 电流源iS2工作在负载状态。 电源的联接 1.电压源的串联 （外特性不变） 注意：只有相同的电压源才能允许并联。否则，烧毁电压表。 电源的联接 2.电流源的串联 （外特性不变） 注意：只有相同的电流源才能允许串联。 受控源 受控源分为四类，分别如下图所示： 电压控制电压源（VCVS） 电压控制电流源（VCCS） 电流控制电压源（CCVS） 电流控制电流源（CCCS） 受控源 uS US uS1=5V uS2=4V R=1 i iS iS1 5A u 1 iS2 2A u1 gu1 u1 u1 i1 i1 i1 ri1 $