工程师必须掌握的基础电路大全（电子工程师经典的面试题）
工程师必须掌握的基础电路大全（电子工程师经典的面试题）图3 半导体硅元（3）半导体 ：一般为四价元素，如：硅(Si)锗(Ge)等。导电性能介于导体和绝缘体之间。且导电能力随条件变化。图1 导体铜丝（2）绝缘体 ：一般为高价元素，不容易失去电子，如：橡胶、云母、塑料等，导电能力弱。图2 绝缘体橡胶
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接下来的时间我们开始进入学习二极管了，那么二极管是什么元器件？它有什么特性呢？可能你知道二极管是一个半导体，具有单向导电性，可是你可能就不知道二极管为什么具有单向导电性，下面让我们一起来学习学习二极管。
1、什么是半导体？我们把物质按导电的能力分为导体、半导体、绝缘体这三种。
（1）导 体： 一般为低价元素，容易失去电子，如铜、铁、铝等金属元素，导电能力强。
图1 导体铜丝
（2）绝缘体 ：一般为高价元素，不容易失去电子，如：橡胶、云母、塑料等，导电能力弱。
图2 绝缘体橡胶
（3）半导体 ：一般为四价元素，如：硅(Si)锗(Ge)等。导电性能介于导体和绝缘体之间。且导电能力随条件变化。
图3 半导体硅元
2、半导体的物质特性（1）热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强(可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。
图4 热敏电阻
（2）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)。
图5 光敏电阻
（3）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)。
图6 二极管
3、本征半导体（1）什么是本征半导体？
本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。
现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子(价电子)都是四个。
图7 硅和锗原子结构
（2）本征半导体的晶体结构特点：最外层电子为4时，既易失去最外层电子，又易得到电子，与别的原子以共价键化合。共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。通常把原子核和内层电子看作一个整体，称为惯性核。惯性核带有4个单位正电荷，最外层有4个价电子带有4个单位负电荷，因此，整个原子为电中性。
图8 本征半导体的晶体结构与原子结构简化模型
（3）常温下的束缚电子与自由电子：形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。
图9 常温下本征半导体晶体结构
（3）在绝对零度下的本征半导体：在T=0K，绝对零度-273.150(所有分子都停止运动)且无外部激发能量时，本征半导体内部没有能够自由移动的带电粒子，即载流子，此时本征半导体呈绝缘特性。
图10 绝对零度时的本征半导体
（4）在绝对零度下的本征半导体：在有外部激发能量(如温度升高，光照)时，挣脱原子核束缚的电子称为自由电子，在本征激发下形成带负电荷的载流子。留下的空位称为空穴，成为带正电荷的载流子。
图11 有光照时本征半导体
4、杂质半导体（1）什么是杂质半导体：掺入一定量杂质的半导体叫杂质半导体，也称非本征半导体。
（2）N型半导体：掺入微量的 5价元素(磷P)的半导体。掺入 5价磷原子，共价键占用4个电子，多余一个电子成自由电子。
图12 掺入 5价元素的半导体
（3）P型半导体：掺入微量的 3价元素(硼B)的半导体。掺入 3价硼原子，共价键要占用4个电子，只能借用一个电子成空穴。
图13 掺入 3价元素的半导体
5、PN结的形成（1）P型、N型半导体示意表示法：P型半导体中掺入 3价元素、借用一个电子显负离子，而N型半导体中掺入 5价元素、失去一个电子显正离子。由于材料的性质，它是不可移动的，而旁边小圆周边借出电子后的空穴，是可移动的。
图14 P型半导体示意表示法
图15 N型半导体示意表示法
（2）扩散运动：P型、N型半导体结合一起，开始因浓度差，引起多子扩散。
图16 P型、N型半导体结合
（3）内电场建立：P型区剩下不能自由移动的负离子，而N型区剩下不能自由移动的正离子，正负结合后消灭，在PN结内部形成了一个从左往右的内电场。
图17 PN结内电场形成
（4）P接 N接-：这时外加电源形成的电场就会与内电场方向相反，而当外电场的强度超过内电场的时候，PN结就导通了，这时电子就可以从PN结通过。
图18 P接 N接-时PN结导通
（5）P接-N接 ：P型区的空穴会被电子抵消掉，而N型区电子会流动到电源的正极，这样一来，内电场不停地增强，会超过外部电源形成的电场强度，超过之后，电子就不能够通过PN结了。
图19 P接-N接 时PN结不导通
（6）PN结单向导电性：PN结加正向电压，即正偏时(P 、N-)，有较大的正向扩散电流，此时PN结电阻小，处于导通状态，此时的正向电流随着PN结两端的电压增大而增大。
PN结加反向电压，即反偏时(P-、N )，只有很小的，不随PN结两端电压变化的反向饱和电流，此时PN结电阻大，处于截止状态。
所以，PN结具有单向导电性能。
