第五章电工学之 半导体二极管和三极管分解
二极管和三极管--原理
二极管图三极管工作(gōngzuò)原理三极管是电流放大器件，有三个极，分别(fēnbié)叫做集电极C，基极B，发射极E。
分成NPN和PNP两种。
我们仅以NPN三极管的共发射极放大电路为例来说明一下三极管放大电路的基本原理。
一、电流(diànliú)放大下面的分析仅对于NPN型硅三极管。
如上图所示，我们把从基极B流至发射极E的电流叫做基极电流Ib；把从集电极C流至发射极E的电流叫做集电极电流 Ic。
这两个电流的方向都是流出发射极的，所以发射极E上就用了一个箭头来表示电流的方向。
三极管的放大作用就是：集电极电流受基极电流的控制（假设电源能够(nénggòu)提供给集电极足够大的电流的话），并且基极电流很小的变化，会引起集电极电流很大的变化，且变化满足一定的比例关系：集电极电流的变化量是基极电流变化量的β倍，即电流变化(biànhuà)被放大了β倍，所以我们把β叫做三极管的放大倍数（β一般远大于1，例如几十，几百）。
如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射极之间，这就会引起基极电流Ib的变化，Ib 的变化被放大后，导致了Ic很大的变化。
如果集电极电流Ic是流过一个电阻R的，那么根据电压计算公式 U=R*I 可以算得，这电阻上电压就会发生很大的变化。
我们将这个电阻上的电压取出来，就得到了放大后的电压信号了。
二、偏置电路三极管在实际的放大电路中使用时，还需要加合适的偏置电路。
这有几个原因。
首先是由于三极管BE结的非线性（相当于一个二极管），基极电流必须在输入电压大到一定程度后才能产生（对于硅管，常取0.7V）。
当基极与发射极之间的电压小于0.7V时，基极电流就可以认为是0。
但实际中要放大的信号往往远比 0.7V要小，如果不加偏置的话，这么小的信号就不足以引起基极电流的改变（因为小于0.7V时，基极电流都是0）。
如果我们事先在三极管的基极上加上一个合适的电流（叫做偏置电流，上图中那个电阻Rb就是用来提供这个电流的，所以它被叫做基极偏置电阻），那么当一个小信号跟这个偏置电流叠加在一起时，小信号就会导致基极电流的变化，而基极电流的变化，就会被放大并在集电极上输出。
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
电工学教案半导体二极管和三极管
电工学教案半导体二极管和三极管一、教学目标1.了解半导体二极管和三极管的基本结构和工作原理；2.掌握常见半导体二极管和三极管的特性参数；3.能够分析和解决与半导体二极管和三极管相关的电路问题；4.培养学生的动手实践和创新能力。
二、教学内容1.半导体二极管的基本结构和工作原理；2.常见半导体二极管的特性参数和应用；3.三极管的基本结构和工作原理；4.常见三极管的特性参数和应用。
三、教学过程1.导入引入通过介绍电子元器件中的两种重要器件，半导体二极管和三极管，引发学生对相关知识的探究和学习兴趣。
2.课堂讲解2.1半导体二极管2.1.1基本结构和工作原理详细介绍半导体二极管的基本结构，包括P-N结和其注入。
详细介绍半导体二极管的工作原理，包括正向偏置和反向偏置。
2.1.2特性参数和应用介绍半导体二极管的特性参数，包括导通压降、最大反向电压和最大正向电流等。
介绍半导体二极管的应用，包括整流、波形修整等。
2.2三极管2.2.1基本结构和工作原理详细介绍三极管的基本结构，包括三个区域的P-N结和掺杂工艺。
详细介绍三极管的工作原理，包括共发射极、共集电极和共基极的基本工作模式。
2.2.2特性参数和应用介绍三极管的特性参数，包括放大系数、最大耗散功率和最大反向电压等。
介绍三极管的应用，包括放大、开关等。
3.实验演示通过实验演示，让学生亲自搭建电路，观察和验证半导体二极管和三极管的工作原理和特性。
4.小结反思对课堂内容进行总结和归纳，强化学生对半导体二极管和三极管的理解。
四、教学方法1.讲授结合实践通过讲解和实验结合，加深学生对半导体二极管和三极管相关知识的理解和应用能力。
2.探究式学习鼓励学生积极参与课堂互动，提出问题、讨论问题，培养学生的创新思维和解决问题的能力。
五、教学评估1.课堂小测验设置课堂小测验以检测学生对知识的掌握程度。
2.实验报告要求学生根据实验结果和分析写实验报告，评估学生对半导体二极管和三极管的实际操作和分析能力。
第五章电工学之 半导体二极管和三极管解剖
P 区 空间电荷区 N 区
＋＋ ＋ ＋＋ ＋ ＋＋ ＋
内电场方向 PN 结及其内电场
电工电子技术基础
空间电荷区
变宽
＋＋＋
P
＋＋＋ N
＋＋＋
内电场
外电场
IR
E
R
反向偏置
2019/6/15
5-2 二极管及其应用
一、二极管 1、基本结构
将PN结加相应电极引线和管壳，为半导体二极管，分 点接触型：（锗管）PN结小，通电电流小，作开关元件 面接触型：（硅管）PN结大，通电电流大，用于整流
N 型半导体
P
多子
少子
P 区 空间电荷区 N 区
＋＋ ＋ ＋＋ ＋ ＋＋ ＋
内电场方向 PN 结及其内电场
2019/6/15
P 区 空间电荷区 N 区
＋＋ ＋ ＋＋ ＋ ＋＋ ＋
内电场方向 PN 结及其内电场
空间电荷区 变窄
P IF 外电场
＋
＋N ＋
内电场
E
R
电工电子技术基础
正向偏置
2019/6/15
触丝线
PN结
引线 外壳线 点接触型
电工电子技术基础
基片
面接触型
2019/6/15
P
N
二极管符号：
I
2、伏安特性
死区电压 硅管 0.6V,锗管0.2V。
反向击穿 电压UBR
VD
导通压降: 硅管0.6~0.7V, 锗管0.2~0.3V。
U
电工电子技术基础
2019/6/15
3、主要参数 （1）最大平均整流电流IF
指二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流 一般几十至几百毫安 （2）最高反向工作电压 URM 确保二极管不被反向击穿的一个参数。一般为几十 至几百伏 （3）极间电容 CP 指二极管两极之间电容的总称。一般在数皮法以下 （4）最高工作频率fM 极间电容频率效应不能忽略时的工作频率
半导体、二级管和三极管概述
PN结加反向电压
PN结加反向电压时， 内建电场被增强，势垒 高度升高，空间电荷区 宽度变宽。这就使得多 子扩散运动很难进行， 扩散电流趋于零；
而少子漂移运动处于优势，形成微小的反向的电流。
流过PN结的反向电流称为反向饱和电流(即IS)， PN结呈现为大电阻。由于IS很小,可忽略不计,所 以该状态称为：PN结反向截止。 总结 PN结加正向电压时，正向扩散电流远大于漂移电 流， PN结导通；PN结加反向电压时，仅有很小的 反向饱和电流IS，考虑到IS≈0，则认为PN结截止。
基区空穴 的扩散
扩散运动形成发射极电流IE，复合运动Байду номын сангаас成基极电 流IB，漂移运动形成集电极电流IC。
电流分配：
IE＝IB＋IC
IE－扩散运动形成的电流 IB－复合运动形成的电流 IC－漂移运动形成的电流
直流电流 放大系数
IC IB
iC iB
交流电流放大系数
I CEO (1 ) I CBO
稳压管的伏安特性
稳压管的主要参数 稳定电压Uz：Uz是在规定电流下稳压管的反向击 穿电压。 稳定电流IZ：它是指稳压管工作在稳压状态时， 稳压管中流过的电流，有最小稳定电流IZmin和最大 稳定电流IZmax之分。
（6）其它类型二极管 发光二极管：在正向导通其正向电流足够大时， 便可发出光，光的颜色与二极管的材料有关。广 泛用于显示电路。
图4 本征半导体中 自由电子和空穴
本征半导体的载流子的浓度 本征激发：半导体在热激发下产生自由电子和空 穴对的现象称为本征激发。 复合：自由电子在运动过程中如果与空穴相遇就 会填补空穴，使两者同时消失。 在一定的温度下，本征激发所产生的自由电子与 空穴对，与复合的自由电子与空穴对数目相等，达 到动态平衡。即在一定温度下本征半导体的浓度是 一定的，并且自由电子与空穴浓度相等。
半导体二极管和三极管精解
6
硅管0.5V,锗管0.1V。
反向击穿 电压U(BR)
导通压降
外加电压大于死区电压二极管才能导通。
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
反向特性
特点：非线性
硅0.6~0.8V锗0.2~0.3V
U
I
死区电压
P
N
+
–
P
N
–
+
反向电流 在一定电压 范围内保持 常数。
N
P
结构
符号
阳极
+
阴极
-
1.3.1 二极管的基本结构和符号
正极引线
触丝
N型锗
支架
外壳
负极引线
PN结
点接触型二极管
二极管按结构分三大类：
PN结面积小，结电容小， 用于检波和变频等高频电路。
平面型二极管 用于集成电路制造工艺中。 PN 结面积可大可小，用 于高频整流和开关电路中。 面接触型二极管 PN结面积大，用 于工频大电流整流电路。
IE
IBE
ICE
ICBO
IB = IBE- ICBO IBE
ICE 与 IBE 之比称为共发射极电流放大倍数
集－射极穿透电流。
若IB =0, 则 IC ICEO
特性曲线
为什么要研究特性曲线：
直观地分析管子的工作状态 合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的电路
即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部载流子运动的外部表现，反映了三极管的性能，是分析放大电路的依据。
IR
P接负、N接正
温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。
–
+
半导体二极管和三极管的基本原理
半导体二极管和三极管的基本原理下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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半导体二极管和三极管分析
半导体二极管和三极管分析一、半导体二极管（Diode）半导体二极管是一种由p型半导体和n型半导体组成的器件。
它具有一个p-n结，其中p型半导体称为阳极（Anode），n型半导体称为阴极（Cathode）。
半导体二极管可以分为正向偏置和反向偏置两种工作状态。
1.1结构和工作原理半导体二极管的结构非常简单，它主要由p型半导体和n型半导体组成。
在正向偏置状态下，将p型半导体连接到正电压，n型半导体连接到负电压。
这样，电子会从n型半导体向p型半导体流动，而空穴则从p型半导体向n型半导体流动。
这个过程称为正向导通，电流通过二极管，二极管呈现低电阻状态。
在反向偏置状态下，将n型半导体连接到正电压，p型半导体连接到负电压。
这样，电子会从p型半导体向n型半导体流动，而空穴则从n型半导体向p型半导体流动。
这个过程称为反向封锁，导电能力非常弱，二极管呈现高电阻状态。
1.2应用1.整流器：半导体二极管可以将交流电转换为直流电。
在这种应用中，电流只能在正向偏置状态下通过。
2.限流器：半导体二极管可以让电流仅以一个方向通过，从而保护其他电子元件免受过电流的损害。
3.瞬态电压抑制器（TVS）：半导体二极管具有抵抗电压峰值的能力，可以用于保护电路免受电压脉冲和浪涌的损害。
4.发光二极管（LED）：LED是一种可以发出光的半导体二极管。
通过不同的材料和应用方法，LED可以发出不同颜色和亮度的光。
二、三极管（Transistor）三极管是一种由三个控制区域组成的半导体器件，它是由两个p-n结组成的。
三极管有三个电极，分别是发射极（Emitter）、基极（Base）和集电极（Collector）。
三极管可以分为NPN型和PNP型两种类型。
2.1结构和工作原理NPN型三极管由两个p型半导体夹着一个n型半导体组成，而PNP型三极管则由两个n型半导体夹着一个p型半导体组成。
在NPN型三极管中，n型区域是发射极和集电极，p型区域是基极。
在PNP型三极管中，p型区域是发射极和集电极，n型区域是基极。
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低于6V稳压管，为αu负
高于6V稳压管，为αu正 C、动态电阻rz:稳压管两端电压的变化量与相应电流 变化量比值 rZ =ΔUZ/ΔIZ 反向伏安特性越陡，动态电阻越小，稳压管越好 D、稳定电流IZ：工作电压等于稳定电压时的工作电流 E、最大耗散功率PM：管子不致于产生热击穿时的功 率损耗。
PNP型
B 发射结
VT
E
2018/10/24
2、电流分配与放大原理 共发射极结法：EB＞EE
发射结加正向电压P+→N-
集电结加反向电压EC＞EB
实验最终：IE=IC+IB IC、IE比IB大得多 NPN型
IC/IB是晶体管电流放大作用
晶体管放大作用条件：
内部条件： a）发射区杂质浓度>>集电区>>基区 b）基区很薄 外部条件： a) 发射结正偏; b) 集电结反偏
∴VDA起钳位作用，Y端电位钳在+2.7V
VDB起隔离作用，将输入B与输出Y隔离
电工电子技术基础
2018/10/24
二、特殊二极管
1、稳压管
（1）符号及特性曲线
VZ
曲线越陡， 电压越稳 定。 UZ
I
符号
稳压 误差 UZ
IZ IZ
U
IZmax
2018/10/24
电工电子技术基础
（2）主要参数
2、杂质半导体
Si
Si
Si
Si
B-
Si
P+
Si
P型
硅或锗中掺棚等三价元素
电工电子技术基础
N型
硅或棚中掺磷等五价元素
2018/10/24
3、PN结
＋ ＋ ＋
P 型半导体
多子
P区
＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋
N 型半导体
多子
P区
体
P
少子
N区
少子
N区
空间电荷区
＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋
确保二极管不被反向击穿的一个参数。一般为几十 至几百伏
（3）极间电容 CP
指二极管两极之间电容的总称。一般在数皮法以下
（4）最高工作频率fM 极间电容频率效应不能忽略时的工作频率
电工电子技术基础 2018/10/24
例1：如图所示，求VY，设二极管的正向压降0.3V ∵VA＞VB ∴VDA先导通 VY=2.7V 当VDA导通后VDB上是反向 电压截止
EC
E
2018/10/24
IC=ICE+ICBOICE
(4)集电结反偏， 有少数载流子 漂移形成ICBO。
C
ICBO
B
RB EB
电工电子技术基础
ICE N P IBE N IE
E
(3)从基区 扩散来的 电子作为 集电结的 EC 少子，漂 移进入集 电结而被 收集，形 成ICE。
2018/10/24
P区
空间电荷区
N区
＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋
＋ ＋ ＋
内电场方向 PN 结及其内电场
空间电荷区 变宽 P
＋＋＋ ＋＋＋ N ＋＋＋
内电场 外电场 E R IR
反向偏置
电工电子技术基础 2018/10/24
5-2 二极管及其应用
一、二极管 1、基本结构
将PN结加相应电极引线和管壳，为半导体二极管，分
点接触型：（锗管）PN结小，通电电流小，作开关元件 面接触型：（硅管）PN结大，通电电流大，用于整流 触丝线
t
t
ui
R
uR
t
电工电子技术基础 2018/10/24
5-3 三极管及其应用
一、三极管 1、三极管结构
集电结 N P N E C 集电区 基区 B 发射区 C
VT
NPN型
B 发射结
E
C 集电结 P N P E
电工电子技术基础
集电区 基区 B 发射区
C
正箭 向头 电方 压向 时表 的示 电发 流射 方结 向加
PN结
引线
外壳线
基片
点接触型
电工电子技术基础
面接触型
2018/10/24
P
二极管符号：
N
VD
I
2、伏安特性
死区电压 硅管 0.6V,锗管0.2V。 反向击穿 电压UBR
导通压降: 硅管0.6~0.7V, 锗管0.2~0.3V。
U
电工电子技术基础
2018/10/24
3、主要参数
（1）最大平均整流电流IF 指二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流 一般几十至几百毫安 （2）最高反向工作电压 URM
Si
硅与锗原子结构
Ge
本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体
电工电子技术基础 2018/10/24
硅和锗的共价键结构
Si
Si
共价键共
用电子对
Si
Si
电工电子技术基础
2018/10/24
空穴
+4
+4
自由电子
+4
+4
束缚电子
本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导 体的导电能力很弱。
电工电子技术基础 2018/10/24
载流子的扩散运动
＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋
＋ ＋ ＋
内电场方向 PN 结及其内电场
2018/10/24
电工电子技术基础
P区
空间电荷区
N区
＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋
＋ ＋ ＋
内电场方向 PN 结及其内电场
空间电荷区 偏置
电工电子技术基础
2018/10/24
电工电子技术基础
2018/10/24
例2：如图，求IZ IZ=（20-12）/1600=5mA IZ＜IZM ∴电阻值合适
电工电子技术基础
2018/10/24
三、主要应用
主要应用于整流、滤波及稳压
二极管的应用举例1：二极管半波整流
ui ui
RL
uo uo
t
t
电工电子技术基础
2018/10/24
二极管的应用举例2：滤波 ui uR RL uo uo
电工电子技术基础
PNP型
2018/10/24
电流放大原理
基区空穴 向发射区 的扩散可 忽略。 (2)进入P区的电 RB 子少部分与基区 的空穴复合，形 E 成电流I B ，多 BE 数扩散到集电结。
电工电子技术基础
C B
IBE
N P N IE
(1)发射结 正偏，发 射区电子 不断向基 区扩散， 形成发射 极电流IE。
IC=ICE+ICBO ICE C
IB=IBE-ICBOIBE
B
ICBO
RB EB
电流放大 系数：
电工电子技术基础
IB
ICE N P IBE N
EC
E
IE
I CE I C I CBO I C I BE I B I CBO I B
第五章 半导体二极管和三极管
主要内容：
半导体基础知识
二极管及其应用
三极管及其应用
电工电子技术基础
2018/10/24
5-1
半导体基础知识
一、半导体导电特性 导电介于导体与绝缘体间，如硅、锗、硒及大多数
金属氧化物和硫化物
如钴、锰、镍导电性受温度影响大作热敏电阻 镉、铅的硫化物与碘化物受光照影响大作光敏电阻 1、本征半导体