第1章学习指导
学习目标
1.了解本征半导体和杂质半导体中载流子的形成过程和数量差异以及温度对载流子浓度的影响；
2.了解PN结的单向导电性；
3.了解二极管的结构，理解二极管的伏安特性和主要参数的意义，掌握简单二极管电路的分析方法；
4.了解稳压管的结构和伏安特性，掌握稳压管稳压电路的组成；
5.了解三极管的结构和电流放大原理，理解三极管的特性曲线和主要参数的意义，掌握三极管工作在放大区、截止区和饱和区时的特点、条件及判断方法；
6.了解绝缘栅场效应管的结构、工作原理以及特性曲线；
内容提要
半导体器件是电子技术的基础，为了更好的理解半导体器件的工作原理，有必要了解一些半导体物理的基本知识。
1半导体的导电性
(1)本征半导体
本征半导体的特点是原子之间形成了共价键，共价键对原子核最外层的电子具有很强的约束力。在受到外部热能和光能的激发下，价电子就会挣脱共价键的束缚而形成自由电子和空穴，这就是所谓的本征激发，常把自由电子和空穴统称为载流子。失去价电子的原子核带一个单位的正电荷，它可以吸引周围的电子来填补这个空穴。这就是载流子的复合过程。在一定温度下，载流子的激发和复合处于动态平衡状态，载流子的浓度保持一定。载流子在某处发生复合后，由于载流子浓度恒定，就意味着必然在另一处又产生了本征激发，空穴和正电荷发生了移动。所以认为空穴是一种带正电荷的载流子。本征半导体中自由电子和空穴成对出现，数量很少且与温度有关，导电性很差。
(2)杂质半导体
在本征半导体中参入特定的杂志元素可提高半导体的导电性能。在本征半导体中参入5价的杂质元素磷就形成了N型半导体，这种半导体中的电子是多子，空穴是少子；在本征半导体中参入3价的杂质元素硼就形成了P型半导体，这种半导体中的空穴是多子，电子是少子。杂质半导体中多子数量取决于参入杂质的多少，少子由本征激发产生，其数量与环境温度有关，这也就是半导体器件温度稳定性不好的原因。
2.PN结及其单向导电性
在N型和P型半导体的交界面由于载流子的扩散运动形成了PN结，PN结具有单向导电性，是构成半导体器件的基础。当给PN结外加正向电压(P区电位高于N区电位)时，PN 结呈现低电阻，处于导通状态；外加反向电压(N区电位高于P区电位)时，PN结呈现高电阻，处于截止状态。
3.常用半导体器件
(1)二极管
二极管内部就是一个PN结，所以二极管具有单向导电性并具有死去现象。硅管的死去电压约为0.5V，锗管的死区电压约为0.1V。硅管正向导通后的电压约为0.6~0.7V，锗管约为0.2~0.3V。反向电流很小且基本不随反向电压大小变化，但受环境温度影响很大。当反向电压达到一定程度时会发生反向击穿，反向击穿后反相电流很大，如不限制就会损坏二极管。
(2)稳压管
稳压管是一种特殊的二极管，较普通二极管的反向击穿电压低，反向击穿特性陡。稳压管击穿后必须限制流过稳压管中的反向电流，否则会因功耗过大而损坏。稳压管击穿后其电流可以有比较大的变化，但电压变化很小，利用这一特点可进行稳压。
使用稳压管时必须与其串联一个合适的限流电阻，以保证稳压管既能工作在击穿区又不会因为反向电流过大而烧坏。
(3)光电器件
发光二极管、光电二极管和光电三极管是常用的光电转换器件。发光二极管常用于信号指示，数字和图像的显示。大功率发光二极管也用于照明，具有光效率高、寿命长的优点。光电二极管的反向电流会随着光照的强弱而发生变化，利用这一特性可设计出光控应用电路。把光电二极管的反向电流经三极管放大后就可以进一步提高光灵敏度，这就是光电三极管的工作原理。把发光二极管和光电三极管集成在一起就构成了光电耦合器件，用于信号的隔离传输。
(4)三极管
三极管也称为晶体管，是最重要的半导体器件，三极管的特性曲线和主要参数是分析三极管电路和选择三极管的依据。在满足发射结正偏，集电结反偏的条件下，三极管工作在放大区，此时集电极电流I C与基极电流I B成正比，I C=βI B，I B对I C具有控制作用；当发射结和集电结都反偏(或发射结正偏电压小于死区电压)时，三极管工作在截止区，此时集电极电流I C≈0，集电极与发射极间近似于开路；当发射结和集电结都正偏时，三极管工作在饱和区，此时集电极和发射极之间的电压U CE很小，近似于短路。临界饱和时U CE=U BE，深度饱和后，U CE=U CES
(5)绝缘栅场效应管
绝缘栅场效应管是一种电压控制器件，输出电流受输入电压的控制，输入电阻几乎是无穷大。
对于N 沟道绝缘栅场效应管当GS GS(th)GS(off)U U U <或时，管子工作在截止区；当GS GS(th)GS(off)GD GS(th)GS(off)U U U U U U >>或且或时，管子工作在可变电阻区；当GS GS(th)GS(off)GD GS(th)GS(off)U U U U U U ><或且或时，管子工作在恒流区。对于P 沟道绝缘栅场效应管当GS GS(th)GS(off)U U U >或时，管子工作在截止区；当GS GS(th)GS(off)GD GS(th)GS(off)U U U U U U <<或且或时，管子工作在可变电阻区；当GS GS(th)GS(off)GD GS(th)GS(off)U U U U U U <>或且或时，管子工作在恒流区。
绝缘栅场效应管工作在截止区时，漏极电流I D ≈0，漏极与源极间近似于开路；工作在可变电阻区时，漏极与源极之间相当于一个受U GS 控制的电阻；工作在恒流区时，漏极电流I D 与栅源极之间电压U GS 大小有关，U GS 对I D 具有控制作用；
学习建议
(1) 先阅读教材第1章内容，然后观看教学视频；
(2) 再阅读第1章内容提要，观看内容提要中涉及到的相关知识点的教学视频，对这些知识点要理解并记住其结论。
(3) 完成第1章作业，对于不会做的题或结果与标准答案不同的题可再回头观看相关视频以期获得相关知识完成作业。如通过观看视频仍不能掌握相关知识，则需通过在线答疑向辅导教师寻求答案，直到问题解决。
(4) 完成第1章自测题。
第1章课内需6学时，课外还需6学时才能完成。
重、难点指导
1.重点
(1)各种半导体器件的伏安特性，主要参数的意义。
(2)半导体器件在电路中工作状态的判断，含有半导体器件的简单应用电路的分析。
2.难点
半导体器件工作状态的判断；
章节与知识点对应关系
1.1 PN 结与半导体二极管
知识点1-01~1-08
1.2特殊二极管
知识点1-09~1-10
1.3半导体三极管
知识点1-11~1-17
1.4绝缘栅场效应管
知识点1-18~1-21
小结
1. 利用半导体的掺杂性可以制成P型和N型半导体，在两种半导体的结合处将形成PN 结。当PN结加正向电压时，其正向电阻很小，呈现导通状态；当PN结加反向电压时，其反向电阻很大，呈现截止状态，这就是PN结的单向导电性。
2. 二极管本质上就是一个PN结，实际中常利用二极管的单向导电性构成整流、限幅、钳位等电路。
3. 稳压管是工作在反向击穿区的一种特殊二极管，在实际应用中必须在电路中串联一限流电阻以限制流过稳压管中的反向电流。
4. 三极管在结构上由两个PN结组成，它有放大、截止、饱和三种工作状态。当发射结处于正向偏置，集电结处于反向偏置时，三极管工作在放大状态，此时集电极电流I C受基极电流I B的控制，即I C≈βI B；当发射结和集电结都处于反向偏置时，三极管工作在截止状态，此时I C≈0，集电极和发射极之间相当于开路；当发射结和集电结均处于正向偏置时，三极管工作在饱和状态，此时U CE≈0，集电极和发射极之间相当于短路，I C不再受I B控制，而是由外电路来决定。三极管按结构分为NPN型和PNP型，两者使用时偏置电源的极性和三极管内电流方向相反。在三极管中，空穴和电子两种载流子都参与了导电，是双极型器件，在这种双极型器件中，由于少子数目受温度影响较大，其参数往往受温度影响较大，稳定性差。
5. MOS场效应管是一种电压控制器件，输入电阻大。它是利用栅源电压U GS的大小来改变感生沟道的电阻以达到控制漏极电流I D的目的。耗尽型MOS管在U GS为零时已存在原
U大于一定值时才会建立起导电沟道。MOS管按始导电沟道，而增强型MOS管只有在
GS
结构分为P沟道和N沟道两类，两者使用时的电源极性不同。在MOS管中只有多子参与导电，故属于单极型器件，其参数几乎不受温度影响，稳定性较好，但它的放大能力没有三极管强。