第四章半导体二极管和晶体管
教学目标
本章课程通过对常用电子元器件、模拟电路及其系统的分析和设计的学习，使学生获得模拟电子技术方面的基础知识、基础理论和基本技能，为深入学习电子技术及其在专业中的应用打下基础。
1.掌握基本概念、基本电路、基本方法和基本实验技能。
2.具有能够继续深入学习和接受电子技术新发展的能力，以及将所学知识用于本专业的能力。
教学内容
1、半导体基础知识
2、PN结特性
3、晶体管
教学重点与难点
1、PN结的单向导电性、伏安特性
2、二极管的伏安特性及主要参数
3、三极管放大、饱和、截止三种模式的工作条件和性能特点
一、电子技术的发展
电子技术的发展很大程度上反映在元器件的发展上。
电子管→半导体管→集成电路
半导体元器件的发展：
1947年贝尔实验室制成第一只晶体管
1958年集成电路
1969年大规模集成电路
1975年超大规模集成电路
第一片集成电路只有4个晶体管，而1997年一片集成电路中有40亿个晶体管。有科学家预测，集成度还将按10倍/6年的速度增长，到2015或2020年达到饱和。
二、模拟信号与模拟电路
1、电子电路中信号的分类：
数字信号：离散性。
模拟信号：连续性。大多数物理量为模拟信号。
2、模拟电路
模拟电路是对模拟信号进行处理的电路。
最基本的处理是对信号的放大，有功能和性能各异的放大电路。模拟电路多以放大电路为基础。
3、数字电路
数字电路主要研究数字信号的存储、变换等内容，其主要包括门电路、组合数字电路、触发器、时序数字电路等。
数字电路的发展与模拟电路一样经历了由电子管、半导体分立器件到集成电路等几个时代。但其发展比模拟电路发展的更快。
三、电子信息系统的组成
四、模拟电子技术基础课的特点
1、工程性
实际工程需要证明其可行性。强调定性分析。
实际工程在满足基本性能指标的前提下总是容许存在一定的误差范围的。定量分析为“估算”。
近似分析要“合理”。抓主要矛盾和矛盾的主要方面。
电子电路归根结底是电路。不同条件下构造不同模型。
2. 实践性
常用电子仪器的使用方法
电子电路的测试方法
故障的判断与排除方法
EDA软件的应用方法
4.1 半导体基础知识
4.1.1 本征半导体
1、本征半导体
导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。
导体－－铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层电子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。
绝缘体－－惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导电。
半导体－－硅（Si）、锗（Ge），均为四价元素，它们原子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。
本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。
本征半导体导电性：与杂质浓度和温度有关
在绝对零度(-273℃)和没有外界影响时，所有价电子都被束缚在共价键内，晶体中没有自由电子，所以半导体不能导电。晶体中无载流子。
2、本征半导体的结构
由于热运动，具有足够能
量的价电子挣脱共价键
自由电子的产生使共
价键中留有一个空位
置，称为空穴
自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。
一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定；温度升高，热运
动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对的浓度加大。
3、本征半导体中的两种载流子
电子、空穴对产生、复合，维持动态平衡。对应的电子、空穴
浓度称为本征载流子浓度。
外加电场时，带负电的自由电子和带正电的空穴均参与导电，
且运动方向相反。由于数目很少，故导电性很差。
温度升高，热运动加剧，载流子浓度增大，导电性增强。热力
学温度0K时不导电。
4.1.2、杂质半导体
杂质半导体主要靠多数载流子导电。掺入杂质越多，多数载流子浓度越高，导电性越强，实现导电性可控。
1. N型半导体
在N型半导体中，自由电子为多子，空穴为少子，主要靠自由电子导电，掺入的杂质越多，多子（自由电子）的浓度就越高，导电性能就越强。
多数载流子
磷（P）施主杂
2、N型半导体
P型半导体主要靠空穴导电，自由电子为少子，空穴为多子，主要靠空穴导电，入杂质越多，空穴浓度越高，导电性越强，
4.1.3 PN 结的形成及其单向导电性
1、漂移电流(Drift Current)
在电场作用下，半导体中的载流子作定向飘移运动而形成的电流。
p n I I I +=，I n 电子电流，I p 空穴电流
多数载流子
硼（B ） 受主杂
2 扩散电流(Diffusion Current)
主要取决于该处载流子浓度差（即浓度梯度）。浓度差越大，扩散电流越大，而与该处的浓度值无关。
PN 结的形成
由于扩散运动使P区与N区的交界面缺少多数载流子，形成内电场，从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从N区向P区、自由电子从P区向N 区运动。
参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同，达到动态平衡，就形成了PN结。即扩散过去多少多子，就有多少少子漂移过来。
PN 结的单向导电性
PN结加正向电压导通：
耗尽层变窄，扩散运动加剧，由于外电源的作用，形成扩散电流，PN结处于导通状态。
)1(/-
?=T U u s
e I i 1
554/>>≈≈e e T
U u PN 结电流方程
U T 是热力学温度的电压当量， U T =kT/q =26mv
PN 结电流方程讨论
? 当u=100mV 时，
? 当u 比U T 大几倍时，
成指数变化。
? 当u <0 时,且|u |比U T 大几倍时
PN 结的击穿特性
当反向电压超过 U ( BR ) 后， |u | 稍有增加时，反向电流急剧增大，这种现象称为PN 结反向击穿(Breakdown)。
PN 结的电容效应 1. 势垒电容
PN 结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电相同，其等效电容称为势垒电容C b 。
2. 扩散电容
PN 结外加的正向电压变化时，PN 结两侧靠近空间电荷区的区域内，在扩散路程中载流子的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的过程，其等效电容称为扩散电容C d 。
结电容：
T
U u s s e I i /?≈s s I i -≈d
b j C C C +=
4.2 二极管
1、二极管的组成：将PN 结封装，引出两个电极，就构成了二极管。
二极管的伏安特性及电流方程：
单向导电性、伏安特性受温度影响 二极管的反向击穿：电击穿、热击穿
电击穿：二极管两端反向电压加到一定数值时，反向电流急剧增大，为反向击穿，可恢复。有齐纳击穿和雪崩击穿。
热击穿：二极管遭破坏。
二极管的等效电路及其应用：应根据不同情况选择不同的等效电路！
晶体二极管电路的应用 2、稳压管稳压电路主要参数
稳定电压U Z ：击穿后流过管子的电流为规定值时，管子两端的电压值。
额定功耗P Z ：由管子升温所限定的参数，使用时不允许超过此值。
稳定电流I Z = P Z / U Z ：
动态电阻r Z ：在击穿状态下，两端电压变化量与其电流变化量的比值。
温度系数α :表示单位温度变化引起稳压值的相对变化量。
mV)
26( )1e
(T S T
=-=U I i U u 常温下
4.3 晶体三级管
BJT：Bipolar Junction Transistor
——双极型晶体管
——（晶体三极管、半导体三极管）
﹡双极型器件
两种载流子（多子、少子）
一、晶体管的结构及其类型
NPN管的原理结构示意图电路符号
晶体管的结构
符号中发射极上的箭头方向，表
示发射结正偏时电流的流向。
PNP型三极管的原理结构电路符号
集电极
极
集电结
集电区
c b c
N＋衬底
N型外延
P
N＋
SiO2
绝缘层
集电结
基区发射区
发射结
集电区
N
平面管结构剖面图
结构特点
1、三区两结
2、基区很薄
3、e区重掺杂
c区轻掺杂
b区掺杂最轻
4、集电区的面积则比发射区做得大，这是三极管实现电流放大的内部条件。
二、晶体管的电流分配与放大作用
1、放大状态下晶体管中载流子的运动
BJT 处于放大状态的条件：
内部条件：发射区重掺杂(故管子e、c极不能互换)；基区很薄(几个 m)；集电结面积大
外部条件：发射结正偏；集电结反偏
NPN型晶体管的电流关系
外加偏置电压要求
对NPN管U C ＞U B＞U E 对NPN管U E＞U B ＞U C
2、电流分配关系
I EP :基区向发射区扩散所形成的空穴电流(很小) I CBO 集电区与基区之间的漂移运动所形成的电流(很小) 晶体管的主要功能：
电流控制（基极电流控制集电极电流） 电流放大（放大的比例关系一定） 3、直流电流放大系数
b
c e I B
I C I E
C
I B I E I +=C B
I I β=
β
200
~20=β
共射极直流电流放大系数
三、晶体管的特性曲线
晶体管特性曲线：描述晶体管各极电流与极间电压关系的曲线。
1、共射极输入特性曲线
它是指一定集电极和发射极电压U CE下，三极管的基极电流I B 与发射结电压U BE之间的关系曲线。
U CE=0时，e与c短路，发射结与集电结并联，特性类似PN 结。U CE增大时，曲线右移。
2、共射极输出特性曲线
i B/|ìA
u BE/
60
90
0.50.70.9
30
U CE＝0U CE≥1
共射组态晶体管的输出特性：它是指一定基极电流I B 下，三极管的输出回路集电极电流I C 与集电
结电压
U CE 之间的关系曲线。
放大区：
★发射结正向偏置， 集电结反向偏置u CE >u BE ，u BE >U on 1、基极电流 i B 对集电极电流 i C 的控制作用很强 2、u CE 变化时, i C 影响很小（恒流特性）
即： i C 仅取决于i B ，与输出环路的外电路无关。
饱和区：★发射结和集电结均正向偏置。临界饱和：u CE =u BE ，
u CB =0(集电结零偏)
1、i B 一定时，i C 比放大时要小；三极管的电流放大能力下降，通常有i C <βi B
2、u CE 一定时i B 增大，i C 基本不变
3、三极管的集电极和发射极近似短接，三极管类似于一个开关“导通”。
截止区：★发射结和集电结均反向偏置
饱和区
1半导体二极管及其 应用
模拟电子技术 电子技术：研究电子器件、电子电路及其应用的科学技术。 第一代电子器件 电真空器件：电子管和离子管 电子管的结构和工作原理 A ：有密封的管壳，内部抽到高真空。 B ：在热阴极电子管中，有个阴极。 C：阴极由灯丝加热，使温度升高发射出电子 D：电子受外加电场和磁场的作用下在真空中运动形成电子管中的电流。 电子管的主要特点电子管 A 体积大重量重耗电大寿命短 B 目前在一些大功率发射装置中使用 离子管 A：与电子管类似，也抽成真空管。 B：管子中的电流，除了电子外也有正离子。 第二代电子器件----晶体管
晶体管是用半导体材料制成的，也称为半导体器件（semiconductor device）or 固体器件（solid-state device）。 晶体管的主要特点 A体积小、重量轻 B寿命长、功耗低 C 受温度变化影响大 D过载能力较差。 E 加电压不能过高 2. 电子电路 电子器件与电阻、电感、电容、变压器、开关等元件适当连接起来所组成的电路。 电子电路的主要特点 控制方便工作灵敏响应速度快。 电子电路与普通电路的主要区别 1 电子电路包含电子器件 2.电子器件的特性往往是非线性的 3．电子电路必须采用非线性电路的分析方法分析
电子电路：分立电路集成电路 分立电路-----由各种单个的电子器件和元件构成的电路 主要特点 1 把许多元件和器件焊接在印刷电路板上 2焊点多，容易造成虚焊。 3体积大功耗大可靠性低 集成电路----（IC-integrated circuit）-----把许多晶体管与电阻等元件制作在同一块硅片上的电路 集成电路的主要特点 1 体积小重量轻 2 功耗小 3 可靠性高 4 寿命长 世界上第一块集成电路在1959年美国的德州仪器公司和西屋电气公司诞生，电路上仅集成了四只晶体管。
第四章半导体二极管和晶体管 教学目标 本章课程通过对常用电子元器件、模拟电路及其系统的分析和设计的学习，使学生获得模拟电子技术方面的基础知识、基础理论和基本技能，为深入学习电子技术及其在专业中的应用打下基础。 1.掌握基本概念、基本电路、基本方法和基本实验技能。 2.具有能够继续深入学习和接受电子技术新发展的能力，以及将所学知识用于本专业的能力。 教学内容 1、半导体基础知识 2、PN结特性 3、晶体管 教学重点与难点 1、PN结的单向导电性、伏安特性 2、二极管的伏安特性及主要参数 3、三极管放大、饱和、截止三种模式的工作条件和性能特点 一、电子技术的发展 电子技术的发展很大程度上反映在元器件的发展上。
电子管→半导体管→集成电路 半导体元器件的发展： 1947年贝尔实验室制成第一只晶体管 1958年集成电路 1969年大规模集成电路 1975年超大规模集成电路 第一片集成电路只有4个晶体管，而1997年一片集成电路中有40亿个晶体管。有科学家预测，集成度还将按10倍/6年的速度增长，到2015或2020年达到饱和。 二、模拟信号与模拟电路 1、电子电路中信号的分类： 数字信号：离散性。 模拟信号：连续性。大多数物理量为模拟信号。 2、模拟电路 模拟电路是对模拟信号进行处理的电路。 最基本的处理是对信号的放大，有功能和性能各异的放大电路。模拟电路多以放大电路为基础。 3、数字电路 数字电路主要研究数字信号的存储、变换等内容，其主要包括门电路、组合数字电路、触发器、时序数字电路等。 数字电路的发展与模拟电路一样经历了由电子管、半导体分立器件到集成电路等几个时代。但其发展比模拟电路发展的更快。
分析计算题 14-301、 二极管电路如图所示，试判断图中的二极管是导通还是截止，并求出AO两端电压V AO。设二极管是理想的。 解图a：将D断开，以O点为电位参考点，D的阳极电位为－6 V，阴极电位为－12 V，故D处于正向偏置而导通，V AO=–6 V。 图b：对D1有阳极电位为0V，阴极电位为－12 V，故D1导通，此后使D2的阴极电位为0V，而其阳极为－15 V，故D2反偏截止，V AO=0 V。 图c：对D1有阳极电位为12 V，阴极电位为0 V，对D2有阳极电位为12 V，阴极电位为－6V．故D2更易导通，此后使V A＝－6V；D1反偏而截止，故V AO＝－6V。 14-302、图示放大电路中，电容C E断开后电路的电压放大倍数的大小将（） A.减小 B.增大 C.忽大忽小 D.保持不变
14-303、理想二极管构成的电路如题2图，其输出电压u 0为（ ） A ．-6V B ．0V C ．+3V D ．+9V 14-304、某锗三极管测得其管脚电位如题3图所示，则可判定该管处在（ ） A ．放大状态 B ．饱和状态 C ．截止状态 D ．无法确定伏态 14-305、图13为稳压管稳压电路，分析当负载电阻不变，电网电压上升时，该 电路的稳压原理。[3分] 图 13解：U i →U o ↑→I Z ↑→I R ↑→U R ↑→U o ↓ 14-306、如图1.1所示，二极管正向压降忽略不计，试求下列各种情况下输出端F 点的电位和电阻R 、二极管V DA 、V DB 中流过的电流。 （1）V A =V B =0V （2）V A =6V ，V B =0（3）V A =V B =6V 。 图1.1 R ＋ － U i I R V I Z R L I L U o
第1章半导体二极管及其基本电路 自测题 判断下列说法是否正确，用“√”和“?”表示判断结果填入空内 1. 半导体中的空穴是带正电的离子。（?） 2. 温度升高后，本征半导体内自由电子和空穴数目都增多，且增量相等。（√） 3. 因为P型半导体的多子是空穴，所以它带正电。（?） 4. 在N型半导体中如果掺入足够量的三价元素，可将其改型为P型半导体。（√） 5. PN结的单向导电性只有在外加电压时才能体现出来。（√） 选择填空 1. N型半导体中多数载流子是 A ；P型半导体中多数载流子是B。 A．自由电子 B．空穴 2. N型半导体C；P型半导体C。 A．带正电 B．带负电 C．呈电中性 3. 在掺杂半导体中，多子的浓度主要取决于B，而少子的浓度则受 A 的影响很大。 A．温度 B．掺杂浓度 C．掺杂工艺 D．晶体缺陷 4. PN结中扩散电流方向是A；漂移电流方向是B。 A．从P区到N区 B．从N区到P区 5. 当PN结未加外部电压时，扩散电流C飘移电流。 A．大于 B．小于 C．等于 6. 当PN结外加正向电压时，扩散电流A漂移电流，耗尽层E；当PN结外加反向电压时，扩散电流B漂移电流，耗尽层D。 A．大于 B．小于 C．等于 D．变宽 E．变窄 F．不变 7. 二极管的正向电阻B，反向电阻A。 A．大 B．小 8. 当温度升高时，二极管的正向电压B，反向电流A。 A．增大 B．减小 C．基本不变 9. 稳压管的稳压区是其工作在C状态。 A．正向导通 B．反向截止 C．反向击穿有A、B、C三个二极管，测得它们的反向电流分别是2?A、0.5?A、5?A；在外加相同的正向电压时，电流分别为10mA、 30mA、15mA。比较而言，哪个管子的性能最好【解】：二极管在外加相同的正向电压下电流越大，其正向电阻越小；反向电流越小，其单向导电性越好。所以B管的性能最好。 题习题1 试求图所示各电路的输出电压值U O，设二极管的性能理想。
第一章半导体二极管 内容提要：本章介绍半导体二极管的工作原理、特性曲线和参数。半导体器件的基础是PN结，为此对PN结的形成和电特性也给予了必要的介绍。 目前最基本的电子器件主要有三大类: 电子管 半导体器件 集成电路
本章主要介绍现代电子器件——集成电路的基础器件，半导体二极管和三极管的基本知识，工作原理，特性曲线和参数。 1.1 半导体的基本知识 物体有导体、半导体和绝缘体之分，它们是根据物体的导电能力来划分的。导电能力往往用电阻率来表示，单位是Ωcm。一般规定半导体的电阻率在10-3～109Ωcm之间。典型的半导体有硅Si和锗Ge，以及砷化镓GaAs等。硅和锗在元素周期表上是四价元素，砷化镓则属于半导体化合物。 1.1.1 本征半导体 1.1.1.1 本征半导体的定义 是化学成分纯净的半导体，它在物理结构上有多晶体和单晶体两种形态，制造半导体器件必须使用单晶体，即整个一块半导体材料是由一个晶体组成的。制造半导体器件的半导体材料纯度要求很高，要达到99.9999999%，常称为"九个9"。 1.1.1.2 本征半导体的共价键结构 硅和锗是四价元素，在原子最外层轨道上的四个电子称为价电子。根据化学的知识可以知道，最外层的价电子受原子核的束缚力最小，容易脱离原子核的束缚而参与导电。在半导体晶体中，最外层的价电子分别与周围的四个原子的价电子形成共价健。 1.1.1.2 电子空穴对 当半导体处于热力学温度0 K时，导体中没有自由电子。当温度升高大于0 K时，或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原子核的束缚，成为自由电子，从而可能参与导电。这一现象称为本征激发（也称热激发）。本征激发会产生如下物理过程:在自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，原子的电中性被破坏，呈
第1章半导体二极管及其应用 本章要点 ●半导体基础知识 ●PN结单向导电性 ●半导体二极管结构、符号、伏安特性及应用 ●特殊二极管 本章难点 ●半导体二极管伏安特性 ●半导体二极管应用 半导体器件是近代电子学的重要组成部分。只有掌握了半导体器件的结构、性能、工作原理和特点，才能正确地选择和合理使用半导体器件。半导体器件具有体积小、重量轻、功耗低、可靠性强等优点，在各个领域中得到了广泛的应用。半导体二极管和三极管是最常用的半导体器件，而PN结又是组成二极管和三极管及各种电子器件的基础。本章首先介绍有关半导体的基础知识，然后将重点介绍二极管的结构、工作原理、特性曲线、主要参数以及应用电路等，为后面各章的学习打下基础。 1.1 PN结 1.1.1 半导体基础知识 1. 半导体特性 自然界中的各种物质，按其导电能力划分为：导体、绝缘体、半导体。导电能力介于导体与绝缘体之间的，称之为半导体。导体如金、银、铜、铝等；绝缘体如橡胶、塑料、云母、陶瓷等；典型的半导体材料则有硅、锗、硒及某些金属氧化物、硫化物等，其中，用来制造半导体器件最多的材料是硅和锗。 半导体之所以用来制造半导体器件，并不在于其导电能力介于导体与绝缘体之间，而在于其独特的导电性能，主要表现在以下几个方面。 (1) 热敏性：导体的导电能力对温度反应灵敏，受温度影响大。当环境温度升高时，其导电能力增强，称为热敏性。利用热敏性可制成热敏元件。 (2) 光敏性：导体的导电能力随光照的不同而不同。当光照增强时，导电能力增强，称为光敏性。利用光敏性可制成光敏元件。 (3) 掺杂性：导体更为独特的导电性能体现在其导电能力受杂质影响极大，称为掺杂性。这里所说的“杂质”，是指某些特定的纯净的其他元素。在纯净半导体中，只要掺入极微量的杂质，导电能力就急剧增加。一个典型的数据是：如在纯净硅中，掺入百万分之
第一章 半导体二极管极其电路 1、 什么是本征半导体？什么是杂质半导体（N 型、P 型）？ 本征半导体是非常纯净的半导体晶体，而在单晶半导体内，原子按晶体结构排列得非常 整齐。杂质半导体：掺入微量元素的本征半导体，例：N 型掺入五价元素磷，P 型掺入三价 元素硼。 2、在半导体中有几种载流子？半导体的导电方式与金属的导电方式有什么不同？ 答：在半导体中有两种载流子，电子和空穴。而金属导体中只有自由电子参与导电。 3、如何理解电子-空穴对的产生和复合？ 电子空穴对的产生与复合是由于自由电子的移动，空穴并不是真正存在的粒子，电子填充空穴位置即复合。电子离开空穴即产生。 4、在PN 结中什么是扩散电流？什么是漂移电流？ 答：PN 结两侧的P 型半导体、N 型半导体掺入的杂质元素不同，其载流子浓度也不相同。由于存在载流子浓度的差异，载流子会从浓度高的区域向浓度低的区域运动，通常把这种运动称为扩散运动，把扩散运动产生的电流称为扩散电流。 在内电场的作用下，N 区的少数载流子（空穴）会向P 区做定向运动，同样P 区的少数载流子（自由电子）会向N 区做定向运动，这种运动称为漂移运动，由漂移运动产生的电流称为漂移电流。 5、说明扩散运动、漂移运动对空间电荷区（耗尽层）的影响。 答：扩散运动会使空间电荷区变宽、内电场加大；内电场的产生和加强又阻止了多子的扩散， 有助于少子的漂移，结果使空间电荷区变窄，削弱了内电场，如此反复，在P 区和N 区之间，多子的扩散和少子的漂移会形成动态平衡，扩散电流等于漂移电流，总电流等于零，空间电荷区宽度一定，内电场强度一定，PN 结呈电中性。 6、写出PN 结的伏安特性表达式并绘出响应的曲线。 答：PN 结的伏安特性可用下式描述：)1e (T D /s D -=nV v I i 7、 解释雪崩击穿、齐纳击穿、热击穿形成的原因，并说明热击穿与电击穿的异同。 雪崩击穿：当加在PN 结两端反向电压足够大时 PN 结内的自由电子数量激增导致反向电流迅速增大，导致击穿。 齐纳击穿：在PN 结两端加入高浓度的杂质，在不太高的反向电压作用下同样会使反向电流迅 迅增大产生击穿 热击穿：加在PN 结两端的电压和流过PN 结电流的乘积大于PN 结允许的耗散功率，PN 结会因为热量散发不出去而被烧毁
在自然界中，根据材料的导电能力，我们可以将他们划分导体、绝缘体和半导体。常见的导体如铜和铝、常见的绝缘体如橡胶、塑料等。什么是半导体呢半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间，常见的半导体材料有硅（Si）和锗（Ge）。到此，请记住两种半导体材料：硅、锗。因为以后你会听说硅管、锗管。意思很明显，说明这种二极管或三极管是用硅或锗作为基材的。 半导体硅原子结构图 半导体有几个特性有必要了解一下：热敏性、光敏性和掺杂性； 半导体的热敏性：半导体的导电能力受温度影响较大，当温度升高时，半导体的导电能力大大增强，被称为半导体的热敏性。利用半导体的热敏性可制成热敏元件，在汽车上应用的热敏元件有温度传感器，如水温传感器、进气温度传感器等。 半导体硅的空穴和自由电子示意图 半导体的光敏性：半导体的导体的导电能力随光照的不同而不同。当光照增强时，导电能力增强，称为半导体光敏性。利用光敏性可制成光敏元件。在汽车上应用的光敏元件有汽车自动空调上应用的光照传感器。 半导体的掺杂性：当在导体中掺入少量杂质，半导体的导电性能增加。 什么是本征半导体、P型半导体和N型半导体，有哪些区别 本征半导体：纯净的半导体称为本征半导体。 P型半导体：在本征半导体硅或锗中掺入微量的三价元素硼（B）或镓，就形成P型半导体。 P型半导体示意图－空穴是多数载流子 N型半导体：在本征半导体硅或锗中掺入微量的五价元素磷（P）就形成N型半导体。 N型半导体中自由电子是多数载流子
PN结和二极管 在半导体硅或锗中一部分区域掺入微量的三价元素硼使之成为P型，另一部分区域掺入微量的五价元素磷使之成为N型半导体。在P型和N型半导体的交界处就形成一个PN 结。一个PN结就是一个二极管，P区的引线称为阳极，N区的引线称为阴极。 二极管结构图：P区引线成为阳极、N区引线成为阴极 二极管的单向导电性能 二极管具前单向导电性能， （1）正向导通：当PN结加上正向电压，即P区接蓄电池正级，N区接蓄电池负极时，PN结处于导通状态，如图所示，试灯有电流通过，点亮。 二极管正向导通示意图 注意二极管正向导通时存在着电压降，什么意思呢如果蓄电池电压是12V，则试灯上的电压一定小于12V，大约是吧，哪在那里呢在二极管上，这就是二极管的电压降。二极管的电压降取决于二极管采用的是锗管还是硅管：锗管的电压降是左右；而硅管的电压降是左右。如果蓄电池电压低于二极管正常导通的电压降，则二极管将不能导通。这个原理的重要性在二极管你可能体会不到，但是到了三极管就显的非常重要了。 （2）反向截止：当PN结加上反正电压，即P区接蓄电池负极，N区接蓄电池正极时，PN结处于截止状态，如图所示，试灯没有电流通过，不能点亮。 二极管反向截止示意图 二极管接反向电压时，存在着一个耐压的问题：如果加在二极管的反向电压过高，二极管受不了，就会击穿，此时二极管不在处于截止状态，而是处于导通状态。如果我们设定一个击穿电压，当达到反向击穿电压时，二极管会击穿导通。如果现在电压又小于了
第1章半导体二极管及其基本电路 教学内容与要求 本章介绍了半导体基础知识、半导体二极管及其基本应用和几种特殊二极管。教学内容与教学要求如表所示。要求正确理解杂质半导体中载流子的形成、载流子的浓度与温度的关系以及PN结的形成过程。主要掌握半导体二极管在电路中的应用。 表第1章教学内容与要求 内容提要 1.2.1半导体的基础知识 1．本征半导体 高度提纯、结构完整的半导体单晶体叫做本征半导体。常用的半导体材料是硅(Si)和锗(Ge)。本征半导体中有两种载流子：自由电子和空穴。自由电子和空穴是成对出现的，称为电子空穴对，它们的浓度相等。 本征半导体的载流子浓度受温度的影响很大，随着温度的升高，载流子的浓度基本按指数规律增加。但本征半导体中载流子的浓度很低，导电能力仍然很差， 2．杂质半导体 (1)N型半导体本征半导体中，掺入微量的五价元素构成N型半导体，N型半导体中的多子是自由电子，少子是空穴。N型半导体呈电中性。 (2) P型半导体本征半导体中，掺入微量的三价元素构成P型半导体。P型半导体中的多子是空穴，少子是自由电子。P型半导体呈电中性。 在杂质半导体中，多子浓度主要取决于掺入杂质的浓度，掺入杂质越多，多子浓度就越大。而少子由本征激发产生，其浓度主要取决于温度，温度越高，少子浓度越大。 1.2.2 PN结及其特性
1．PN 结的形成 在一块本征半导体上，通过一定的工艺使其一边形成N 型半导体，另一边形成P 型半导体，在P 型区和N 型区的交界处就会形成一个极薄的空间电荷层，称为PN 结。PN 结是构成其它半导体器件的基础。 2．PN 结的单向导电性 PN 结具有单向导电性。外加正向电压时，电阻很小，正向电流是多子的扩散电流，数值很大，PN 结导通；外加反向电压时，电阻很大，反向电流是少子的漂移电流，数值很小，PN 结几乎截止。 3. PN 结的伏安特性 PN 结的伏安特性： )1(T S -=U U e I I 式中，U 的参考方向为P 区正，N 区负，I 的参考方向为从P 区指向N 区；I S 在数值上等于反向饱和电流；U T =KT /q ，为温度电压当量，在常温下，U T ≈26mV 。 (1) 正向特性 0>U 的部分称为正向特性，如满足U ??U T ，则T S U U e I I ≈，PN 结的正向电流I 随正向电压U 按指数规律变化。 (2) 反向特性 0>，则S I I -≈，反向电流与反向电 压的大小基本无关。 (3) 击穿特性 当加到PN 结上的反向电压超过一定数值后，反向电流急剧增加，这种现象称为PN 结反向击穿，击穿按机理分为齐纳击穿和雪崩击穿两种情况。 4. PN 结的电容效应 PN 结的结电容C J 由势垒电容C B 和扩散电容C D 组成。C B 和C D 都很小，只有在信号频率较高时才考虑结电容的作用。当PN 结正向偏置时，扩散电容C D 起主要作用，当PN 结反向偏置时，势垒电容C B 起主要作用。 1.2.3 半导体二极管 1. 半导体二极管的结构和类型 半导体二极管是由PN 结加上电极引线和管壳组成。 二极管种类很多，按材料来分，有硅管和锗管两种；按结构形式来分，有点接触型、面接触型和硅平面型几种。 2. 半导体二极管的伏安特性 半导体二极管的伏安特性是指二极管两端的电压u D 和流过二极管的电流i D 之间的关系。它的伏安特性与PN 结的伏安特性基本相同，但又有一定的差别。在近似分析时，可采用PN 结的伏安特性来描述二极管的伏安特性。 3. 温度对二极管伏安特性的影响 温度升高时，二极管的正向特性曲线将左移，温度每升高1o C ，PN 结的正向压降约减小（2~）mV 。 二极管的反向特性曲线随温度的升高将向下移动。当温度每升高10 o C 左右时，反向饱和电流将加倍。 4. 半导体二极管的主要参数 二极管的主要参数有：最大整流电流I F ；最高反向工作电压U R ；反向电流I R ；最高工作频率f M 等。由于制造工艺所限，即使同一型号的管子，参数也存在一定的分散性，因此手册上往往给出的是参数的上限值、下限值或范围。 5. 半导体二极管的模型 常用的二极管模型有以下几种：
第1章半导体二极管及其应用习题解答
第1章半导体二极管及其基本电路 1.1 教学内容与要求 本章介绍了半导体基础知识、半导体二极管及其基本应用和几种特殊二极管。教学内容与教学要求如表1.1所示。要求正确理解杂质半导体中载流子的形成、载流子的浓度与温度的关系以及PN结的形成过程。主要掌握半导体二极管在电路中的应用。 表1.1 第1章教学内容与要求 1.2 内容提要 1.2.1半导体的基础知识 1．本征半导体 高度提纯、结构完整的半导体单晶体叫做本征半导体。常用的半导体材料是硅(Si)和锗(Ge)。本征半导体中有两种载流子：自由电子和空穴。自由电子和空穴是成对出现的，称为电子空穴对，它们的浓度相等。 本征半导体的载流子浓度受温度的影响很大，随着温度的升高，载流子的浓度基本按指数规律增加。但本征半导体中载流子的浓度很低，导电能力仍然很差， 2．杂质半导体
(1) N 型半导体 本征半导体中，掺入微量的五价元素构成N 型半导体，N 型半导体中的多子是自由电子，少子是空穴。N 型半导体呈电中性。 (2) P 型半导体 本征半导体中，掺入微量的三价元素构成P 型半导体。P 型半导体中的多子是空穴，少子是自由电子。P 型半导体呈电中性。 在杂质半导体中，多子浓度主要取决于掺入杂质的浓度，掺入杂质越多，多子浓度就越大。而少子由本征激发产生，其浓度主要取决于温度，温度越高，少子浓度越大。 1.2.2 PN 结及其特性 1．PN 结的形成 在一块本征半导体上，通过一定的工艺使其一边形成N 型半导体，另一边形成P 型半导体，在P 型区和N 型区的交界处就会形成一个极薄的空间电荷层，称为PN 结。PN 结是构成其它半导体器件的基础。 2．PN 结的单向导电性 PN 结具有单向导电性。外加正向电压时，电阻很小，正向电流是多子的扩散电流，数值很大，PN 结导通；外加反向电压时，电阻很大，反向电流是少子的漂移电流，数值很小，PN 结几乎截止。 3. PN 结的伏安特性 PN 结的伏安特性： )1(T S -=U U e I I 式中，U 的参考方向为P 区正，N 区负，I 的参考方向为从P 区指向N 区；I S 在数值上等于反向饱和电流；U T =KT /q ，为温度电压当量，在常温下，U T ≈26mV 。
半导体二极管及其应用 习题解答 Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT
第1章半导体二极管及其基本电路 教学内容与要求 本章介绍了半导体基础知识、半导体二极管及其基本应用和几种特殊二极管。教学内容与教学要求如表所示。要求正确理解杂质半导体中载流子的形成、载流子的浓度与温度的关系以及PN结的形成过程。主要掌握半导体二极管在电路中的应用。 表第1章教学内容与要求 内容提要 1.2.1半导体的基础知识 1．本征半导体 高度提纯、结构完整的半导体单晶体叫做本征半导体。常用的半导体材料是硅(Si)和锗(Ge)。本征半导体中有两种载流子：自由电子和空穴。自由电子和空穴是成对出现的，称为电子空穴对，它们的浓度相等。 本征半导体的载流子浓度受温度的影响很大，随着温度的升高，载流子的浓度基本按指数规律增加。但本征半导体中载流子的浓度很低，导电能力仍然很差， 2．杂质半导体
(1) N 型半导体 本征半导体中，掺入微量的五价元素构成N 型半导体，N 型半导体中的多子是自由电子，少子是空穴。N 型半导体呈电中性。 (2) P 型半导体 本征半导体中，掺入微量的三价元素构成P 型半导体。P 型半导体中的多子是空穴，少子是自由电子。P 型半导体呈电中性。 在杂质半导体中，多子浓度主要取决于掺入杂质的浓度，掺入杂质越多，多子浓度就越大。而少子由本征激发产生，其浓度主要取决于温度，温度越高，少子浓度越大。 1.2.2 PN 结及其特性 1．PN 结的形成 在一块本征半导体上，通过一定的工艺使其一边形成N 型半导体，另一边形成P 型半导体，在P 型区和N 型区的交界处就会形成一个极薄的空间电荷层，称为PN 结。PN 结是构成其它半导体器件的基础。 2．PN 结的单向导电性 PN 结具有单向导电性。外加正向电压时，电阻很小，正向电流是多子的扩散电流，数值很大，PN 结导通；外加反向电压时，电阻很大，反向电流是少子的漂移电流，数值很小，PN 结几乎截止。 3. PN 结的伏安特性 PN 结的伏安特性： )1(T S -=U U e I I 式中，U 的参考方向为P 区正，N 区负，I 的参考方向为从P 区指向N 区；I S 在数值上等于反向饱和电流；U T =KT /q ，为温度电压当量，在常温下，U T ≈26mV 。
课题 1.1 半导体二极管 课型 新课授课班级授课时数 2 教学目标 1．熟识二极管的外形和符号。 2．掌握二极管的单向导电性。 3．理解二极管的伏安特性、理解二极管的主要参数。 教学重点 二极管的单向导电性。 教学难点 二极管的反向特性。 学情分析 教学效果 教后记
新课 A．引入 自然界中的物质，按导电能力的不同，可分为导体和绝缘体。人们又发现还有一类物质，它们的导电能力介于导体和绝缘体之间，那就是 半导体。 B．新授课 1.1半导体二极管 1.1.1什么是半导体 1．半导体：导电能力随着掺入杂质、输入电压（电流）、温度和光照条件的不同而发生很大变化，人们把这一类物质称为半导体。 2．载流子：半导体中存在的两种携带电荷参与导电的“粒子”。 （1）自由电子：带负电荷。 （2）空穴：带正电荷。 特性：在外电场的作用下，两种载流子都可以做定向移动，形成电流。 3．N型半导体：主要靠电子导电的半导体。 即：电子是多数载流子，空穴是少数载流子。 4．P型半导体：主要靠空穴导电的半导体。 即：空穴是多数载流子，电子是少数载流子。 1.1.2PN结 1．PN结：经过特殊的工艺加工，将P型半导体和N型半导体紧密地结合在一起，则在两种半导体的交界面就会出现一个特殊的接触面，称为PN结。 2．实验演示 （1）实验电路 （2）现象 所加电压的方向不同，电流表指针偏转幅度不同。 （3）结论 PN结加正向电压时导通，加反向电压时截止，这种特性称为PN结的单向导电性。 3．反向击穿：PN结两端外加的反向电压增加到一定值时，反向电流急剧增大，称为PN结的反向击穿。 4．热击穿：若反向电流增大并超过允许值，会使PN结烧坏，称为热击穿。 5．结电容（讲解） （引入实验电路，观察现象）
第十四章二极管和晶体管 第十四章 二极管和晶体管 一、本章提要 介绍二极管和晶体管的基本结构、工作原理、特性和参数，PN结的构成是各种半导体器件的共同基础。此外本章还介绍了稳压管和几种光电器件。 二、本章课时安排 章节序号及名称主要内容学时分配本章总学时 14.1半导体的导电特性介绍本征半导体、杂质半导体、N型半导体和P 型半导体的基本概念。 1学时 14.2 PN结及其单向导电性1 PN结的构成； 2 PN结的单向导电性。 0.5学时 14.3 二极管二极管的结构、伏安特性和参数。 0.5学时14.4 稳压二极管 稳压管的工作原理、伏安特性和主要参数。 0.5学时14.5 晶体管晶体管的基本结构、电流分配和放大原理、伏安 特性和主要参数。 1学时 14.6 光电器件 光电器件：发光二极管、光电二极管和光电晶体 管。 0.5学时 4学时 14.1 半导体的导电特性 一、相关内容回顾 自1948年第一个晶体管问世以来，半导体技术有了飞跃的发展由于半导体器件具有重量轻、体积小、耗电少、寿命长、，工作可靠等突出优点，在现代工业、现代农业、现代国防和现代科学技术中获得了广泛的应用。 导体二极管和三极管是最常用的半导体器件，虽然在物理课中有所了解，但为了理论的系统化、我们还要从讨论半导体的导电特性和PN结的基本原理(特别是它的单向导电性)开始。因为PN结是构成各种半导体器件的共同基础，了解二极管和三极管的基本结构，工作原理、特性和参数，是学习电子技术和分析电子电路必不可少的基础。 二、重点及难点 1.教学重点： (1)本征半导体与杂质半导体的概念； (2)N型半导体和P型半导体的概念。 2.教学难点： (1)本征半导体和杂质半导体的特点和导电机理； (2)杂质半导体分为N型半导体和P型半导体两种，它们的特点和导电机理。 1
第1章半导体二极管及其基本电路 1.1 教学内容与要求 本章介绍了半导体基础知识、半导体二极管及其基本应用和几种特殊二极管。教学内容与教学要求如表1.1所示。要求正确理解杂质半导体中载流子的形成、载流子的浓度与温度的关系以及PN结的形成过程。主要掌握半导体二极管在电路中的应用。 表1.1 第1章教学内容与要求 1.2 内容提要 1.2.1半导体的基础知识 1．本征半导体 高度提纯、结构完整的半导体单晶体叫做本征半导体。常用的半导体材料是硅(Si)和锗(Ge)。本征半导体中有两种载流子：自由电子和空穴。自由电子和空穴是成对出现的，称为电子空穴对，它们的浓度相等。 本征半导体的载流子浓度受温度的影响很大，随着温度的升高，载流子的浓度基本按指数规律增加。但本征半导体中载流子的浓度很低，导电能力仍然很差， 2．杂质半导体 (1) N型半导体本征半导体中，掺入微量的五价元素构成N型半导体，N型半导体中的多子是自由电子，少子是空穴。N型半导体呈电中性。 (2) P型半导体本征半导体中，掺入微量的三价元素构成P型半导体。P型半导体中的多子是空穴，少子是自由电子。P型半导体呈电中性。 在杂质半导体中，多子浓度主要取决于掺入杂质的浓度，掺入杂质越多，多子浓度就越大。而少子由本征激发产生，其浓度主要取决于温度，温度越高，少子浓度越大。 1.2.2 PN结及其特性 1．PN结的形成 在一块本征半导体上，通过一定的工艺使其一边形成N型半导体，另一边形成P型半
导体，在P 型区和N 型区的交界处就会形成一个极薄的空间电荷层，称为PN 结。PN 结是构成其它半导体器件的基础。 2．PN 结的单向导电性 PN 结具有单向导电性。外加正向电压时，电阻很小，正向电流是多子的扩散电流，数值很大，PN 结导通；外加反向电压时，电阻很大，反向电流是少子的漂移电流，数值很小，PN 结几乎截止。 3. PN 结的伏安特性 PN 结的伏安特性： )1(T S -=U U e I I 式中，U 的参考方向为P 区正，N 区负，I 的参考方向为从P 区指向N 区；I S 在数值上等于反向饱和电流；U T =KT /q ，为温度电压当量，在常温下，U T ≈26mV 。 (1) 正向特性 0>U 的部分称为正向特性，如满足U >>U T ，则T S U U e I I ≈，PN 结的 正向电流I 随正向电压U 按指数规律变化。 (2) 反向特性 0>，则S I I -≈，反向电流与反向电压的大小基本无关。 (3) 击穿特性 当加到PN 结上的反向电压超过一定数值后，反向电流急剧增加，这种现象称为PN 结反向击穿，击穿按机理分为齐纳击穿和雪崩击穿两种情况。 4. PN 结的电容效应 PN 结的结电容C J 由势垒电容C B 和扩散电容C D 组成。C B 和C D 都很小，只有在信号频率较高时才考虑结电容的作用。当PN 结正向偏置时，扩散电容C D 起主要作用，当PN 结反向偏置时，势垒电容C B 起主要作用。 1.2.3 半导体二极管 1. 半导体二极管的结构和类型 半导体二极管是由PN 结加上电极引线和管壳组成。 二极管种类很多，按材料来分，有硅管和锗管两种；按结构形式来分，有点接触型、面接触型和硅平面型几种。 2. 半导体二极管的伏安特性 半导体二极管的伏安特性是指二极管两端的电压u D 和流过二极管的电流i D 之间的关系。它的伏安特性与PN 结的伏安特性基本相同，但又有一定的差别。在近似分析时，可采用PN 结的伏安特性来描述二极管的伏安特性。 3. 温度对二极管伏安特性的影响 温度升高时，二极管的正向特性曲线将左移，温度每升高1o C ，PN 结的正向压降约减小（2~2.5）mV 。 二极管的反向特性曲线随温度的升高将向下移动。当温度每升高10 o C 左右时，反向饱和电流将加倍。 4. 半导体二极管的主要参数 二极管的主要参数有：最大整流电流I F ；最高反向工作电压U R ；反向电流I R ；最高工作频率f M 等。由于制造工艺所限，即使同一型号的管子，参数也存在一定的分散性，因此手册上往往给出的是参数的上限值、下限值或范围。 5. 半导体二极管的模型 常用的二极管模型有以下几种：
第7章半导体二极管和三极管 7.1 半导体的基本知识 7.2 PN结 7.3 半导体二极管 7.4 稳压二极管 7.5 半导体三极管
第7章半导体二极管和三极管 本章要求： 一、理解PN结的单向导电性，三极管的电流分配和 电流放大作用； 二、了解二极管、稳压管和三极管的基本构造、工 作原理和特性曲线，理解主要参数的意义；三、会分析含有二极管的电路。
对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和正确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器件的目的在于应用。 学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况，对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似，以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。 对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标，就不要过分追究精确的数值。 器件是非线性的、特性有分散性、RC 的值有误差、工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。
7.1 半导体的基本知识 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
7.1.1 本征半导体 完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。 晶体中原子的排列方式 硅单晶中的共价健结构 共价健 共价键中的两个电子，称为价电子。 Si Si Si Si 价电子
Si Si Si Si 价电子 价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为空穴（带正电）。 本征半导体的导电机理这一现象称为本征激发。 空穴温度愈高，晶体中产 生的自由电子便愈多。 自由电子 在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。
第三章 场效应管及其放大电路 1. JEFT 有两种类型，分别是N 沟道结型场效应管和P 沟道结型场效应管 2. 在JFET 中： （1） 沟道夹断：假设0=DS v ，如图所示。由于 0=DS v ，漏极和源极间短路，使整个沟道内没有压降，即整个沟道内的电位与源极的相同。令反偏的栅-源电压GS v 由零向负值增大，使PN 结处于反偏状态，此时，耗尽层将变宽；由于在结型场效应管制作中，P 区的浓度远大于N 区的浓度，所以，耗尽层主要在N 沟道内变宽，随着耗尽层宽度加大，沟道变窄，沟道内的电阻增大。继续反响加大GS v ，耗尽层将在沟道内合拢，此时，沟道电阻將变的无穷大，这种现象成为沟道夹断 （2）在DS v 较小时，DS v 的加大虽然会增大沟道内的电阻，但这种影响不是很明显，沟道仍处于比较宽的状态，即沟道的电阻在DS v 比较小的时候基本不变，此时加大DS v ，会使D i 迅速增加，D i 与DS v 近似为线性关系。加大DS v ，沟道内的耗尽层会逐渐变宽，沟道电阻增加，D i 随DS v 的上升，速度会变缓。当||P DS V v =时，楔形沟道会在A 点处合拢，这种现象称为预夹断。 3. 解： （1）（a ）为N 沟道场效应管 （b ）为P 沟道场效应管 （2）（a ）V V P 4-= （b ）V V P 4= （3）（a ）A I DSS 5= （b ）A I DSS 5-= （4）电压DS v 与电流D i 具有相同的极性且与GS v 极性相反，因而，电压DS v 的极性可根据D i 或GS v 的极性判断 4.解：
当JFET 工作在饱和区时，有关系式：2)1(P GS DSS D V V I i -= 5. 解：在P 沟道JFET 中，要求栅-源电压GS v 极性为正，漏源电压DS v 的极性为负，夹断电源P V 的极性为正 6. 解：MOS 型场效应管的详细分类 7. 解： 耗尽型是指，当0=GS v 时，即形成沟道，加上正确的GS v 时，能使对数载流子流出沟道， 因而“耗尽”了载流子，使管子转向截止。 增强型是指， 当0=GS v 时管子是呈截止状态，加上正确的GS v 后，多数载流子被吸引到栅极，从而“增强”了该区域的载流子，形成导电沟道。 8. MOS 管工作时一定要保证PN 结反偏。因此输入电阻非常大。 9. a.N 沟道耗尽型MOS 管 VP=-3V b P 沟道耗尽型 VP=4V c N 沟道增强型MOS 管 VT=2V d P 沟道增强型MOS 管 VP=-4V 10. id=id0(vgs/vt -1)(vgs/vt-1) Vgs=2vt 11. 对所有的N 沟道场效应管Vds>0 对于所有的P 沟道场效应管 Vds<0 N 沟道耗尽型VGS 可正可负 N 沟道增强型Vgs>0 P 沟道耗尽型Vgs 可正可负 P 沟道增强型Vgs<0 12 N 沟道增强型： VT 为正 N 沟道耗尽型：VP 为负
第一章半导体二极管及其应用 【例1-1】分析图所示电路的工作情况，图中I为电流源，I=2mA。设20℃时二极管的正向电压降U D=660mV，求在50℃时二极管的正向电压降。该电路有何用途？电路中为什么要使用电流源？ 【相关知识】 二极管的伏安特性、温度特性，恒流源。 【解题思路】 推导二极管的正向电压降，说明影响正压降的因素及该电路的用途。 【解题过程】 该电路利用二极管的负温度系数，可以用于温度的测量。其温度系数–2mV/℃。 20℃时二极管的正向电压降 U D=660mV 50℃时二极管的正向电压降 U D=660 –（2′30）=600 mV 因为二极管的正向电压降U D是温度和正向电流的函数，所以应使用电流源以稳定电流，使二极管的正向电压降U D仅仅是温度一个变量的函数。
【例1-2】电路如图(a)所示，已知，二极管导通电压。试画出u I与u O的波形，并标出幅值。 图(a) 【相关知识】 二极管的伏安特性及其工作状态的判定。 【解题思路】 首先根据电路中直流电源与交流信号的幅值关系判断二极管工作状态；当二极管的截止时，u O=u I；当二极管的导通时，。 【解题过程】 由已知条件可知二极管的伏安特性如图所示，即开启电压U on和导通电压均为0.7V。 由于二极管D1的阴极电位为＋3V，而输入动态电压u I作用于D1的阳极，故只有当u I高于＋3.7V时 D1才导通，且一旦D1导通，其阳极电位为3.7V，输出电压u O=＋3.7V。由于D2的阳极电位为－3V，而u I作用于二极管D2的阴极，故只有当u I低于－3.7V时D2才导通，且一旦D2导通，其阴极电位即为 －3.7V，输出电压u O=－3.7V。当u I在－3.7V到＋3.7V之间时，两只管子均截止，故u O=u I。 u I和u O的波形如图(b)所示。
选择与填空题 14-001、测得电路中几个三极管的各极对地电压题2.8图所示，其中某些管子已损坏。对于已损坏的管子，判断损坏情况；其他管子则判断它们各工作在放大，饱和和截止中的哪个状态？ 判断是锗管还是硅管？ +0.7V +2.7V +2V +2.3V +5V 0V 0V 0V 0V 0V 0V +6V +6V +3V ?5V ?0.2V ?6V ?1V ?2V ?1.3V ?1V ?1.7V ?5.3V ?6V 题 2.8图 (a) (b) (c) (e) (f) (g) (h) (d) 答案 (a) 放大 硅管 (b) 放大 锗管 (c) 饱和 硅管 (d) 坏 (e ) 坏 (f) 饱和 硅管 (g) 坏 (h) 放大 硅管 14-002、用直流电压表测某电路三只晶体管的三个电极对地的电压分别是如图所示。试指出每只晶体管的E 、B 、C 极。 14-003、写出下图所示各电路的输出电压值，设图中二极管都是理想的。 ① ② ③ V 6V 3- V 3.2- 1 T ① ② ③ V 0V 5V 7.0- 2T ① ② ③ V 6V 6- V 7.5 3 T 图（a ） 图（b ） 图（c ）
答案 (a) 2V (b) 0 V (c) -2 V (d) 2V (e ) 2 V (f) -2V 14-004、电路如图所示，设 D Z1 的稳定电压为6 V ，D Z2 的稳定电压为12 V ，设稳压管的正向压降为0.7V ，则输出电压U O 等于（ ）。 (a) 18V (b) 6.7V (c) 30V (d) 12.7V 30V 2k U O D Z1D Z2 + - + - 答案 (b) 14-005、判断下图所示各电路中三极管的工作状态，（ ）图工作在截止区。 图1-2 14-006、 （1）二极管的正极电位为-5V ，负极电位为-4.3V ，则二极管处于（ ）状态。 （a ）反偏 （b ）正偏 （c ）零偏 （2）稳压管是特殊的二极管，它一般工作在（ ）状态。 （a ）正向导通 （b ）反向截止 （c ）反向击穿 （3）晶体管工作在放大区时，具有以下哪个特点（ ）。 （a ）发射结反向偏置 （b ）集电结反向偏置 （c ）晶体管具有开关作用 （4）当三极管的两个PN 结都有反偏电压时，则三极管处于（ ），当三极管的两个PN 结都有正偏电压时，则三极管处于（ ）。 （a ）截止状态 （b ）饱和状态 （c ）放大状态
练习1 半导体和二极管 1.在绝对零度（0K）时，本征半导体中________ 载流子。 A. 有 B. 没有 C. 少数 D. 多数 2.在热激发条件下，少数价电子获得足够激发能，进入导带，产生_________。 A. 负离子 B. 空穴 C. 正离子 D. 电子-空穴对 3.半导体中的载流子为_________。 A. 电子 B. 空穴 C. 正离子 D. 电子和空穴 4.N型半导体中的多子是________。 A. 电子 B. 空穴 C. 正离子 D. 负离子 5.P型半导体中的多子是_________。 A. 电子 B. 空穴 C. 正离子 D. 负离子 6.在杂质半导体中，多数载流子的浓度主要取决于_________。 A. 温度 B. 掺杂工艺 C. 杂质浓度 D. 晶体缺陷 7.在杂质半导体中，少数载流子的浓度主要取决于________。 A. 温度 B. 掺杂工艺 C. 杂质浓度 D. 晶体缺陷 8.在下列说法中只有_________说法是正确的。 A. P型半导体可通过在纯净半导体中掺入五价磷元素而获得。 B. 在N型半导体中，掺入高浓度的三价杂质可以改型为P型半导体。 C. P型半导体带正电，N型半导体带负电。 D. PN结内的扩散电流是载流子在电场作用下形成的。 9.在下列说法中只有________说法是正确的。 A. 漂移电流是少数载流子在内电场作用下形成的。 B. 由于PN结交界面两边存在电位差，所以，当把PN结两端短路时就有电流流过。 C. PN结方程可以描述PN结的正向特性和反向特性，也可以描述PN结的反向击穿特性。 10.当PN结外加正向电压时，扩散电流_________漂移电流。 A. 大于 B. 小于 11.当PN结外加反向电压时，扩散电流_________漂移电流。 A. 大于 B. 小于 C. 等于 12.在如图所示的电路中，当电源V1＝5V时，测得I＝1mA。若把电源电压调整到V1＝10V， 则电路中的电流的值将是_________。 A. I = 2mA B. I < 2mA C. I > 2mA D. I = 0mA 13.在如图所示电路中，已知二极管的反向击穿电压为20V，当V1=5V、温度为20℃时，I=2 μA。若电源电压由5V增大到10V，则电路中的电流I 约为________。 A. 10μA B. 4μA C. 2μA D. 1μA