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第3章半导体二极管、三极管和场效应管

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半导体基础知识

半导体基础知识
D
G
S 图 P 沟道结型场效应管结构图
S 符号
二、工作原理
N 沟道结型场效应管用改变 UGS 大小来控制漏极电
流 ID 的。
耗尽层
D 漏极
*在栅极和源极之间
加反向电压，耗尽层会变
栅极
G
N
P+ 型 P+
沟 道
N
S 源极
宽，导电沟道宽度减小， 使沟道本身的电阻值增大， 漏极电流 ID 减小，反之， 漏极 ID 电流将增加。
e
e
图 三极管中的两个 PN 结
c
三极管内部结构要求：
N
b
PP
NN
1. 发射区高掺杂。
2. 基区做得很薄。通常只有 几微米到几十微米，而且掺杂较 少。
3. 集电结面积大。
e
三极管放大的外部条件：外加电源的极性应使发射 结处于正向偏置状态，而集电结处于反向偏置状态。
三极管中载流子运动过程
c
Rc
IB
I / mA
60
40 死区 20 电压
0 0.4 0.8 U / V
正向特性
2. 反向特性 二极管加反向电压，反 向电流很小； 当电压超过零点几伏后， 反向电流不随电压增加而增
I / mA
–50 –25
0U / V
击穿 – 0.02 电压 U(BR) – 0.04
反向饱 和电流
大，即饱和；
反向特性
常用的 5 价杂质元素有磷、锑、砷等。
+4
+4
+4
自由电子
+4
+45
+4
施主原子
+4
+4

常用半导体器件

常用半导体器件

1.特点：非线性
I
反向击穿 电压U(BR)
反向电流 在一定电压 范围内保持 常数。
P– + N 反向特性
外加电压大于反向击 穿电压二极管被击穿， 失去单向导电性。
正向特性
P+ – N
导通压降
硅0.6~0.8V 锗0.1~0.3V
U
硅管0.5V, 开启电压
锗管0.1V。
外加电压大于开启 电压二极管才能通。
+ + ++ + + + + ++ + + + + ++ + +
P IF
内电场 N
外电场
+–
P接正、N接负
动画
内电场被 削弱，多子 的扩散加强， 形成较大的 扩散电流。
PN 结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较 大，正向电阻较小，PN结处于导通状态。
总目录 章目录 返回 上一页 下一页
PN 结加反向电压（反向偏置） P接负、N接正
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）。
总目录 章目录 返回 上一页 下一页
一、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。
价电子
Si
Si
共价健
Si
Si
晶体中原子的排列方式
硅单晶中的共价健结构
共价键中的两个电子，称为价电子。
是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压， 一般是二极管反向击穿电压UBR的一半或三分之二。 二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。

场效应管与三极管基础知识讲解

场效应管与三极管基础知识讲解

mos管分四种，N沟道增强型和耗尽型，P沟道增强型和耗尽型。

箭头指向g 的且带虚线的为N增强，没有虚线的为N耗尽。

箭头背向g端的且带虚线的为P增强，不带虚线则为P耗尽。

希望说的你能明白，小妹新手，多多关照！有没说清楚的继续，呵呵···场效应管三极管开关电路基础发布时间：2008-12-08 23:08:32三极管简介:三极管的种类很多，并且不同型号各有不同的用途。

三极管大都是塑料封装或金属封装，常见三极管的外观，有一个箭头的电极是发射极，箭头朝外的是NPN型三极管，而箭头朝内的是PNP型。

实际上箭头所指的方向是电流的方向。

图1双极面结型晶体管有两个类型：npn和pnp。

npn类型包含两个n 型区域和一个分隔它们的p型区域；pnp类型则包含两个p型区域和一个分隔它们的n型区域，图2和图3分别是它们的电路符号。

以下的说明将集中在npn BJT。

图2: npn BJT 的电路符号图3: pnp BJT 的电路符号BJT工作于三种不同模式：截止模式、线性放大模式及饱和模式，见图4。

图4 四种工作模式BJT在电子学中是非常重要的元件。

它们被广泛应用在其他展品中，特别是模拟电路里的放大器和数码电路里的电子开关。

开关电路原则a. BJT三极管Transistors只要发射极e 对电源短路就是电子开关用法N管发射极E 对电源负极短路. 低边开关;b-e 正向电流饱和导通P管发射极E 对电源正极短路. 高边开关 ;b-e 反向电流饱和导通b. FET场效应管MOSFET只要源极S 对电源短路就是电子开关用法N管源极S 对电源负极短路. 低边开关;栅-源正向电压导通P管源极S 对电源正极短路. 高边开关;栅-源反向电压导通总结:低边开关用 NPN 管高边开关用 PNP 管三极管b-e 必须有大于C-E 饱和导通的电流场效应管理论上栅-源有大于漏-源导通条件的电压就就OK假如原来用NPN 三极管作ECU 氧传感器加热电源控制低边开关则直接用N-Channel 场效应管代换;或看情况修改下拉或上拉电阻基极--栅极集电极--漏极发射极--源极NPN和PNP 开关三极管（1）我把NPN三极管看成一个三个脚继电器.基极-----就是一个小电流的.继电器的信号吧集电极-----可以说是正极吧发射极------可以说负极吧有一个小电流流入了基极的话那么集电极和发射极就会通.（2）PNP三极管看成一个三个脚继电器.基极-----就是一个小电流的继电器信号集电极-----可以说是正极吧发射极------可以说负极吧有一个小电流流出了基极的话，那么集电极和发射极就会通.三极管VS场效应管三极管BJT--------TRANSISTORS ----------- 电流驱动场效应管----- FET ------------------------- 电压驱动MOS场效应管MOSFET ................ 电压驱动2N70022n7002 IC产品型号的一种描述：晶体管极性:N沟道漏极电流, Id 最大值:280mA电压, Vds 最大:60V开态电阻, Rds(on):5ohm电压@ Rds测量:10V电压, Vgs 最高:2.1V功耗:0.2W工作温度范围:-55to 150封装类型:SOT-23针脚数:3SVHC(温度关注物质):Cobalt dichloride (18-Jun-2010) SMD标号:702功率, Pd:0.2W外宽:3.05mm外部深度:2.5mm外部长度/高度:1.12mm封装类型:SOT-23带子宽度:8mm晶体管数:1晶体管类型:MOSFET温度@ 电流测量:25°C满功率温度:25°C电压Vgs @ Rds on 测量:10V电压, Vds 典型值:60V电流, Id 连续:0.115A电流, Idm 脉冲:0.8A表面安装器件:表面安装通态电阻, Rds on @ Vgs = 10V:5ohm通态电阻, Rds on @ Vgs = 4.5V:5.3ohm阈值电压, Vgs th 典型值:2.1V阈值电压, Vgs th 最高:2.5VSVHC(高度关注物质)(附加):Bis (2-ethyl(hexyl)phthalate) (DEHP) (18-Jun-2010)MOS管的基本知识（转载）2011-05-07 06:39:32| 分类：电路硬件设计| 标签：|字号大中小订阅现在的高清、液晶、等离子电视机中开关电源部分除了采用了PFC技术外，在元器件上的开关管均采用性能优异的MOS 管取代过去的大功率晶体三极管，使整机的效率、可靠性、故障率均大幅的下降。

常用半导体器件

常用半导体器件

流的限流电阻！
稳压二极管的应用
稳压二极管技术数据为：稳压值UZ=10V，Izmax=12mA， Izmin=2mA，负载电阻RL=2k，输入电压ui=12V，限流电阻 R=200 ，求iZ。
若负载电阻变化范围为1.5 k -- 4 k ，是否还能稳 压？
i
iL
R ui DZ
iz UZ RL uO
i
工作原理： 无光照时，与普通二极管一样。
有光照时，分布在第三、四象限。
三、变容二极管 四、隧道二极管 五、肖特基二极管
• 作业 • 1.3 1.4 1.6 1.7
§1.3 晶体三极管
一、晶体管的结构和符号 二、晶体管的放大原理 三、晶体管的共射输入特性和输出特性 四、温度对晶体管特性的影响 五、主要参数
PN结的伏安特性
i = f (u )之间的关系曲线。
i/ mA
60
40
正向特性
20
–50 –25
反 向
0 0.5 1.0 u / V 击穿电–压0.002
特
U(BR–) 0.004
性
图 1.1.8 PN结的伏安特性
反向击穿 齐纳击穿 雪崩击穿
四、PN结的电容效应
当PN上的电压发生变化时，PN 结中储存的电荷量 将随之发生变化，使PN结具有电容效应。
ui和uo的波形如图所示
u o /V
10
t
O
讨论：解决两个问题
• 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 型有什么不同与uD可比，则需图解： ID 实测特性
Q
uD=V－iR
UD
五、稳压二极管
限流电阻

二极管和三极管原理ppt课件

二极管和三极管原理ppt课件

37
① N沟道结型场效应管
基底:N型半导体
D（drain）
两边是P区
G（grid）
N PP
D G
D G
S
S
S（source）
精导品pp电t 沟道
38
② P沟道结型场效应管
D（drain）
G（grid）
P NN
S（source）
精品ppt
D G
D G
S
S
39
工作原理（以P沟道为例）
① 栅源电压UGS对导电沟道的影响
14
+
Si
Si
B
BSi
Si
Si
Si
空穴
掺硼的半导体中，空穴的数目远大于自由电子的数目。空
穴为多数载流子，自由电子是少数载流子，这种半导体称为空 穴型半导体或P型半导体
一般情况下，掺杂半导体中多数载流子的数量可达到少数
载流子的1010倍或更多精。品ppt
15
二、半导体二极管
精品ppt
16
PN 结的形成
精品ppt
26
由于少数载流子数量很少，因此反向电流不大，即 PN结呈现的反向电阻很高。 （换句话说，在P型半导 体中基本上没有可以自由运动的电子，而在N型半导体 中基本上没有可供电子复合的空穴，因此，产生的反向 电流就非常小。）
值得注意的是：因为少数载流子是由于价电子获 得热能(热激发)挣脱共价键的束缚而产生的，环境温度 愈高，少数载流子的数目愈多。所以温度对反向电流的 影响很大。
在金属导体中只有电子这种载流子，而半导体中存在空
穴和电子两种载流子，在外界电场的作用下能产生空穴流和
电子流，它们的极性相反且运动方向相反，所以，产生的电

第3章 半导体三极管及其基本放大电路

第3章 半导体三极管及其基本放大电路
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3.2 三极管基本应用电路及其分析 方法


3.2.3图解分析法
1.用图解法确定静态工作点 在分析静态值时，只需研究直流通路，图3-19用图解法分析 电路的步骤如下: 1)作直流负载线

U CE U CC I C RC


上式确定的直线就是直流负载线。 2)确定静态工作点 利用 I BQ (UCC U BEQ ) I RB ，求得IBQ的近似值。在输出特 性曲线上，确定IB=IBQ的一条曲线。该曲线与直线MN的交 点Q就是静态工作点。 上一页 下一页


3.1.5温度对三极管的特性与参数的影响
1.温度对UBE的影响 三极管的输入特性曲线与二极管的正向特性曲线相似，温度 升高，曲线左移，如图3-9所示。 2.温度对ICBO的影响 三极管输出特性曲线随温度升高将向上移动，如图3 -10所 示。 3.温度对β的影响 温度升高，输出特性各条曲线之间的间隔增大，从而β值增 大，如图3-10所示。


上一页
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3.1 双极型半导体三极管


3.1.6三极管的判别及其手册的查阅方法
1.三极管型号的意义 三极管的型号一般由五大部分组成如3AX31A、3DG12B、 3CG14G等。 2.三极管手册的查阅方法 1)三极管手册的基本内容 (1)三极管的型号。 (2)电参数符号说明。 (3)主要用途。 (4)主要参数。 2)三极管手册的查阅方法 (1)已知三极管的型号查阅其性能参数和使用范围。 (2)根据使用要求选择三极管。


3.1.4三极管的主要参数
3.极限参数 1)集电极最大允许电流ICM 2)反向击穿电压U(BR)CEO 3)集电极最大允许功耗PCM 根据给定的PCM值可以作出一条PCM曲线如图3-8所示，由 PCM、ICM和U(BR)CEO包围的区域为三1 双极型半导体三极管

模电课件：第三章三极管

模电课件：第三章三极管

动态：输入信号不为零时，放大电路的工作
状态，也称交流工作状态。
电路处于静态时，三极管个电极的电压、电
流在特性曲线上确定为一点，称为静态工作点，
常称为Q点。一般用IB、 IC、和VCE （或IBQ、ICQ、 和VCEQ ）表示。
# 放大电路为什么要建立正确的静态？
3.2 共 射极放 大电路
5. 直流通路和交流通路 （思考题）
Rc CCbb22
TTT Cb2
VVCCCC
Rb
VBB
(d) ((bf))
3.3 图解分析法
3.3.1 静态工作情况分析
用近似估算法求静态工作点 用图解分析法确定静态工作点
3.3.2 动态工作情况分析
交流通路及交流负载线 输入交流信号时的图解分析 BJT的三个工作区 输出功率和功率三角形
BJT的三种组态
共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示； 共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示。 共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示;
4. 共射放大
若 vI = 20mV 使 iB = 20 uA 设 = 0.98
则 iC iB
1 iB
1. 输入特性曲线
（以共射极放大电路为例）
iB=f(vBE) vCE=const
(1) 当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。 (2) 当vCE≥1V时， vCB= vCE - vBE>0，集电结已进入反偏状态，开始收
集电子，基区复合减少，同样的vBE下 IB减小，特性曲线右移。
vCE = 0V vCE 1V
得到
且
IE= (1+ ) IB
IC
IB

第3章 门电路(打印)

第3章 门电路(打印)
片组件内含100~1000个元件(或20~100个等效门)。 大规模集成电路(LSI-Large Scale Integration)， 每片 组件内含1000~100 000个元件(或100~1000个等效门)。 超大规模集成电路(VLSI-Very Large Scale Integration)， 每片组件内含100 000个元件(或1000个以上等效门)。
噪声容限
74系列典型值为：
VOH（min) = 2.4V
VOL（max) = 0.4V
VIH（min) = 2.0V VIL（max) = 0.8V VNH=0.4V VNL=0.4V
VNL =VIL(max) - VOL(max) VNH =VOH(min) - VIH(min)
二、输入特性
iIL iIH
四、输入负载特性 输入端 “1”,“0”？
ui
RP
简化电路
A
R1
VCC
ui
ui
T1
RP
be
2
be 0
5
RP
RP较小时
RP ui (Vcc Von ) RP R1
当RP<<R1时, ui ∝ RP
简化电路
A
R1
VCC
ui
ui
T1
RP
1.4V
be
2
be 0
5
RP
RP增大时
Ruiui≥UT （1.4V）时，输入变高， 由于钳位作用， ui 动态固定为1.4V 。
N1 ≤ IOH /IIH N1 ≤400μA/40μA=10
前级输出为 低电平时
前级
后级
IOL IIL
N2
IIL

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为低频管。 (4)按功率可分为：小功率管和大功率管。耗散功率小于1W为小功率管，耗散功率大于1W为大功
率管。 (5)按用途可分为：普通放大三极管和开关三极管等。
1.3 半导体三极管
1.3.1 三极管的结构
3．图形符号 三极管的图形符号如图1-18所示。
图1-18 三极管的图形符号
1.3 半导体三极管
1.3 半导体三极管
1.3.1 三极管的结构
2．分类 三极管的种类很多，通常按以下方法进行分类： (1)按半导体制造材料可分为：硅管和锗管。硅管受温度影响较小、工作稳定，因此在电子产品中
常用硅管。 (2)按三极管内部基本结构可分为：NPN型和PNP型两类。 (3)按工作频率可分为：高频管和低频管。工作频率高于3MHz为高频管，工作频率在3MHz以下
I 0.01 mA
B
(1)当IB有较小变化时，IC就有较大变化。
(2)直流电流放大系数 (3)交流电流放大系数
IC
IB
I C
I B
1.3 半导体三极管
1.3.2 三极管的电流放大作用
2．电流放大作用 显然,(1-2)和(1-3)两式的意义是不同的。前者反映的是静态(直流工作状态)时集电极与基极电流之
图1-11 硅二极管的伏安特性曲线
1.2 半导体二极管
1.2.2 二极管的特性与参数
3 半导体二极管的主要参数
(1)最大整流电流 IFM：二极管允许通过的最大正向工作电流平均值。
(2)最高反向工作电压 VRM：二极管允许承受的反向工作电压峰值，
VRM
1 2
~
1，也叫 3
反向击穿电压。
(3)反向漏电流 IR：是指在规定的反向电压和环境温度下的二极管反向电流值。IR越小，二 极管的单向导电性能越好。

第三节三极管

第三节三极管

国家标准对半导体器件型号的命名举例如下： 国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：
3DG110B
用字母表示同一型号中的不同规格 用数字表示同种器件型号的序号 用字母表示器件的种类 用字母表示材料 三极管
第二位： 锗 第二位：A锗PNP管、B锗NPN管、 管 锗 管 C硅PNP管、D硅NPN管 硅 管 硅 管 第三位： 低频小功率管 低频小功率管、 低频大功率管 低频大功率管、 第三位：X低频小功率管、D低频大功率管、 G高频小功率管、A高频大功率管、K开关管 高频小功率管、 高频大功率管 高频大功率管、 开关管 高频小功率管
BJT是由两个 结组成的。 是由两个PN结组成的 是由两个 结组成的。
一.BJT的结构 的结构
NPN型
发射结 集电结
PNP型
发射结 集电结
e 发射极
N
-
P
N
c
集电极
e 发射极
P
-
N
P
c
集电极
发射区 基区 集电区
发射区 基区 集电区
基极
基极
b
eb
-
-
c
b
符号: 符号
eb
-
-
c
三极管的结构特点: 三极管的结构特点 ＞＞集电区掺杂浓度 （1）发射区的掺杂浓度＞＞集电区掺杂浓度。 ）发射区的掺杂浓度＞＞集电区掺杂浓度。 （2）基区要制造得很薄且浓度很低。 ）基区要制造得很薄且浓度很低。
(2)输出特性曲线 iC=f(uCE) iB=const 输出特性曲线
现以i 一条线加以说明。 现以 B=60uA一条线加以说明。 一条线加以说明 （1）当uCE=0 V时，iC=0。 ） 时 。 （2） uCE ↑ → Ic ↑ 。 ） （3） 当uCE ＞1V后，收 ）

常用的半导体器件有二极管三极管场效应晶体管等

常用的半导体器件有二极管三极管场效应晶体管等

15 2018/11/17
【影响工作频率的原因 】主要取决于PN结结电容的大小 (1)低频时，因结电容很小，对 PN 结影响很小；高频时， 因容抗增大，使结电容分流，导致单向导电性变差。 (2) 结面积小时结电容小，工作频率高。 【二极管的理想模型】正向电阻为零，正向导通时为短路特 性，正向压降忽略不计；反向电阻为无穷大，反向截止时为 开路特性，反向漏电流忽略不计。
激发而产生的，其数量的多少决定于温度。
无论是P型半导体还是N型半导体都是中性的， 对外不显电性。
9 2018/11/17
1.1.3 PN结及其单向导电性
1．PN结的形成：将一块半导体的一侧掺杂成P型半 导体，另一侧掺杂成N型半导体，在两种半导体的 交界面处将形成一个特殊的薄层→ PN结。
PN 结的形成与 单相导电性
0.2 V
13
2018/11/17
（2）反向特性 外加反向电压时， PN结处于截止状态，反向电流很小。 反向电压大于击穿电压时，反向电流急剧增加。 （3）反向击穿类型： 电击穿— PN 结未损坏，断电即恢复。 热击穿— PN 结烧毁。
二极管伏安特性曲线
14 2018/11/17
1.2.2 半导体二极管的主要参数 (超过时单向导电 性变差) （1）IOM－最大整流电流(最大正向平均电流) （2）UB－反向击穿电压指管子反向击穿时的电压值。 （3）UDRM－最大反向工作电压（约为UB 的一半）。 （4）IRM－最大反向电流(越小单向导电性越好) （5）fM－最高工作频率（超过时单向导电性变差）
5 2018/11/17
【结论】纯净半导体也称为本征半导体 1．本征半导体中电子空穴成对出现，且数量少； 2．半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电； 3．本征半导体导电能力弱，并与温度有关。

电路与电子学第四章

电路与电子学第四章

二极管例题
5K
1V
D1
Ua
D1截止， D2导通， Ua= -5V
求电路中的UO:
D3导通，UO=6V D2导通，UO= -6V, D3截止。 D1截止，UO= 6V
D2
D1 UO
D1截止， D2导通， D3截止， UO= - 6V
复习
+ ui (a) u01 t D R + u01 +
如图已知输入电压 ui=30sinωt ,
二极管的应用 t
输入电压小于5V:
+ ui D 5V
输入电压大于5V: + D 5V +
t
小于5V后
ui
-
u02
-
演示二极管2
●二极管整流电路 整流
半波整流电路
利用二极管的单向导电性，将双向变化的交流电转换为 单向脉动的直流电。 ui ①半波整流电路 D t + + ui RL u0 -
-
u0
t 脉动直流电
ui<0：上负下正，D2D4导通D1D3截止 。
0
π
2π
3π
全波整流电路输出电压平均值：
单向桥式整流电路
U0

1

o
( U m sin t )d ( t )
2 2

U 0.9U
i i t π 2π 3π
U U 负载中通过电流的平均值：I 0 0 0.9 RL RL
截止时二极管所承受的最大反向电压为峰值Um。 承担全波整流电路中二极管的参数为： 最大整流电流： I I 0.45 U F D + ui -
零偏，不通，ID=0 反偏，不通，ID=0

第三章 半导体三极管及其放大电路基础3.1

第三章 半导体三极管及其放大电路基础3.1

IB/mA -0.001 IC/mA 0.001 IE/mA 0
0 0.01 0.01
0.01 0.56 0.57
0.02 1.14 1.16
0.03 1.74 1.77
0.04 2.33 2.37
0.05 2.91 2.96
I B IC I E , IC I E

IC IB
U CE
(b ) 共 发 射 极
(c) 共 集 电 极
图3 -
三极管的三种组态
下面以共发射极组态为例 分析：
1）NPN型晶体管
2）依据外部条件建立电路：
发射结（BE结）须正向偏置→ 输入回路（基极回路） 集电结（BC结）须反向偏置→ 输出回路（集电极回路） 发射极接地（原因） 3）VCC(EC)
＞VBB(EB)
第三章
半导体三极管及其放大电路 基础
3.1 半导体三极管
3.2 基本共射极放大电路
3.3 放大电路的静态分析 3.4 放大电路的动态分析 3.5 静态工作点的稳定 3.6 共集与共基极放大电路
3.1 半导体三极管
晶体管
半导体二极管（第二章） 双极型半导体三极管（第三章） 半导体三极管 单极型半导体三极管（第四章）
发射极的箭头代表发射极电流的实际方向。
常用的半导体材料有硅和锗, 因此共有四种系列三极 管类型。它们对应的型号分别为： 3A(锗PNP)、3B(锗NPN)、 3C(硅PNP)、3D(硅NPN) 。
围绕内部结构阐述晶体管的电流放大作用：
二、三极管中的电流分配（内部载流子的传输过程）* 1.三极管放大的两个条件： 1）内部条件：三个区（发射区、基区和集电区）的掺杂浓度 与厚薄均不一样。两个PN结的结面积不同。从外表上看两个N

半导体的基本知识

半导体的基本知识

+ P
－ － －
_
N
外电场
内电场
R
E
(1-23)
二、PN 结反向偏置 变厚
－ + + + + 内电场被被加强，多子 的扩散受抑制。少子漂 移加强，但少子数量有 限，只能形成较小的反 向电流。 +
_ P
－ － －
N
内电场 外电场
R
E
(1-24)
2.1.3 半导体二极管
一、基本结构
PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。
(1-14)
二、P 型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼 （或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质 取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的 半导体原子形成共价键时， 空穴 产生一个空穴。这个空穴 +4 可能吸引束缚电子来填补， 使得硼原子成为不能移动 的带负电的离子。由于硼 +3 原子接受电子，所以称为 硼原子 受主原子。
(1-2)
半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有 不同于其它物质的特点。例如： • 当受外界热和光的作用时，它的导电能
力明显变化。
• 往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使
它的导电能力明显改变。
(1-3)
1.1.2 本征半导体
一、本征半导体的结构特点
现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们 的最外层电子（价电子）都是四个。
2. 反向击穿电压UBR
二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电 流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至 过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电 压UWRM一般是UBR的一半。
(1-27)
3. 反向电流 IR
指二极管加反向峰值工作电压时的反向电 流。反向电流大，说明管子的单向导电性 差，因此反向电流越小越好。反向电流受 温度的影响，温度越高反向电流越大。硅 管的反向电流较小，锗管的反向电流要比 硅管大几十到几百倍。
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阳极
阴极 LED
LED
R
E
(a)
Back Ne(bx)t Home
光电二极管
光电二极管的又称为光敏二极管，其工作原理恰好与 发光二极管相反。当光线照射到光电二极管的PN结时， 能激发更多的电子，使之产生更多的电子空穴对，从 而提高了少数载流子的浓度。在PN结两端加反向电压 时反向电流会增加，所产生反向电流的大小与光的照 度成正比，所以光电二极管正常工作时所加的电压为 反向电压。为使光线能照射到PN结上，在光电二极管 的管壳上设有一个小的通光窗口。
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2.杂质半导体
（1） N型半导体 在纯净半导体硅或锗中掺入磷、砷、锑等5价元素，由 于这类元素的原子最外层有5个价电子，故在构成的共 价键结构中，由于存在多余的价电子而产生大量自由电 子，这种半导体主要靠自由电子导电，称为电子半导体 或N型半导体，其中自由电子为多数载流子，热激发形 成的空穴为少数载流子。
2．PN结的单向导电性
①外加正向电压（也叫正向偏置即正极接P区、负极 接N区）
外加电场与内电场方向相反，内电场削弱，扩散运
动大大超过漂移运动，N区电子不断扩散到P区，P 区空穴不断扩散到N区，形成较大的正向电流，这 时称PN结处于导通状态。 空间电荷区
变窄
＋
P I 外电场
＋N
＋
内电场
E
R
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半导体器件是用半导体材料制成的电子器 件。常用的半导体器件有二极管、三极管、 场效应晶体管等。半导体器件是构成各种 电子电路最基本的元件。
3.1.1 半导体
半导体：导电性能介于导体和绝缘体之 间的物质，如硅(Si)、锗(Ge)。硅和锗是 4价元素，原子的最外层轨道上有4个价 电子。
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682()
R可 取 标 称 值470。
（ 标 称 系 列 值1：0,11,12,13,15,16,18,20,22,24,27,
30,33,36,39,43,47,51,56,62,68,75,82,91）
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发光二极管
当发光二极管的PN结加上正向电压时，电子与空穴 复合过程以光的形式放出能量。 不同材料制成的发光二极管会发出不同颜色的光。 发光二极管具有亮度高、清晰度高、电压低（1.5～ 3V）、反应快、体积小、可靠性高、寿命长等特点， 是一种很有用的半导体器件，常用于信号指示、数 字和字符显示。
②外加反向电压（也叫反向偏置即正极接N区、 负极接P区） 外加电场与内电场方向相同，增强了内电场，多 子扩散难以进行，少子在电场作用下形成反向电 流，因为是少子漂移运动产生的，反向电流很小 ，这时称PN结处于截止状态。
空间电荷区
变宽
＋＋＋
P
＋＋＋ N
＋＋＋
内电场
外电场
I
E
R
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(b)伏安特性 图3-12
(c)稳压电路
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（3）稳压二极管构成的稳压电路 解：（1）选择DZ ：
例1.2.4 设计如图1.2.13 所示 VZ VO 6V
稳压管稳压电路，已知VO=6V， I Z max I Lmax ( 2 ~ 3)
输入电压VI 波动10%， RL=1k。
• 温度系数
稳压管的 伏安特性
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稳压二极管稳压过程
RL不变， Ui↑→ UZ ↑→ IZ ↑→ I ↑ = IZ + IL → UZ ↓= Ui- IR Ui不变, RL ↓ → UZ ↓ → IZ ↓ → I ↓ = IZ + IL → UZ ↑= Ui- IR
(a) 符号
3.理想二极管
理想二极管特性，正偏时相当于短路；反偏时相当于开 路。
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4.二极管应用举例（可用于整流、检波、限幅、开
关等电路）二极管基本电路及模型分析法
（1）二极管的静态工作情况分析
R 10K
R 10K
R 10K
+ VDD 20V
—
ID + + VD VDD 20V
第3章 半导体器件
学习要点
二极管的工作原理、伏安 特性和主要参数 双极型三极管的放大作用、 输入和输出特性曲线及主 要参数
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第3章 半导体器件
3.1 PN结与半导体二极管 3.2 半导体三极管 3.3 场效应晶体管
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3.1 PN结与半导体二极管
3.1.3 半导体二极管
一个PN结加上相应的电极引线并用管壳封装起来，就构 成了半导体二极管，简称二极管。
半导体二极管按其结构不同可分为点接触型和面接 触型和平面型三大类 。
点接触型二极管PN结面积很小，结电容很小，多用 于高频检波及脉冲数字电路中的开关元件。
面接触型二极管PN结面积大，结电容也小，多用在 低频整流电路中。
自由电子 空穴
多数载流子（简称多子）
少数载流子（简称少子） Back Next Home
（2） P型半导体
在纯净半导体硅或锗中掺入硼、铝、镓等3价元素， 由于这类元素的原子最外层只有3个价电子，故在构 成的共价键结构中，由于缺少价电子而形成大量空 穴，这类掺杂后的半导体其导电作用主要靠空穴运 动，称为空穴半导体或P型半导体，其中空穴为多数 载流子，热激发形成的自由电子是少数载流子。
(2 ~ 3) V0 RLmin
R
+
IR
IL
+
IZ
(2 ~ 3) 6 A 1000
(12 ~ 18)m A
VI DZ
-
VO RL
-
稳压管稳压电路
查手册，选择DZ 为 2CW13，VZ =(5~6.5V) ， IZmax=38mA, IZmin=5mA
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（2）选择限流电阻R：
空穴 自由电子
多数载流子（简称多子） 少数载流子（简称少子）
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＋＋＋ ＋ ＋＋＋ ＋ ＋＋＋ ＋
N 型半导体
P 型半导体
无论是P型半导体还是N型半导体都是中 性的，对外不显电性。
掺入的杂质元素的浓度越高，多数载流 子的数量越多。
少数载流子是热激发而产生的，其数量 的多少决定于温度。
阳极
阴极
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LED(a)发光二极管来自(b)光电二极管 LD
(c)变容二极管 (d)激光二极管
其它二极管
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3.2 半导体三极管
3.2.1 三极管的结构及符号
半导体三极管是由两个背靠背的PN结构成 的。在工作过程中，两种载流子（电子和空 穴）都参与导电，故又称为双极型晶体管， 简称晶体管或三极管。
I /mA
40 30 20
-60 -40 -20 10
正向特性
0 0.4 0.8 U /V 反向特性
（2）反向特性
外加反向电压时， PN结处于截止状态，反向电流 很小。
反向电压大于击穿电压时，反向B电ac流k急剧N增e加xt。 Home
2. 半导体二极管的主要参数
（1）最大整流电流IOM：指管子长期运行时，允许通过 的最大正向平均电流。 （2）反向击穿电压UB：指管子反向击穿时的电压值。 （3）最大反向工作电压UDRM：二极管运行时允许承受 的最大反向电压（约为UB 的一半）。 （4）最大反向电流IRM：指管子未击穿时的反向电流， 其值越小，则管子的单向导电性越好。 （5）最高工作频率fm：主要取决于PN结结电容的大小。
-- —
ID
++ VD VDD
20V
-- —
ID +
+ VD
Von —
--
(a) 原电路
(b) 理想模型电路
(c) 恒压降模型电路
例1的电路图
例1 求上图（a）所示电路的硅二极管电流ID和电压VD。
解：（1）理想模型，VD=0， （2）恒压降模型，VD=0.7V，
则
ID

VDD VD R
20 0 2mA 10K
PZ=BUaZIcZkM Next Home
（1）稳压二极管的伏安特性
利用二极管反向击穿特 性实现稳压。稳压二极管稳 压时工作在反向电击穿状态。 其伏安特性如图1.2.12所示。
（2）稳压二极管的主要参数
• 稳定电压VZ • 稳定电流IZ（ IZmin 、IZmin ） • 额定功耗PZM • 动态电阻rZ
VI VO (12 ~ 18)V , 取VI 15V
Rmin
VI max VO I Z max IO

15(1 10% ) 6 38 103 6 / 1000 241()
Rmax
VI min I Z min
VO IO

15(1 10% ) 6 5 103 6 / 1000
两个PN结，把半导体分成三个区域。 这三个区域的排列，可以是N-P-N，也可以 是P-N-P。因此，三极管有两种类型：NPN 型和PNP型。
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NPN型
集电结
B 发射结
PNP型
集电结 B 发射结
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3.1.2 PN结及其单向导电性
1．PN结的形成
半导体中载流子有扩散运动和漂移运动两 种运动方式。载流子在电场作用下的定向运 动称为漂移运动。在半导体中，如果载流子 浓度分布不均匀，因为浓度差，载流子将会 从浓度高的区域向浓度低的区域运动，这种 运动称为扩散运动。
将一块半导体的一侧掺杂成P型半导体， 另一侧掺杂成N型半导体，在两种半导体的