# 半导体物理基础
# 迁移率与电导率
- 迁移率（$ \mu $）：描述带电粒子在材料内部移动能力的物理量。
- ，其中 是载流子在电场 作用下的漂移速度。
- 电导率（$ \sigma $）：衡量材料导电性能的物理量。
- （n型半导体，由电子贡献）
- （p型半导体，由空穴贡献）
# 掺杂
向本征半导体中添加少量杂质，可以增加其内部自由电子或空穴的数量，从而显著提高其导电性。
# PN结的形成与特性
- PN结的形成：当P型半导体和N型半导体接触后，接触面附近会形成PN结，这是二极管（diode）的核心。
- 耗尽区与内建电场：在PN结中间会形成一个耗尽区，其中缺少载流子，并产生一个内建电场。
- 载流子运动：
- 扩散：载流子从高浓度区域向低浓度区域移动，驱动力是浓度差。
- 漂移：载流子在电场作用下定向移动，驱动力是电势差。
- 在平衡状态下，扩散电流与漂移电流大小相等、方向相反。
# PN结的偏置特性
- 正向偏置（正偏）：
- 外部正向电压克服了内建电场对多数载流子扩散的阻力，使多数载流子能持续扩散。
- 正向电压会抵消部分耗尽区，使其变窄。
- 正向电流主要由多数载流子扩散形成。
- 反向偏置（反偏）：
- 外部反向电压使得PN结的耗尽区加宽。
- 反向电流主要由少数载流子漂移形成。由于少数载流子数量极少，反向电流也极小，可近似视为开路。
- 反向击穿：
- 齐纳击穿：发生在掺杂浓度高、结区窄的PN结中。强电场直接破坏原子共价键，产生大量载流子。
- 雪崩击穿：发生在掺杂浓度低、结区宽的PN结中。载流子在强电场中高速漂移，与晶格原子碰撞，产生新的自由电子和空穴，形成链式反应。
# 二极管的伏安特性与应用
# 伏安特性曲线
- 低电压区：电流与电压呈指数关系，由指数率控制。
- 高正偏电压区：当电压足够高时，PN结两侧的体电阻（P区和N区的欧姆电阻之和）开始起主导作用，二极管的伏安特性接近线性。
- 微分电阻：电压变化量与电流变化量之比。
# 二极管整流应用
分析用模型
- 理想整流模型：正向导通时为短路，反向截止时为开路。
- 正向恒压源模型：正向导通时，可视为一个固定电压源（如硅管的0.7V）串联一个理想二极管。
- 正向戴维南源模型：正向导通时，可视为一个固定电压源串联一个电阻。
整流电路
- 半波整流：
- 电路分析：仅保留交流信号正半周或负半周，输出为单向脉动直流。
- 信号特性：分析输出信号的幅度、有效值、平均值和频率。
- 频域分析：通过傅里叶展开，分析半波整流信号的频率成分。
- 全波整流（含桥式整流）：
- 电路分析：利用变压器中心抽头或二极管桥式电路，将交流信号的正负半周都转换为同方向的脉动直流。
- 信号特性：分析输出信号的幅度、有效值、平均值和频率。
- 三种整流器比较：比较半波、全波和桥式整流电路的优缺点，如效率、变压器使用和二极管压降等。
滤波电路
- 电容滤波：在整流电路后并联一个大电容，利用电容的充放电特性来滤除交流成分，析取出直流。
- 纹波分析：分析输出信号的纹波大小，即输出电压的交流波动成分。
倍压整流
- 倍压整流电路：通过特定的二极管和电容组合电路，将输入电压的峰值进行倍增，通常由钳位电路和半波整流电路构成。
# 二极管稳压应用
- 齐纳二极管：一种特殊二极管，利用其反向击穿特性来实现稳压。
- 理想恒压源模型：在稳压区可视为一个理想的固定电压源。
- 戴维南源模型：在稳压区可视为一个固定电压源串联一个电阻。
# 二极管与运算放大器联合应用
# 信号运算电路
- 指数与对数运算：利用二极管的指数伏安特性，实现对数放大器和指数放大器。
- 限幅电路：通过二极管的单向导电性，限制信号的电压幅度。
- 电路分析：分离线性元件与非线性元件，通过分段线性法进行分析。
- 作图法：画出各元件的V-I曲线。
- 串并联分析：元件串联时，电流相同，电压相加；元件并联时，电压相同，电流相加。
- 电路分析：分离线性元件与非线性元件，通过分段线性法进行分析。
- 半波信号产生电路：结合二极管与运放，可以生成精确的半波信号。
- 分析方法：常用假设求证法进行电路状态分析。
