模电(第1章 常用半导体器件)
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模电第1章常用的半导体器件资料
综上所述,PN结具有单向导电性,即加正向电压时导 通,加反向电压时截止。
1.2 半导体二极管
1.2.1 半导体二极管的结构、 1．结构符号 二极管的结构外形及在电路中的文字符号如图1.9 所示,在图1.9(b)所示电路符号中,箭头指向为正向导通 电流方向。
外壳
(阳极)
＋
PN
(阴极)
－
阳极引线
阴极引线
(a)
(阳极) V
＋
(阴极)
－
(b)
2AP 2C P
2CZ54 2CZ13
(c)
2C Z30
图1.9 二极管结构、 (a)结构；(b)符号；(c)外形
2．类型 (1）按材料分:有硅二极管,锗二极管和砷化镓二极 管等。 (2）按结构分:根据PN结面积大小,有点接触型、面 接触型二极管。 (3）按用途分:有整流、稳压、开关、发光、光电、 变容、阻尼等二极管。 (4）按封装形式分:有塑封及金属封等二极管。 (5）按功率分:有大功率、中功率及小功率等二极管。
图1.10 半导体器件的型号组成
1.2.3 半导体二极管的伏安特性
半导体二极管的核心是PN结,它的特性就是PN结的特 性——单向导电性。常利用伏安特性曲线来形象地描 述二极管的单向导电性。
若以电压为横坐标,电流为纵坐标,用作图法把电压、 电流的对应值用平滑的曲线连接起来,就构成二极管的 伏安特性曲线,如图1.11所示（图中虚线为锗管的伏安 特性,实线为硅管的伏安特性）。下面对二极管伏安特 性曲线加以说明。
V
＋ 3V
－
2CZ54C S
H R
V
＋
2CZ54C H
U
3V
－
R
S
(a)
(b)
1.2 半导体二极管
1.2.1 半导体二极管的结构、 1．结构符号 二极管的结构外形及在电路中的文字符号如图1.9 所示,在图1.9(b)所示电路符号中,箭头指向为正向导通 电流方向。
外壳
(阳极)
＋
PN
(阴极)
－
阳极引线
阴极引线
(a)
(阳极) V
＋
(阴极)
－
(b)
2AP 2C P
2CZ54 2CZ13
(c)
2C Z30
图1.9 二极管结构、 (a)结构；(b)符号；(c)外形
2．类型 (1）按材料分:有硅二极管,锗二极管和砷化镓二极 管等。 (2）按结构分:根据PN结面积大小,有点接触型、面 接触型二极管。 (3）按用途分:有整流、稳压、开关、发光、光电、 变容、阻尼等二极管。 (4）按封装形式分:有塑封及金属封等二极管。 (5）按功率分:有大功率、中功率及小功率等二极管。
图1.10 半导体器件的型号组成
1.2.3 半导体二极管的伏安特性
半导体二极管的核心是PN结,它的特性就是PN结的特 性——单向导电性。常利用伏安特性曲线来形象地描 述二极管的单向导电性。
若以电压为横坐标,电流为纵坐标,用作图法把电压、 电流的对应值用平滑的曲线连接起来,就构成二极管的 伏安特性曲线,如图1.11所示（图中虚线为锗管的伏安 特性,实线为硅管的伏安特性）。下面对二极管伏安特 性曲线加以说明。
V
＋ 3V
－
2CZ54C S
H R
V
＋
2CZ54C H
U
3V
－
R
S
(a)
(b)
模电1--常用半导体器件PPT课件
.5ຫໍສະໝຸດ 1.1.0 半导体特性常用的半导体导体材料有如：：金属 物元体素分半类导绝体缘：体硅（如S：i）橡、胶锗、（云G母e、）塑料等。
化合物半半导导体体：—砷化导镓电（能G力aA介s于）导体和绝缘体之间。 掺杂材料：硼(B)、铟(In)；磷(P)、锑(Sb)。
• 半导体特性
掺杂特性 掺入杂质则导电率增加几百倍
2. 在外电场的作用下，产生电流 — 电子流和空穴流 电子流 自由电子作定向运动形成的
与外电场方向相反
自由电子始终在导带内运动
空穴流 价电子递补空穴形成的
用空穴移动产
与外电场方向相同
生的电流代表束缚电
始终在价带内运动
子移动产生的电流
.
10
1.1.2 杂质半导体
杂质半导体
掺入三价元素如B、Al、In等， 形成P型半导体，也称空穴型半导体
+4
.
8
本征半导体
共价键内的电子 挣脱原称子为核束束缚缚电的子 价带中电留子下称的为自由电子 空位称为空穴
导带
自由电子定向移 动形成电外子电流场E
禁带EG
束缚电子填补空穴的 定向移动形成空穴流
价带
.
9
本征半导体
1. 本征半导体中有两种载流子 — 自由电子和空穴 电子浓度ni = 空穴浓度pi
空穴的出现是半导体区别于导体的一个重要特点。
定其化学性质和导电性能 .
7
1.1.1 本征半导体
本征半导体
完全纯净、结构完整的半导体晶体。 纯度：99.9999999%，“九个9” 它在物理结构上呈单晶体形态。
T=常0K用且的无本外征半界导激体发，只有束缚电子，没有自由电子，本征 半导体相当于绝缘体；T=300K，本征激发，少量束缚电子
模电1常用半导体器件
ICEO = (1+β) ICBO
三. 极限参数
1. 集电极最大允许电流ICM 2. 集电极最大允许功耗PCM 3. 反向击穿电压U(BR)CEO 、U(BR)CBO
α=β/(1+β)
三极管的安全工作区
1 .4 场效应管（Field Effect Transistor ）
场效应管是单极性管子，其输入PN结处于反偏或 绝缘状态，具有很高的输入电阻（这一点与三极管相 反），同时，还具有噪声低、热稳定性好、抗辐射性 强、便于集成等优点。
1 .3 .5 共射NPN三极管伏安特性曲线
二. 输出特性曲线 IC=f ( IB ，UCE )
实际测试时如下进行：
IC= f ( UCE )|IB
发射结正偏、集电结反 偏时，三极管工作在放大 区(处于放大状态)，有放 大作用：IC =βIB + ICEO
两结均反偏时，三极管 工作在截至区(处于截止状 态) ，无放大作用。 IE=IC=ICEO≈0
第五章 负反馈放大器
第六章 信号运算电路
第七章 波形发生电路
第八章 功率放大电路 第九章 直流电源
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第一章 常用半导体器件
本章主要内容：
半导体材料、由半导体构成的PN 结、二极管结构特性、三极管结构特性及 场效应管结构特性。
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1 .1 半导体（Semiconductor）基本知识
• 2、《电子技术实验》.石焕玉等编. • 3、《电子技术基础》(模拟部分).康华光
主编. 高等教育出版社 • 4、《模拟电子技术基础》华成英(第四
版)习题解答（因网络不通，暂时没法放 在系网页上，需要者来复制）
第一章 半导体器件 第二章 基本放大电路 第三章 放大电路的频率特性 第四章 集成运算放大器
很全的模电课程。
结电容为扩散电容（Cd）与势垒电容（Cb）之和。
扩散路程中 电荷的积累 与释放
空间电荷区 宽窄的变化 有电荷的积 累与释放
4、稳压二极管
（1） 伏安特性
进入稳压区的最小电流
（2） 主要参数
最大功耗PZM＝ IZM UZ
不至于损坏的最大电流
稳定电压UZ、稳定电流IZ，即进入闻压区的最小电流IZmin 动态电阻rz＝ΔUZ /ΔIZ
模拟电子技术课程综述 第一章 常用半导体器件
1.1半导体基础 一、 本征半导体中的两种载流子
1、本征半导体：有自由电子和空穴两种载流子。
二、杂质半导体 1. N型半导体：多数载流子（多子）：自由电子 少数载流子（少子）：空穴 2. P型半导体：多数载流子（多子）：空穴 少数载流子（少子）：自由电子 三、PN结的形成及其单向导电性 （结合二极管）
截止区
第二章 基本放大电路分析
2.1 放大的性能指标
任何放大电路均可看成为二端口网络。
输入电流
信号源 内阻 输出电流
信号源
输入电压 输出电压
1) 放大倍数：输出量与输入量之比
U A o A uu u U i
I A o A ii i I i
U o A ui I i
（3）稳压二极管稳压电路设计中分析限流电路R实例
1.3 晶体三极管
一、晶体管的放大条件与工作状态判断
（发射结正偏） uBE U on 放大的条件 （集电结反偏） uCB 0，即 uCE uBE
二、晶体管的放大状态下电流分配关系
IC I B (1 )ICBO I B ICEO
1.2
半导体二极管
1、二极管的伏安特性及电流方程 二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性
《模电课后习题答案》-经典版-清华大学-童诗白
第一章 常用半导体器件自 测 题一、判断下列说法是否正确，用“√”和“×”表示判断结果填入空内。
（1）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。
（ ）（2）因为N 型半导体的多子是自由电子，所以它带负电。
（ ） （3）PN 结在无光照、无外加电压时，结电流为零。
（ ）（4）处于放大状态的晶体管，集电极电流是多子漂移运动形成的。
（ ） （5）结型场效应管外加的栅-源电压应使栅-源间的耗尽层承受反向电压，才能保证其R G S 大的特点。
（ ） （6）若耗尽型N 沟道MOS 管的U G S 大于零，则其输入电阻会明显变小。
（ ）解：（1）√ （2）× （3）√ （4）× （5）√ （6）×二、选择正确答案填入空内。
（1）PN 结加正向电压时，空间电荷区将 。
A. 变窄 B. 基本不变 C. 变宽 （2）设二极管的端电压为U ，则二极管的电流方程是 。
A. I S e U B. TU U I eS C. )1e (S －T U U I（3）稳压管的稳压区是其工作在 。
A. 正向导通B.反向截止C.反向击穿（4）当晶体管工作在放大区时，发射结电压和集电结电压应为 。
A. 前者反偏、后者也反偏 B. 前者正偏、后者反偏 C. 前者正偏、后者也正偏（5）U G S ＝0V 时，能够工作在恒流区的场效应管有 。
A. 结型管 B. 增强型MOS 管 C. 耗尽型MOS 管 解：（1）A （2）C （3）C （4）B （5）A C三、写出图T1.3所示各电路的输出电压值，设二极管导通电压U D＝0.7V。
图T1.3解：U O1≈1.3V，U O2＝0，U O3≈－1.3V，U O4≈2V，U O5≈1.3V，U O6≈－2V。
四、已知稳压管的稳压值U Z＝6V，稳定电流的最小值I Z m i n＝5mA。
求图T1.4所示电路中U O1和U O2各为多少伏。
模电-第1章-半导体器件PPT优秀课件
21
3.4 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Cb。
2）扩散电容
PN结外加的正向电压变化时，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Cd。
注意
空杂穴质-半--导-体多中子，;多子的浓度决定于掺杂原子的浓度； 电子----少子少.子的浓度决定于温度。
13
3 PN结 3.1 PN结的形成
P区
N区
物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气体、液体、 固体均有之，包括电子和空穴的扩散！
14
3.1 PN结的形成
I扩
在交界面，由于两种载流子的浓度差，产生 扩散运动。
小功率 二极管
大功率 二极管
稳压 二极管
发光 二极管
25
• 二极管的伏安特性及电流方程
二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。
i f (u)
u
击穿
iIS(eU T1) (常温 U T下 2m 6 V)电压
温度的 电压当量
材料 硅Si 锗Ge
开启电压 0.5V 0.1V
导通电压 0.5~0.8V 0.1~0.3V
15
3.1 PN结的形成
耗尽层(电荷层、势垒层)
空间电荷区
I漂
在交界面，由于扩散运动,经过复合,出现空 间电荷区
16
3.1 PN结的形成
PN结
I扩 I漂
当扩散电流等于漂移电流时，达到动态 平衡，形成PN结。
17
1.由于扩散运动形成空间电荷区和内电场;
2.内电场阻碍多子扩散，有利于少子漂移;
3.4 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Cb。
2）扩散电容
PN结外加的正向电压变化时，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Cd。
注意
空杂穴质-半--导-体多中子，;多子的浓度决定于掺杂原子的浓度； 电子----少子少.子的浓度决定于温度。
13
3 PN结 3.1 PN结的形成
P区
N区
物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气体、液体、 固体均有之，包括电子和空穴的扩散！
14
3.1 PN结的形成
I扩
在交界面，由于两种载流子的浓度差，产生 扩散运动。
小功率 二极管
大功率 二极管
稳压 二极管
发光 二极管
25
• 二极管的伏安特性及电流方程
二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。
i f (u)
u
击穿
iIS(eU T1) (常温 U T下 2m 6 V)电压
温度的 电压当量
材料 硅Si 锗Ge
开启电压 0.5V 0.1V
导通电压 0.5~0.8V 0.1~0.3V
15
3.1 PN结的形成
耗尽层(电荷层、势垒层)
空间电荷区
I漂
在交界面，由于扩散运动,经过复合,出现空 间电荷区
16
3.1 PN结的形成
PN结
I扩 I漂
当扩散电流等于漂移电流时，达到动态 平衡，形成PN结。
17
1.由于扩散运动形成空间电荷区和内电场;
2.内电场阻碍多子扩散，有利于少子漂移;
模拟电子技术基础常用半导体器件.ppt
PN结处载流子的运动
漂移运动
P型半导 体
－－－－ － － －－－－ － －
－－－－ － －
－－－－ － －
N型半导 内电场E 体 + +++++ + +++++ + +++++ + +++++
空间电荷区
扩散运动
(1-14)
PN结处载流子的运动
漂移运动
P型半导 体
－－－－ － － －－－－ － －
－－－－ － －
(1-34)
1.2.4 二极管的等效电路
能够用简单、理想的模型来模拟电子 器件的复杂特性或行为的电路称为等效电路， 也称为等效模型。
能够模拟二极管特性的电路称为二极管的 等效电路，也称为二极管的等效模型。
(1-35)
一、由伏安特性折线化得到的等效电路
1. 理想模型
2. 恒压降模型
3. 折线模型
Uon Uon
如何判断二极管的工作状态？
什么情况下应选用二极管的什么等效电路？
对V和Ui二极管的模 型有什么不同？
iD
V
uD R
V与uD可比，则需图解： ID 实测特性
Q
uD=V－iR
UD
应用举例——补充
R
+
2. 限幅电路
D I
例2.4.2 提示
UREF
(1) uI (Uon UREF ) 3.5 V 时
型半导体和N型半导体，经过载流子的扩 散，在它们的交界面处就形成了PN结。
(1-12)
模电知识整理
模电知识整理第零章 导言第一章 常用半导体器件1.1 半导体基础知识1.1.1 本征半导体纯净的具有晶体结构的半导体1.1.1.1 半导体物质的导电性能决定于原子结构。
导体一般为低价元素。
绝缘体一般为高价元素（如惰性气体）。
常用半导体材料硅锗均为四价元素。
1.1.1.2 本征半导体的晶体结构晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵，称为晶格。
本征半导体中的电子通过共价键互联。
1.1.1.3 本征半导体中的两种载流子常温下，极少数价电子由于热运动（热激发）获得足够的能量，挣脱共价键的束缚成为自由电子，带负电。
自由电子脱离轨道束缚，原处留下空位置，称为空穴，带正电。
自由电子与空穴成对出现，数目相等。
在本征半导体外加电场，则自由电子将产生定向移动，形成电子电流；空穴将被价电子按一定方向依次填补，即空穴也产生定向移动，形成空穴电流。
二者运动方向相反。
半导体中电流为自由电子与空穴电流之和。
运载电荷的粒子称为载流子。
导体的载流子仅有自由电子一种；本征半导体的载流子有自由电子和空穴两种。
1.1.1.4本征半导体中载流子的浓度本征激发：半导体在热激发下产生自由电子和空穴对的现象。
复合：自由电子填补空穴的现象。
动态平衡：本征激发产生的自由电子与空穴数目相等。
在一定温度下，本征半导体中载流子的浓度是一定的，且自由电子与空穴浓度相等。
环境温度升高时，载流子浓度升高，导电性增强。
3-3221,,()GOE kT i i i i n p K T e n p cm -==分别表示自由电子与空穴的浓度本征半导体的导电性能很差，且与环境温度密切相关。
可用于制作热敏、光敏器件，但也会造成半导体器件温度稳定性差。
1.1.2杂质半导体通过扩散工艺，在本征半导体中掺入少量合适的杂质元素得到的半导体。
1.1.2.1 N 型半导体在纯净的硅晶体中掺入五价元素。
杂质原子外层有五个价电子，因此除了参与构成共价键的价电子，还多出一个电子，这个电子只需要很少的能量就可以挣脱束缚，成为自由电子。
模拟电子技术课件——常用半导体器件
三极管外形图
EXIT
模拟电子技术
二、三极管的电流放大作用
实现电流放大的外部条件
发射结正偏 集电结反偏
NPN管， VC> VB> VE PNP管， VE> VB> VC
仿真电路
EXIT
模拟电子技术
IB
0
0.02
0.04
0.06
IC
＜0.001
2.029
4.054
6.00
IE
＜0.001
2.047
4.094
主要要求：
了解晶闸管的基本知识 熟悉晶闸管的使用
EXIT
模拟电子技术
螺栓型晶闸管
晶闸管模块
平板型晶闸管外形及结构
EXIT
模拟电子技术
一、晶闸管的外形、结构及符号
(a) 外形
A
四
层
G
半
K导 (b) 符号 体
A 阳极
三
P1
个
N1
PN
结
P2
控制极GG
N2
K 阴极
(c) 结构
EXIT
模拟电子技术
二、晶闸管的工作状态
P沟道
绝缘栅型 耗尽型 N沟道
P沟道
EXIT
模拟电子技术
二、结型场效应管 结构
EXIT
模拟电子技术
工作分析
EXIT
模拟电子技术
结论：
(1) JFET沟道中只有一种类型的多数载流子参与导 电，所以场效应管也称为单极型三极管； (2) JFET 栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因 此输入电阻很高； (3) JFET是电压控制电流器件，iD受vGS控制； (4)预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后，iD 趋于饱和。
EXIT
模拟电子技术
二、三极管的电流放大作用
实现电流放大的外部条件
发射结正偏 集电结反偏
NPN管， VC> VB> VE PNP管， VE> VB> VC
仿真电路
EXIT
模拟电子技术
IB
0
0.02
0.04
0.06
IC
＜0.001
2.029
4.054
6.00
IE
＜0.001
2.047
4.094
主要要求：
了解晶闸管的基本知识 熟悉晶闸管的使用
EXIT
模拟电子技术
螺栓型晶闸管
晶闸管模块
平板型晶闸管外形及结构
EXIT
模拟电子技术
一、晶闸管的外形、结构及符号
(a) 外形
A
四
层
G
半
K导 (b) 符号 体
A 阳极
三
P1
个
N1
PN
结
P2
控制极GG
N2
K 阴极
(c) 结构
EXIT
模拟电子技术
二、晶闸管的工作状态
P沟道
绝缘栅型 耗尽型 N沟道
P沟道
EXIT
模拟电子技术
二、结型场效应管 结构
EXIT
模拟电子技术
工作分析
EXIT
模拟电子技术
结论：
(1) JFET沟道中只有一种类型的多数载流子参与导 电，所以场效应管也称为单极型三极管； (2) JFET 栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因 此输入电阻很高； (3) JFET是电压控制电流器件，iD受vGS控制； (4)预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后，iD 趋于饱和。
模电助教版第1章常用半导体器件FE
半导体器件的频率特性
01
02
03
频率响应
描述半导体器件在不同频 率下的工作性能。
频率限制
由于半导体器件内部电子 和空穴的运动速度限制， 存在一个最高工作频率。
频率变换
通过改变半导体器件的结 构和材料，可以实现不同 频率下的工作。
半导体器件的噪声特性
噪声来源
主要包括热噪声、散粒噪 声和闪烁噪声等。
04伏安特性定义
描述半导体器件在工作状态下， 输入电压与输出电流之间的关系。
线性区与饱和区
在一定的工作电压范围内，半导体 器件的伏安特性呈现线性关系；超 过该范围，器件进入饱和区，电流 不再随电压增大而增大。
截止区与击穿区
当输入电压过低或过高时，半导体 器件处于截止区或击穿区，此时电 流极小或为零。
05
04
1970年代
超大规模集成电路技术的突破，使得 电子设备更加微型化和智能化。
02
半导体基础知识
半导体的定义与分类
总结词
半导体的定义与分类
详细描述
半导体的定义是具有导电性，但导电性介于导体和绝缘体之间的材料。根据导 电性能的不同，半导体可以分为n型和p型两种类型。
半导体材料特性
总结词
半导体材料特性
详细描述
半导体材料具有特殊的物理和化学性质，如高掺杂性、光电效应等。这些特性使 得半导体在电子、光电子、微电子等领域具有广泛的应用。
半导体物理基础
总结词
半导体物理基础
详细描述
半导体物理是研究半导体材料中电子状态和运动的学科，包括能带理论、载流子类型与浓度、迁移率等基本概念。 这些理论为理解半导体的性质和应用提供了基础。
三极管
总结词
模拟电子技术基础 第一章 常用的半导体器件
第一章常用的半导体器件半导体基础知识导体：非常容易导电一般金属都是导体结构：低价元素，最外层电子少于4个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。
1.1绝缘体:基本不导电如：橡胶、陶瓷、塑料等高价元素，原子的最外层电子受原子核的束缚力很强1.2半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间常用的硅、锗均为四价元素1.11本征半导体现代电子学中，用的最多的半导体材料是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。
通过一定的提纯工艺过程，可以将半导体制成晶体。
完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。
即本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。
一、本征半导体的晶体结构晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵，它们分别与周围的四个原子的价电子形成共价键。
共价键中的价电子为这些原子所共有，并为它们所束缚，形成本征半导体的共价键结构。
常温下价电子很难脱离共价键的束缚成为自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，其导电能力很弱。
温度升高或受到光的照射时，有的价电子可以挣脱原子核的束缚，而参与导电，成为自由电子。
因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，称为电子空穴对。
半导体在热激发下产生自由电子和空穴对的现象称为本征激发。
本征半导体外加电场：由电子定向移动，形成电子电流价电子依次填补空穴，空穴定向移动，形成空穴电流本征半导体电流是两个电流之和。
本征半导体中有两种载流子，自由电子和空穴均参与导电。
二、本征半导体中载流子的浓度一定温度下，本征半导体中载流子的浓度是一定的，且自由电子与空穴的浓度相等。
温度升高，热运动加剧，自由电子增多，空穴也随之增多，即载流子的浓度升高，导电性能增强。
本征半导体载流子的浓度是环境温度的函数。
T=0K，自由电子与空穴的浓度均为零，本征半导体为绝缘体。
本征半导体的导电性能很差，且与环境温度密切相关。
1.1.2 杂质半导体在本征半导体中掺入掺入少量合适的杂质元素一、N型半导体掺入五价元素（如磷）杂质原子最外层有五个价电子，除了与其它硅原子形成共价键，还多出一个电子。
模拟电子技术第一章常用半导体器件l
课程背景
课程目标
通过本章节的学习，学生应掌握常用半导体器件的基本原理、特性及应用，为 后续章节的学习打下基础。
课程安排
本章节将通过PPT演示、实验操作等形式，帮助学生深入理解常用半导体器件的 工作原理和应用。
02
半导体基础知识
半导体的定义与特性
总结词
半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间，其电阻率受温度、光照、电场、磁场 等因素影响。
工作原理
通过基极电流控制集电极和发射极的电流。
应用场景
放大、开关等。
场效应管
场效应管种类
结型场效应管和绝缘栅型场效应管。
工作原理
通过电场效应控制导电沟道的开闭，从而控制电流的流动。
应用场景
放大、开关、振荡等。Βιβλιοθήκη 04半导体器件的特性
参数与性能指标
半导体器件的参数定义与测量
伏安特性
描述半导体器件在工作区内的电压与电流关 系，可以通过实验测量得到。
03
常用半导体器件介
绍
二极管
二极管种类
包括硅二极管和锗二极管，还有肖特基二极管、快恢复二极管等 特殊类型。
工作原理
正向导通，反向截止。在正向电压下，电子从N极流入P极，电流 通过；在反向电压下，电子不能流动，电流截止。
应用场景
整流、检波、稳压等。
三极管
三极管种类
NPN和PNP型，还有场效应管等特殊类型。
截止频率
衡量半导体器件的高频性能，表示器件在高 频下的响应能力。
输入电阻和输出电阻
衡量半导体器件对信号的输入和输出能力， 可以通过计算得到。
噪声系数
衡量半导体器件在信号传输过程中引入的噪 声大小，影响信号质量。
模电第1章 常用半导体器件
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。 电子电路的定量分析称为“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。
估算不同的参数需采用不同的模型，可用电路的
基本理论分析电子电路。
安徽工程科技学院电工电子技术教研室－－模拟电路多媒体课件
第一章 常用半导体器件
+4
+4
+4 自由电子
+4
+5 +4
+4 施主原子
+4
+4
+4
图 1.1.3
N 型半导体
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第一章 常用半导体器件
二、 P 型半导体
在硅或锗的晶体中掺入少量的 3 价杂质元素，如 硼、镓、铟等，即构成 P 型半导体。
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第一章 常用半导体器件
导
言
本课程成绩评定标准
作业
考勤
10 %
10 %
实验报告
考试
10 %
70 %
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第一章 常用半导体器件
导
言
一、电子技术的发展 二、模拟信号与模拟电路 三、“模拟电子技术基础”课程的特 点 四、如何学习这门课程 五、课程的目的 六、考查方法
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第一章 常用半导体器件
本征半导体掺入 5 价元素后，原来晶体中的某些 硅原子将被杂质原子代替。杂质原子最外层有 5 个价 电子，其中 4 个与硅构成共价键，多余一个电子只受 自身原子核吸引，在室温下即可成为自由电子。 自由电子浓度远大于空穴的浓度，即 n >> p 。 电子称为多数载流子(简称多子)， 空穴称为少数载流子(简称少子)。 5 价杂质原子称为施主原子。
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。 电子电路的定量分析称为“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。
估算不同的参数需采用不同的模型，可用电路的
基本理论分析电子电路。
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第一章 常用半导体器件
+4
+4
+4 自由电子
+4
+5 +4
+4 施主原子
+4
+4
+4
图 1.1.3
N 型半导体
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第一章 常用半导体器件
二、 P 型半导体
在硅或锗的晶体中掺入少量的 3 价杂质元素，如 硼、镓、铟等，即构成 P 型半导体。
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本课程成绩评定标准
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考勤
10 %
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实验报告
考试
10 %
70 %
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第一章 常用半导体器件
导
言
一、电子技术的发展 二、模拟信号与模拟电路 三、“模拟电子技术基础”课程的特 点 四、如何学习这门课程 五、课程的目的 六、考查方法
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第一章 常用半导体器件
本征半导体掺入 5 价元素后，原来晶体中的某些 硅原子将被杂质原子代替。杂质原子最外层有 5 个价 电子，其中 4 个与硅构成共价键，多余一个电子只受 自身原子核吸引，在室温下即可成为自由电子。 自由电子浓度远大于空穴的浓度，即 n >> p 。 电子称为多数载流子(简称多子)， 空穴称为少数载流子(简称少子)。 5 价杂质原子称为施主原子。
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UT
UT
rd
UT ID
ID不同rd也将不同
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模拟电子技术基础
外电场
内电场
R（限流电阻） + V
-
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模拟电子技术基础
2、PN结外加反向电压时处于截止状态
PN 结加反向电压、处于反向偏置（简称反偏）：
PN结的P区电位低于N 区，即UP＜UN。
PN结内电场加强，
阻止扩散运动的进行、
PN结
而漂移运动加剧，形成
反向电流；空间电荷区
变宽。
内电场
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模拟电子技术基础
空穴
+4
+4
+4
+4
自由电子
自由电子和空穴是成对出现的。
在其它力的作用下，空穴吸引附近的电子来填补， 结果相当于空穴的迁移。
而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此可以认
为空穴是带正电的粒子。 精品课件
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模拟电子技术基础
若在本征半导体两端外加一电场，则一方面自由 电子将产生定向移动，形成电子电流；
3、当反向电压较
i （mA）
O
u （V）
大时，反向电流急剧增
大，这种现象称为反向
击穿。
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模拟电子技术基础
（1）齐纳击穿 耗尽层很窄，反向电压较小，但耗尽层中的电场 很强，直接将共价键中的电子拉出，形成电子—空穴 对，使电流急剧增大。
（2）雪崩击穿
掺杂浓度低，耗尽层较宽，反向电压较大，少子 的漂移速度加快，将共价键中的价电子撞出，产生电 子—空穴对。
i （mA）
正向特性
O Uon
u （V）
开启电压
硅二极管的导通压降为0.6~0.8V； 锗二极管的导通压降为0.1~0.3V。
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模拟电子技术基础
iD /mA
U (BR)
正向特性
O Uon uD /V
反向特性
开启电压
0，
3、U（BR) uD iD< 0.1 A(Si)，
几十A (Ge)。
但少子的数目极少， 外电场
即使所有少子都参与漂移 运动，反向电流也非常小，
R（限流电阻） - V
+
认为PN结加反向电压时处
于截止状态。
PN结具有单向导电性。
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模拟电子技术基础
三、PN结的电流方程
PN结所加端电压u与流过它的电流i的关系为
电子的电量 玻尔兹曼常数
热力学温度
反向饱和电流
模拟电子技术基础
第1章 常用半导体器件
1.1 半导体基础知识
1.2 半导体二极管
1.3 晶体三极管
1.4 场效应管
1.5 单结晶体管和晶闸管
1.6 集成电路中的元件
1.7 Multisim应用举例—二极管特性的研
究
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模拟电子技术基础
1.1 半导体基础知识
本节的内容： 1、半导体材料的原子结构。 2、半导体材料中的载流子。 3、本征激发与复合，本征激发与温度的关系。
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模拟电子技术基础
二、二极管的微变等效电路
D
u+-i
+ uD -R
V
iD iD ID
△iD
O
+
△-uD rd
Q
UD uD
uD
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模拟电子技术基础
rd
uD iD
Q
1 rd
iD uD
d iD d uD
d[IS(euD UT 1)] duD
IS euD UT I D
载流子，简称少子。
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模拟电子技术基础
二、P型半导体
多子：空穴
空穴
+4
+4
变为负离子
+3
+4
硼原子
少子：自由 电子。
受主原子
多子的浓度约等于所掺杂质原子的浓度，几乎与 温度无关；少子对温度非常敏感。
杂质半导体还是电中性。 精品课件 返回
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模拟电子技术基础
1.1.3 PN结
1.2 半导体二极管
本节的内容： 1、二极管的结构，电路符号。 2、二极管的伏安特性，导通压降。 3、温度对二极管伏安特性的影响。 4、二极管的主要参数。 5、二极管的直流等效电路。 6、二极管的交流等效电路。 7、稳压二极管的结构，电路符号，伏安特性， 主要参数，正常工作状态。
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Uon
O
Uon u
3、正向导通时端电压与电流成线性关系
i
D
Uon rD
O Uon u
分析含有二极管电路时，先将二极管看成开路，
比较二极管两端的电位，若正极端的电位高于负极端
的电位且大于Uon时，二极精品管课件导通，否则二极管截止。
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模拟电子技术基础
若V远大于UD，试求电流I。
D
V
+ -
P型锗
N型锗
正极
P型硅
铝合金小球
正极
负极 触丝
点接触型
适用于高频电路。
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N型硅
负极 面接触型
金锑合金 底座
作为整流管
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模拟电子技术基础
1.2.2 二极管的伏安特性
一、二极管和PN结伏安特性的区别 二极管也具有单向导电性。 二极管的伏安特性与PN结的相似。 二极管存在半导体体电阻和引线电阻，在电流相 同的情况下，二极管的端电压大于PN结上的压降。
通常忽略不计，即二极管截止。
4、U ＞ U(BR)，
反向电流
急剧增若大对，电二流极不管加击限穿制。，就会造成二极管永久性损坏。
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模拟电子技术基础
二、温度对二极管伏安特性的影响
U (BR)
iD /mA
O Uon uD /V
温度升高时，二极管的正向特性将左移； 反向特 性将下移。
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模拟电子技术基础
二、PN结的单向导电性
1、PN结外加正向电压时处于导通状态
PN 结加正向电压、处于正向偏置（简称正偏）：
PN结的P 区电位高于N 区，即UP＞UN。
PN结内电场减弱， 外电场将多子推向PN结， PN结变窄，扩散运动加
PN结
强，漂移运动减弱。
在电源作用下，扩 散运动将源源不断地进 行，从而形成较大的正 向电流，PN结导通。
2、扩散电容：当PN结的正向电压增大时，载流
子的浓度增大，且浓度差也增大，扩散电流增大。
扩散过程中载流子浓度的变化是电荷的积累和释
放的过程，与电容器的充放电过程相同，这种电容效
应称为扩散电容（Cd）。
PN结的总电容：C=Cb+Cd。
通常PN结电容是很小的。 精品课件
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模拟电子技术基础
内电场阻碍多子的扩散，而有利于少子的漂移
最终扩散和漂移这一对相反的运动达到平衡，形 成具有一定宽度的PN结。
无外电场时PN结两侧有电位差Uho，但PN结中的电
流为零。
正负离子区称为PN结，也称为空间电荷区，也称 耗尽层。
当P区和N区的杂质浓度相等时，正负离子区的宽 度也相等，称为对称PN结。
当Байду номын сангаас区和N区的杂质浓度不相等时，浓度高一侧的 离子区宽度小于浓度低的一侧，称为不对称PN结。
新产生的电子—空穴对被电场加速后又撞出其它 价电子，载流子雪崩式地倍增，使电流急剧增大。
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模拟电子技术基础
五、PN结的电容效应
1、势垒电容：当PN结外加电压变化时，空间电
荷区的宽度将随之变化，即耗尽层的电荷量随外加电 压而变化，这种现象与电容的充放电过程相同。
耗尽层宽窄变化所等效的电容称为势垒电容(Cb)。
4、N型半导体所掺入杂质，多数载流子（简称多 子），少数载流子（简称少子）。
5、P型半导体所掺入杂质，多子，少子。
6、扩散运动和漂移运动。
7、PN结的形成过程。
8、对称PN结和不对称PN结。
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模拟电子技术基础
9、PN结的正向偏置（简称正偏）和反向偏置 （简称反偏）。
10、PN结的导电特性。 11、PN结宽度与外加电压的关系。 12、PN结的电流方程。 13、PN结的伏安特性。 14、PN结的击穿。 15、PN结的电容效应。
模拟电子技术基础
二极管的符号：
电流的方向
D
阳极（正极）
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阴极（负极）
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模拟电子技术基础
1.2.1 半导体二极管的几种常见结构
在PN结两端加上电极引线，并用外壳封装起来就 构成了半导体二极管，简称二极管。
由P区引出的电极称为阳极，也称正极；由N区引
出的电极称为阴极，也称负极。
即温度升高，二极管的导通压降下降、反向 饱和电流增大，单向导电性变差。
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模拟电子技术基础
1.2.3 二极管的主要参数
一、 最大整流电流 IF
二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向 平均电流。
其值与PN结面积及外部散热条件等有关。
二、 反向击穿电压UBR