PN结和MOS管原理


N型半导体(N为Negative的字头,由于电子带负电荷而得此名):掺入少量杂质磷元素(或锑元素)的硅晶体(或锗晶体)中,由于半导体原子(如硅原子)被杂质原子取代,磷原子外层的五个外层电子的其中四个与周围的半导体原子形成共价键,多出的一个电子几乎不受束缚,较为容易地成为自由电子。于是,N型半导体就成为了含电子浓度较高的半导体,其导电性主要是因为自由电子导电。N型半导体显示负电,

P型半导体(P为Positive的字头,由于空穴带正电而得此名):掺入少量杂质硼元素(或铟元素)的硅晶体(或锗晶体)中,由于半导体原子(如硅原子)被杂质原子取代,硼原子外层的三个外层电子与周围的半导体原子形成共价键的时候,会产生一个“空穴”,这个空穴可能吸引束缚电子来“填充”,使得硼原子成为带负电的离子。这样,这类半导体由于含有较高浓度的“空穴”(“相当于”正电荷),成为能够导电的物质。[2] 

单向导电性

(1)PN结加正向电压时导通:
PN结加正向电压时导通
如果电源的正极接P区,负极接N区,外加的正向电压有一部分降落在PN结区,PN结处于 正向偏置。电流便从P型一边流向N型一边,空穴和电子都向界面运动,使空间电荷区变窄,电流可以顺利通过,方向与PN结内 电场方向相反,削弱了内电场。于是,内 电场对多子扩散运动的阻碍减弱,扩散电流加大。扩散电流远大于 漂移电流,可忽略漂移电流的影响,PN结呈现低阻性。[6]  
 
(2)PN结加反向电压时截止:
PN结加反向电压时截止
如果电源的正极接N区,负极接P区,外加的反向电压有一部分降落在PN结区,PN结处于反向偏置。则空穴和电子都向远离界面的方向运动,使空间电荷区变宽,电流不能流过,方向与PN结内 电场方向相同,加强了内 电场。内电场对多子扩散运动的阻碍增强,扩散电流大大减小。此时PN结区的 少子在内电场作用下形成的 漂移电流大于扩散电流,可忽略扩散电流,PN结呈现高阻性。
PN结加正向电压时,呈现低 电阻,具有较大的正向扩散电流;PN结加反向电压时,呈现高电阻,具有很小的反向 漂移电流。由此可以得出结论:PN结具有单向导电性。[4]  

 

MOS管结构:

NMOS保证截止,发生在G电位小于等于S,PMOS保证截止,发生在G电位大于等于S。

 

寄生二极管是因为基底与Source连接形成的PN结。

 

上图为NMOS,为了在Gate与Pypte中加偏压形成N-Channel,BODY与S连接。

 

反向保护电路中用到PMOS,不用使用二极管是压降更小耗散无用功更少。别看有一个寄生正向二极管,但它完全没有用处。在电路正常通电时,GATE接在远低于D端的0电位上,此PMOS是完全导通的。反接电源时GATE的电位又远高于S端,PMOS完全截止。

 

上图是四轴中的一个H Brige,这里就是PMOS,NMOS驱动的典型用法。

 

一倍自举电路

 

两倍自举电路

 


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