第1章 半导体二极管及其应用
1.1 PN结与二极管
1.1.1 PN结及其单向导电性
自然界中的物质按导电能力强弱的不同,可以分为3大类:导体、绝缘体和半导体。导体是导电能力特别强的物质,如一般的金属、碳和电解液等;绝缘体是导电能力特别差,几乎不导电的物质,如胶木、橡胶和陶瓷等;半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质,常用的半导体材料有���(Ge)、硅(Si)和砷化镓(GaAs)等,大多数半导体器件所用的主要材料就是锗和硅。
尽管半导体的导电性能不如导体,绝缘性能又不如绝缘体,但半导体却得到了广泛的应用。现代电子技术的发展实际上就是半导体技术的发展,为什么半导体技术会有如此大的影响力呢?主要在于半导体具有如下一些奇妙特性。
(1)杂敏性:半导体对杂质很敏感。在半导体硅中只要掺入亿分之一的硼(B),电阻率就会下降到原来的五百万分之一。人们就用控制掺杂的方法,**地控制半导体的导电能力,制造出各种不同性能、不同用途的半导体器件,如普通半导体二极管、三极管、晶闸管、电阻和电容等。
而且,在半导体中不同的部分掺入不同的杂质就呈现不同的性能,再采用一些特殊工艺,将各种半导体器件进行适当的连接就可制成具有某一特定功能的电路——集成电路,甚至系统,这是半导体*具魅力之处。
(2)热敏性:半导体对温度很敏感。温度每升高10℃,半导体的电阻率就减小为原来的1/2。这种特性对半导体器件的工作性能有许多不利的影响,但利用这一特性可制成自动控制中有用的热敏电阻,热敏电阻可以感知万分之一摄氏度的温度变化。
把热敏电阻装在机器的各个重要部位,就能集中控制和测量它们的温度。用热敏电阻制作的恒温调节器,可以把环境温度稳定在上下不超过0.5℃的范围。在农业上,热敏电阻制成的感测装置能准确地测出植物叶面的温度和土壤的温度。它还能测量辐射,几百米远人体发出的热辐射或l000米外的热源都能方便地测出。 《低频电子线路》是电子信息类各专业的一门专业技术基础课,内容抽象,理论性和实践性都较强。如何将本教材编好,以激发学生的学习兴趣和学习热情,是编者多年的夙愿。2003年,编者将多年从事低频电子线路教学工作及应用研究的经验和体会整理成书,并在电子工业出版社的支持下出版发行。自本教材出版以来,即受到相关院校师生及工程技术人员的好评和欢迎,至今已重印六次。使用本教材的院校和老师还提出了许多宝贵的建议,并期待着对《低频电子线路》尽快进行修订:同时,考虑到低频电子线路及其应用一直在向前发展,鉴于此,为进一步适应现代社会发展对应用型和技能型人才的需求,实现高等教育,尤其是高职高专教育的培养目标,编者在保持原书理论体系和特色的基础上,主要做了以下几个方面的修改和补充。
1.为加强学生的动手能力,进而培养其创新能力,以较大篇幅增加了基本技能和实训内容(25个实训l题目)及第9章综合技能训练。
2.为增强学生分析问题和解决问题的能力,加强学生对所学内容的理解,每章的课后习题内容均有所增加。
3.将原版中的第2章三极管及其放大电路分为三极管及其应用(第2章)和场效应晶体管及其应用(第3章)两章进行介绍。
4.根据使用本教材的院校和老师的建议,第2版增加了二极管实用模型、深度负反馈电路的计算、对数与指数电路运算、四种有源滤波电路、整流电路的参数、开关电源的性能指标等内容。
5.删去了第8章电子线路读图,同时增加了第9章综合技能训练。
编写《低频电子线路》(第2版)的指导思想仍然是以半导体分立元件为基础,集成电路及其应用为**。在介绍半导体二极管、三极管的基础上,着重介绍集成电路及其应用,如集成功率放大器、集成运算放大器、集成波形(函数)发生器、集成三端稳压器和单片开关电源集成控制器等。
《低频电子线路》(第2版)的编写原则是:淡化理论,够用为度:深入浅出,注重实用;语言流畅,条理清晰。在对具体问题进行分析时,避免采用烦琐的公式推导,力求结合图、表和波形,用通俗流畅的语言对一些难于理解的问题进行由浅入深的分析。
本教材建议学时数为80~100(包括实训),可根据各院校的具体情况而定。
本书第2、4、6、7、8章由刘树林编写,第l、3、5、9章及各章后面的实训内容由杨建翔编写,刘树林负责全书的统稿和定稿。全书由赵宝魁教授主审,赵教授仔细审阅了书稿,提出了许多宝贵的建议,在此表示衷心的感谢。