第9章 二极管和三极管
二极管和三极管的导通条件
二极管和三极管的导通条件二极管和三极管是电子元器件中常见的两种器件，它们在电路中起着重要的作用。
在了解二极管和三极管的导通条件之前，我们先来了解一下它们的基本结构和工作原理。
1. 二极管的导通条件二极管是一种只能允许电流在一个方向上通过的器件。
它由P型半导体和N型半导体组成，中间有一个P-N结。
当P端的电压高于N 端时，二极管处于正向偏置状态，此时二极管导通。
反之，当P端的电压低于N端时，二极管处于反向偏置状态，此时二极管截止。
具体来说，二极管的导通条件是：当正向电压大于二极管的正向压降（一般为0.6-0.7V）时，二极管导通。
这是因为当正向电压作用于二极管时，会使得P端的空穴和N端的电子向P-N结扩散，形成电流。
2. 三极管的导通条件三极管是一种具有放大功能的电子元器件，它由三个掺杂不同的半导体构成，分别是发射极（Emitter）、基极（Base）和集电极（Collector）。
三极管具有两个PN结，即发射结和集电结。
三极管的导通条件是：当基极与发射极之间的电压大于0.6-0.7V，并且发射极与集电极之间的电压大于0.2-0.3V时，三极管处于导通状态。
这是因为当基极电压大于0.6-0.7V时，会将电子注入到基区，形成电流。
而当发射极与集电极之间的电压大于0.2-0.3V时，该电流会被放大并输出到集电极。
3. 二极管和三极管的应用二极管和三极管广泛应用于各种电子设备和电路中。
二极管常用于整流电路中，用于将交流电转换为直流电。
此外，二极管还可用于电压限制、电压调节等电路中。
而三极管则常用于放大电路和开关电路中。
在放大电路中，三极管可以将微弱的信号放大成较大的信号，以便驱动负载。
在开关电路中，三极管可以控制电流的通断，实现开关的功能。
总结：二极管和三极管的导通条件分别是：二极管的导通条件是正向电压大于正向压降；三极管的导通条件是基极与发射极之间的电压大于0.6-0.7V，并且发射极与集电极之间的电压大于0.2-0.3V。
电子技术基础教程第9章光电子器件及其应用优选全文
光敏电阻将光的强弱变化转变为电阻值的差异，从而
可以由流过电流表的不同电流直接显示亮度。其中R1、 R2用于调节表面刻度，RW用于控制表头的灵敏度。
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（2）红外测温仪的前置放大电路
调制光入射光敏电阻后转化为电信号，然后送放大
器进行放大。输出uO的大小即可反映温度的高低。
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光电耦合器件：光电器件与电光器件的组合。
2024/10/9
2
9.1 发光二极管（LED）
9.1.1 发光二极管的工作原理 1.发光二极管的外形、电路符号和伏安特性
外形图：
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3
电路符号和伏安特性
•LED的正向工作电压UF一般为1.5～3V； •反向击穿电压一般大于5V；
•正向工作电流IF为几毫安到几十毫安，且亮度随IF的增加而
10
9.2.1 光电器件及其应用
箭头与
LED符号
1.光电二极管外形、电路符号及工作原理 的区别
外形
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光导模式
电路符号
光伏模式
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2.光电二极管的应用
（1）光电二极管的简单应用电路
光照射，2CU导 通，有电压输出
光照射2CU, VT导通， KA吸合。
简单光控电路
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光控继电器电路
增大；
•发光二极管正向工作电压的大小取决于制作材料；
•不同的半导体材料及工艺使发光二极管的颜色、波长、亮度、
光功率均不相同。
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4
2EF系列发光二极管的主要参数
型号
工作 电流
IF/mA
正向 发光 电压 强度
二极管和三极管工作原理
二极管和三极管工作原理二极管和三极管是我们常见的电子器件，也是电子工程学习的基础。
它们的工作原理十分简单，但又具有一定的神奇之处。
本文将会详细介绍二极管和三极管的工作原理。
一、二极管的工作原理1.材料的类型二极管主要由P型半导体和N型半导体材料构成。
P型材料掺杂了具有正电荷的杂原子，N型材料则掺杂了具有负电荷的杂原子。
2.载流子的扩散二极管两端分别连接P型材料和N型材料，这时，电子就会从N型材料中向P型材料中扩散，同时，空穴也从P型材料中向N型材料中扩散。
由于P型材料中充分掺杂了杂原子，因此空穴非常多，电子相对较少；而N型材料中掺杂的是负电荷杂原子，因此电子非常多，空穴相对较少。
这样，空穴和电子的扩散速度是不同的，导致了两边的电荷不平衡，形成了正负两极。
3.正向和反向偏置当二极管的正极向P型材料连接，负极向N型材料连接时，这就是正向偏置。
在这种情况下，电子和空穴可以更加自由地流动，形成了一个低电阻通路，电流可以通过二极管。
而当二极管的正极与N型材料连接，负极与P型材料连接时，这就是反向偏置。
在这种情况下，P型材料的电子和N型材料的空穴被迫移向中间的P-N结，形成一个高电阻区域，电流无法通过二极管。
二、三极管的工作原理1.结构三极管由三个掺杂不同型号的半导体材料构成，分别是负偏控制区域，正偏控制区域和输出区域。
其中负偏控制区域和输出区域都是N 型材料，而正偏控制区域是P型材料。
2.正向和反向偏置在正向偏置状态下，正偏控制区域的P型材料中注入电子，因此电子流向N型材料的输电区域。
同时，P型材料中的空穴流向基极，经过集电极扩散到输出区域的N型材料中。
这样就形成了从输出区域N 型材料中的电子，向依次进入正偏控制区域P型材料中的基极，再到达负偏区域N型材料中的电流路径，从而放大电流的效果。
而在反向偏置状态下，所有区域中的电子都被迫向正偏控制区域的P型材料中移动，抵消空穴电荷。
这样就形成了一条阻止电流流过集电极的高阻抗路径，从而避免了电路被破坏。
二极管和三级管工作原理
二极管和三级管工作原理二极管是一种具有两个极性的电子器件，它是由P型半导体和N型半导体组成。
二极管有一个重要的特性——它只能让电流从P型区域流向N型区域，而不能反过来。
因此，当一个二极管连接到电路中时，电流会像从正极到负极一样流过它，这就是二极管的主要作用。
当在N型区域施加正电压，并在P型区域施加负电压时，电子就会从N型区域移动到P 型区域，这一过程使得电流能够通过二极管，二极管处于导通状态。
反之，当在N型区域施加负电压，并在P型区域施加正电压时，电子就会被吸引到N型区域，这就使得电流在二极管处无法流通，二极管处于截止状态。
因此，二极管的操作是可以通过对其控制电压来实现。
二极管在电路中有很多用途，例如，用作整流电路和稳压电路。
它们也常用于防止反向电压过高以致于元器件损坏。
此外，二极管还可以用于制造发光二极管(LED)和光电二极管。
三极管与二极管不同的是，在它的材料中包含三个不同的区域，其中两个是P型半导体，以及一个N型半导体。
因此，三极管比二极管多了一个极，它的三个极分别是发射极、基极和集电极。
三极管可以看作是一个电流放大器，可以通过控制基极电压，使电流在集电极和发射极之间流通。
当在基极施加正电压时，三极管转为导通状态。
在这种状态下，电流可以从发射极流向集电极。
此时，三极管的放大系数非常大。
也就是说，非常小的输入电流就能够控制大量的输出电流。
另一方面，当在基极施加负电压时，三极管将会被截止。
这时，它的放大系数将变成零，电流无法从发射极流向集电极。
三极管的操作可以被描述成一个电阻与电流之间的关系。
正如上述所述，当三极管处于导通状态时，其操作就像一个低电阻一样，因此电流能够很容易地通过三极管。
另一方面，当三极管处于截止状态时，其操作就像一个高电阻一样，因此电流无法通过三极管。
三极管有许多被广泛应用的用途。
它们被用于放大电路和开关电路。
三极管也被用于制造一些特定的元器件，例如操作放大器和数字逻辑门。
此外，三极管经常用于调节电源电压和电流。
三极管和二极管
三极管和二极管一、介绍三极管和二极管二极管是一种电子元件，它有两个电极，分别为阳极和阴极。
在正向电压下，电流可以流过二极管，而在反向电压下，电流将被阻止。
因此，二极管通常用于整流器、稳压器和信号检测等应用中。
三极管是另一种电子元件，它由三个区域组成：发射区、基区和集电区。
基区控制从发射区到集电区的电流。
当正向偏置时，三极管可以工作在放大器模式下；当反向偏置时，它可以工作在开关模式下。
三极管通常用于放大器、开关和振荡器等应用中。
二、二极管的类型1. 硅二极管硅二极管是最常见的类型之一。
它有一个PN结，并且具有高的热稳定性和低的漏电流。
2. 锗二极管锗二极管比硅二极管更早被发明，并且具有较低的噪声水平和较高的灵敏度。
但是，锗材料对温度变化非常敏感。
3. 高速二极管高速二极管具有非常短的恢复时间，可以快速地从导通到截止转换。
它们通常用于高频应用中。
4. 肖特基二极管肖特基二极管是一种非常快速的二极管，它具有低的反向电流和较小的开关时间。
它们通常用于高频应用中。
三、三极管的类型1. NPN三极管NPN三极管是最常见的类型之一。
在正向偏置时，电流从发射区流向集电区。
当基区被注入电流时，它将控制从发射区到集电区的电流。
2. PNP三极管PNP三极管与NPN三极管相似，但是在正向偏置时，电流从集电区流向发射区。
当基区被注入电流时，它将控制从集电区到发射区的电流。
3. 功率三极管功率三极管可以处理大量功率并能够承受高压和高温度。
它们通常用于放大器、开关和变换器等应用中。
4. 双极性晶体管（BJT）BJT是一种双向传输器件，可以作为放大器或开关使用。
它由两个PN 结组成，其中一个是NPN结，另一个是PNP结。
四、应用1. 二极管的应用（1）整流器：二极管可以将交流电转换为直流电。
（2）稳压器：二极管可以用作稳压器的关键元件。
（3）信号检测：二极管可以检测并放大无线电频率信号。
2. 三极管的应用（1）放大器：三极管可以放大电路中的信号。
二极管三极管区别
二极管三极管区别一、根本区别二极管与三极管的根本区别在于：二极管有两个脚，三极管三个脚，三极管有电流放大作用（即，基极电流对集电极电流的控制作用。
）二极管没有放大作用，它具有单向导电的特性。
放大：是基极电流对集电极电流的控制作用，表现为：基极的电流变化，反映在集电极就是一个成比例（集电极电流=基极电流乘以三极管的放大倍数）的电流变化。
放大的实质是通过三极管的电流控制功能，从电源获取能量，将基极输入的模拟量放大输出在集电极负载上（电流的变化，在负载上又表现为电压的变化）。
所以，实际放大的是基极输入的模拟量。
二、工作原理的区别二极管是一种具有单向导电的二端器件，有电子二极管和晶体二极管之分，电子二极管现以很少见到，比较常见和常用的多是晶体二极管。
二极管的单向导电特性，几乎在所有的电子电路中，都要用到半导体二极管，它在许多的电路中起着重要的作用，它是诞生最早的半导体器件之一，其应用也非常[1]广泛。
三极管的工作原理三极管是一种控制元件，主要用来控制电流的大小，以共发射极接法为例（信号从基极输入，从集电极输出，发射极接地），当基极电压UB有一个微小的变化时，基极电流IB也会随之有一小的变化，受基极电流IB的控制，集电极电流IC会有一个很大的变化，基极电流IB越大，集电极电流IC也越大，反之，基极电流越小，集电极电流也越小，即基极电流控制集电极电流的变化。
但是集电极电流的变化比基极电流的变化大得多，这就是三极管的放大作用。
IC 的变化量与IB变化量之比叫做三极管的放大倍数β（β=ΔIC/ΔIB, Δ表示变化量。
），三极管的放大倍数β一般在几十到几百倍。
三极管在放大信号时，首先要进入导通状态，即要先建立合适的静态工作点，也叫建立偏置 ,否则会放大失真。
二级管主要就是单向导电性，三极管主要是电压，电流的放大。
三、种类区别晶体管：最常用的有三极管和二极管两种。
三极管以符号BG（旧）或（T）表示，二极管以D表示。
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
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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
二极管和三极管原理
二极管和三极管原理二极管原理：二极管是一种有两个电极（即阴极和阳极）的半导体器件。
它基于PN结的特性，PN结是由P型半导体和N型半导体直接相接而形成的结构。
在正向偏置电压下，P型半导体为正极，N型半导体为负极，形成正向电流。
而在反向偏置电压下，P型半导体为负极，N型半导体为正极，形成反向电流。
二极管的主要原理是PN结的单向导电性。
当二极管正向偏置时，P区与N区之间的电子就会向前移动，同时空穴则向后移动，形成正向电流。
而在反向偏置时，由于PN结上有一个势垒，阻碍了电子和空穴的移动，所以几乎没有电流通过。
因此，二极管可以用来控制电流的流向。
二极管的特性使其在电子设备中有广泛的应用。
例如，它可以用作整流器，将交流电转换为直流电。
当正弦波信号通过二极管时，只有正半周期能通过，负半周期将被阻止，从而将交流电转换为直流电。
此外，二极管还可用于稳压电路、振荡器等。
三极管原理：三极管是一种三个电极（即基极、发射极和集电极）的半导体器件。
它是由两个PN结（即P型和N型）组成的。
PNP型和NPN型是两种常见的三极管。
PNP型的集电极和基极为负极，发射极为正极；NPN型的集电极和基极为正极，发射极为负极。
三极管的原理是基于PNP或NPN结的放大作用。
当三极管的基极接受到一个小信号电流时，这个电流通过PN结的放大作用，导致大量的电子或空穴流向集电极。
这样，三极管就能够将小信号放大成大信号。
具体来说，当三极管处于截止状态时，集电极和发射极之间的电流非常小。
当三极管处于饱和状态时，集电极和发射极之间的电流非常大。
通过控制基极电流的大小，可以在截止和饱和之间控制三极管的工作状态，从而实现对信号的放大。
三极管具有放大、开关、振荡等功能，因此在电子电路中有广泛的应用。
例如，三极管可以用于构建放大器，将小信号放大到足够大的程度。
此外，它还可以用于逻辑门电路、时钟发生器等。
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9.2 半导体二极管
二极管的结构示意图
符号： 符号： 阳极
P D
N
阴极
9.2 半导体二极管
9.2.2 伏安特性
伏安特性实验电路
V mA
9.1 半导体的导电特性
半导体的导电特性： 半导体的导电特性： 热敏性： 当环境温度升高时，导电能力显著增强。 热敏性： 当环境温度升高时，导电能力显著增强。 可做成温度敏感元件，如热敏电阻) (可做成温度敏感元件，如热敏电阻) 光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化。 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、 (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)。 光敏二极管、光敏三极管等) 掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质， 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。 能力明显改变。 可做成各种不同用途的半导体器件， (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）。 如二极管、三极管和晶闸管等）。
－－ － － － － －－ － － － － －－ － － － － + + + + + + + + + + + + + + + + + +
P IF + –
N
PN 结加正向电压时，正向电阻较小，正向电 结加正向电压时，正向电阻较小， 流较大，PN结处于导通状态 结处于导通状态。 流较大，PN结处于导通状态。
最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡 最后 多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。 多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。
(2) PN结单向导电性 结单向导电性
P N P N
(2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ PN结的单向导电性 PN结的单向导电性
接正、 接负 1. PN 结加正向电压（正向偏置） P接正、N接负 结加正向电压（正向偏置） 接正
b2 b1
a2 a1
v a =12V v b =-15V v ab = v a - v b = 27V>0
D导通 导通
v a1 = v a2 = 12V v b1 =15V v b2 =0V v ab1 = -3V<0 v ab2 = 12V>0
D2导通、 D1截止 导通、 导通 截止
v a1 = v a2 = 12V v b1 =0V v b2 =-4V v ab1 = 12V>0 v ab2 = 16V>0
9.1.2 N型半导体和 P 型半导体 N型半导体和
在常温下即可 变为自由电子
Si Si
p p+ Si
Si
多 余 电 子
N 型半导体： 型半导体： 多子⇒ 多子⇒自由电子 少子⇒空穴 少子 空穴
磷原子
失去一个电子 变为正离子
9.1.2 N型半导体和 P 型半导体 N型半导体和
空穴
Si Si
B– B Si
反向特性
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， 电压二极管被击穿，失去 单向导电性。 单向导电性。
9.2.3 主要参数
1. 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 二极管长期使用时， 平均电流。 平均电流。 2. 反向击穿电压 VBR 二极管反向电流急剧增加时对应的反向电压值。 二极管反向电流急剧增加时对应的反向电压值。 实际工作时，为安全： 最大反向工作电压VRM——实际工作时，为安全： VRM ≈ VBR /2 ， 3. 反向电流 IR 在室温及规定的反向电压下的反向电流值。 在室温及规定的反向电压下的反向电流值。 硅管： 硅管：(nA)级； 级 锗管： µ 级 锗管： (µA)级。
UD = UF r=0 开关闭合
(UD < UF) 二极管截止 iD =0 r=∞ 开关断开
二、二极管电路分析 定性分析： 定性分析：判断二极管的工作状态 导通 截止
分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位。 分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位。 若 V阳 >V阴，二极管导通 理想模型： 理想模型： 若 V阳 <V阴，二极管截止 若 V阳 >V阴+VF，二极管导通 恒压模型： 恒压模型： 若 V阳 <V阴+VF ，二极管截止
9.2.4 二极管基本电路及其分析方法 半导体二极管等效模型： 一、 半导体二极管等效模型： 理想模型： 1. 理想模型： 理想二极管 (UD ＞0) 二极管导通
UF =0 r=0 开关闭合
(UD <0) 二极管截止 iD =0 r=∞ 开关断开
恒压降模型： 2. 恒压降模型： (UD ＞ UF ) 二极管导通
D1、D2为理想二极管 为理想二极管， 例2: D1、D2为理想二极管，求：二极管电压和电流 V1阳 =－6 V，V2阳=0 V， V， V， V1阴 = V2阴= －12 V UD1 = 6V，UD2 =12V 6V， ∵ UD2 >UD1
∴ D2 优先导通 V1阴 =0 V UD2 = 0 V D1截止。 D1截止。 截止 D2 ID2
2. PN 结加反向电压（反向偏置） P接负、N接正 结加反向电压（反向偏置） 接负、
－ － － － － － － － － － － － － － － － － － + + + + + + + + + + + + + + + + + +
P
N
IR
–
+
PN 结加反向电压时，反向电流较小，反向电阻较 结加反向电压时，反向电流较小， PN结处于截止状态 结处于截止状态。 大，PN结处于截止状态。 温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。 温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。
(1) PN 结的形成
漂移运动 P型半导体 － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － + + + + 内电场E N型半导体
+ + + + + 所以扩散和漂 + + + + + 移这一对相反 的运动最终达 + + + + + 相当 到平衡， 到平衡， 于两个区之间 + + + + + 没有电荷运动， 没有电荷运动， 空间电荷区的 厚度固定不变。 厚度固定不变。
9.2 半导体二极管
9.2.1 基本结构 (a) 点接触型
结面积小、 结面积小、 结电容小、 结电容小、正向 电流小。用于检 电流小。 波和变频等高频 电路。 电路。
(b)面接触型 (b)面接触型
结面积大、 结面积大、 正向电流大、 正向电流大、结 电容大， 电容大，用于工 频大电流整流电 路。
(c) 平面型
3.结论 3.结论： 结论：
P N
P
N
PN结具有单向导电性。 PN结具有单向导电性。 结具有单向导电性
♦ PN结加正偏压时，正向导通： PN结加正偏压时 正向导通： 结加正偏压时，
呈现低电阻，相当于开关闭合， 呈现低电阻，相当于开关闭合，具有较 大的正向导通电流； 大的正向导通电流； PN结加反偏压时 反向截止： 结加反偏压时， ♦ PN结加反偏压时，反向截止： 呈现高电阻，相当于开关断开， 呈现高电阻，相当于开关断开，具有较 小的反向饱和电流； 小的反向饱和电流；
形成空间电荷区
扩散运动
(1) PN 结的形成
漂移运动 P型半导体 － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － 扩散的结果是使空间电 荷区逐渐加宽， 荷区逐渐加宽，空间电 荷区越宽。 荷区越宽。 扩散运动 + + + + 内电场E N型半导体
+ + + + + ，就使漂 内电场越强， 内电场越强 移运动越强， 移运动越强 + + + + + ，而漂移 使空间电荷区变薄。 使空间电荷区变薄。 + + + + + + + + + +
9.1.1 本征半导体
完全纯净的、具有晶体结构的半导体， 完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征 半导体。 半导体。
价电子 Si Si
Si 共价健 晶体中原子的排列方式
Si
硅单晶中的共价健结构
共价键中的两个电子，称为价电子。 共价键中的两个电子，称为价电子 价电子。
自由电子
本征半导体的导电机理 当半导体两端加上外电压 时，在半导体中将出现两部分 电流： 电流： 1）自由电子作定向运动 → 电子电流 2）价电子递补空穴 → 空穴电流
I
E
R
9.2.2 伏安特性 特点：非线性 特点： 反向击穿 电压U 电压 (BR) 反向电流 在一定电压 范围内保持 常数。 常数。 I
正向特性 P + – N
导通压降 U
硅0.6~0.8V, 锗0.2~0.3V。 .2~0.3V。
P
–
+N
死区电压
硅管0.5V, 硅管0.5V, 锗管0.1V。 锗管0.1V。
9.1.3 PN结及其单向导电性 PN结及其单向导电性
(1) PN 结的形成