半导体二极管与三极管
半导体二极管和三极管
半导体二极管和三极管
结论：
1. 二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴 极接负 ）时， 二极管处于正向导通状态，二极管正 向电阻较小，正向电流较大。
+ + ++ + + + + ++ + + + + ++ + +
P IF
内电场 N
外电场
+–
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。
半导体二极管和三极管
2. PN 结加反向电压（反向偏置） P接负、N接正
二、 N型半导体和 P 型半导体
1、N型半导体
在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）, 形成杂质半导体。 在常温下即可
变为自由电子 掺入五价元素
Si
Si
pS+i
Si
掺杂后自由电子数目
多余 大量增加，自由电子导电 电子 成为这种半导体的主要导
电方式，称为电子半导体
或N型半导体。
失去一个 电子变为 正离子
半导体二极管和三极管
二极管的结构示意图
金属触丝 N型锗片
阳极引线
阴极引线
( a) 点接触型 外壳
铝合金小球 N型硅
阳极引线
PN结 金锑合金
底座
阳极引线 二氧化硅保护层
N型硅 阴极引线
( c ) 平面型
三极管
N
E EB
PNP VB<VE VC<VB
EC
第一章 半导体二极管、三极管
晶体管放大的条件
发射区掺杂浓度高 1.内部条件 基区薄且掺杂浓度低 I B
集电结面积大 2.外部条件 发射结正偏 集电结反偏
RB
mA A
IC
mA
C B
3DG6
E
IE
EC
晶体管的电流分配和 放大作用
电路条件: EC>EB 发射结正偏 集电结反偏
基极开路
第一章 半导体二极管、三极管
三、极限参数
1. 集电极最大允许电流 ICM
集电极电流 IC上升会导致三极管的值的下降，当值下降到正常值 的三分之二时的集电极电流即为 ICM。 2.反向击穿电压
（1） 集-射极反向击穿电压U(BR)CEO 当集—射极之间的电压UCE 超过一定的数值时，三极管就会被击穿。 手册上给出的数值是25C、基极开路时的击穿电压U(BR) CEO。基极开 路时 C、E极间反向击穿电压。 （2）集电极－基极反向击穿电压U(BR)CBO — 发射极开路时 C、B极间 反向击穿电压。 （3）发射极－基极反向击穿电压U(BR)EBO — 集电极开路时 E、B极间反 向击穿电压。
第一章 半导体二极管、三极管
一、输入特性
iC
iB f (uBE ) u
uCE 0
iB
RB + + uBE
CE常数
与二极管特性相似
RB +
B + RC + 输出 RB E uCE 输入 回路 + uBE + EC 回路 EB IE
iB
C
二极管和三极管的形成机理和工作原理
二极管和三极管的形成机理和工作原理二极管（Diode）是一种非线性电子元件。
它有两个电极，即正极（P 型）和负极（N型）。
结构上，P型材料有过剩的空穴而N型材料有过剩的自由电子。
这两种类型的材料在接触的区域形成一个PN结。
PN结在二极管中起到了关键作用。
形成机理：形成PN结的过程涉及半导体物理学中的杂质掺杂和结构设计。
杂质掺杂是将少量的杂质（掺杂剂）引入到半导体材料中。
在制造P型半导体时，将元素如硼（B）、镁（Mg）等加入到硅（Si）材料中。
在制造N型半导体时，将元素如磷（P）、砷（As）等加入到硅材料中。
杂质的加入会改变半导体材料的电子结构，形成P型和N型半导体。
当将P型和N型半导体材料连接在一起时，形成PN结。
在PN结区域，P型半导体中的空穴和N型半导体中的自由电子互相扩散。
当空穴和自由电子相遇时，它们会发生复合。
这会在PN结区域形成一个较窄的无载流子（少数载流子）区域，也被称为耗尽区。
在这个区域内，材料中的正电荷和负电荷会形成静电场。
这个静电场会阻止进一步的扩散，形成一个稳定的电势差。
工作原理：二极管的工作原理基于PN结的电流流动特性。
当二极管的正极（P型材料）与正电压连接，负极（N型材料）与负电压连接时，称为正向偏置。
在这种情况下，耗尽区变窄，正电荷和负电荷的静电场减弱。
这使得自由电子可以轻松地越过电位垒，流经二极管。
这种流动会产生一个正向电流，在电路中流经二极管。
当二极管的正极与负电压连接，负极与正电压连接时，称为反向偏置。
在这种情况下，耗尽区变宽，静电场增强。
这会扩大电位垒，使得自由电子无法越过它。
因此，在反向偏置下，几乎没有电流通过二极管。
只有在反向电压达到杂质掺杂引入时的峰值电压（称为击穿电压）时，电流才会流动。
此时，二极管处于击穿状态。
二极管在电子学中有许多应用。
最常见的应用是作为整流器，将交流电转换为直流电。
它也用于电压稳压器、振荡器、开关等。
二极管的关键特性是具有低导通电阻和高击穿电压。
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。
电路基础原理二极管与三极管
电路基础原理二极管与三极管电路基础原理：二极管与三极管在现代电子技术中，二极管与三极管扮演着重要的角色，是电路中最基本且不可或缺的元件之一。
它们的发展历程和原理理解对于电子工程师和爱好者而言都是至关重要的。
一、二极管二极管是由半导体材料制成的电子元件，它有两个端口，即两个引脚。
它的一端被称为阳极（也叫P端），另一端被称为阴极（也叫N 端）。
二极管的工作原理基于PN结，这是由P型薄层半导体材料和N 型薄层半导体材料之间形成的结构。
当二极管极性正向（P端连接正电压，N端连接负电压）时，电流可以顺利通过，这被称为导通状态。
而当二极管极性反向（P端连接负电压，N端连接正电压）时，电流会被阻断，二极管处于截止状态。
通过这种特性，二极管可以用来实现电流的整流功能。
它可以将交流信号转化为直流信号，通过只允许一个方向的电流流动，屏蔽了负半周期的信号。
二、三极管三极管是一种由PNP或NPN型晶体管构成的半导体器件。
它有三个引脚，被称为基极、发射极和集电极。
三极管有两种常见的工作模式：共射极和共集极。
在共射极模式下，基极与发射极之间的电压被用来控制集电极与发射极之间的电流。
而在共集极模式下，输入信号通过基极，被放大输出到集电极，集电极是输出端。
基于这两种模式，三极管可以被用作放大器、开关和电压比较器。
作为放大器，它可以放大小信号以便更好地驱动负载。
作为开关，三极管在输入电压高于某个阈值时导通，低于阈值时截止，用于控制电流的流动。
作为电压比较器，它可以接收两个电压信号并比较它们的大小，输出相应结果。
三、二极管与三极管的应用二极管和三极管在现代电子设备中应用广泛，成为无线通信、计算机科学、控制系统等方面的基本元件。
例如，在无线通信系统中，射频二极管被用来作为开关，控制高频信号的传输。
而三极管被用于收音机、电视机等电子设备中的放大电路，使得弱信号可以被放大后输出到扬声器。
此外，二极管和三极管还常用于电源电路中，用于整流、稳压和滤波等功能，确保设备能够正常工作。
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。
二极管与三极管
1.半导体二极管 2.半导体三极管
认识半导体
1.什么是半导体： 导电性介于导体与半导体之间的物质。 常见的半导体材料：硅（Si）、锗（Ge）。均为四价元素。 2.本征半导体与杂质半导体 本征半导体 纯净的晶体结构的半导体 N型半导体 渗入5价元素，多电子显“-” P型半导体 渗入3价元素，多空穴显“+”
R3
R1
RP 30 %
Q1 +V
-
+ -
VBB
一、二极管及其特性
1.PN结与二极管
P区
P N
N区
结
P区 P
N
-
结
内电场：E
N区
+
2.二极管的符号及常见的二极管
符号：
P区
P N
N区
-
结
+
P
N
常见的二极管有： 发光二极管，光敏二极管，稳压二极管，整流二极管等不同用途的二极管。
3.二极管的单向导电性 小试验：
为什么要接电阻？
使用二极管时一定不能超过二极管的额定参数（电流、电压、温度等）
二、三极管及其特性
1.三极管的结构和电路符号
结构：
集电区
NPN型
基极
基区
集电极
N
集电结
P
N
发射结
发射区
发射极
集电区
基极 PNP型
基区
发射区
集电极
P
集电结
N
P
Hale Waihona Puke 发射结发射极三极管——种类、外形、引脚
◇识别引脚时，将管脚朝下，切口朝自己，从左向右依次为E、B、C脚。
半导体三极管的工作
二极管和三极管
二极管和三极管TT 二极管：二极管，又称半导体二极管，是由半导体器件组成的一种基本电子元件。
由于晶体结构特殊，二极管在加一定量电流或电压施加后可以改变方向的性质，发挥其作准双向控制电路的功能，有正反接两用、正片和反片两种基本类型，可组成多种电子电路。
二极管在1948年发明，之后它被广泛应用在电子元件中，几乎组成所有电子领域，比如计算机、通信技术和电子系统中。
二极管可以被看作一种发射器，它从根本上讲是金属和半导体的结合体，具有接收和发射功能。
它有两端，其中一端由半导体材料组成，另一端是金属极。
半导体极端一般有两种状态，即开路和短路，它们可以影响整个电路的运行情况。
二极管还有正反接两用的特性，这对现代电子设备的发展提供了可靠的保证。
三极管：三极管是一种由三个极性组成的半导体器件，由一个发射极、接收极和控制极组成。
它利用输入信号控制输出信号的特性而闻名，是一种重要的信号放大器，可多用于高频器件、收发器件和模拟电路中。
三极管的特性是由三个极性的晶体管组成，其中包括发射极、基极和集电极三部分，它们之间有固定的连接性。
发射极是电子控制的起点，基极的电压可以影响发射极的发射电流流动，集电极则可以收集控制基极电压输出的电流，相较于二极管，三极管具有更加精细灵敏的控制功能。
三极管以其灵敏度和可靠性深受用户青睐，在今天的电子产品中几乎随处可见。
尤其是在电子产品的电源供给部件里，它可以使电子芯片在介质环境变化时自动调节电压大小，保证芯片的正常运行。
它还可以用于电子电路的脉冲记数、测量和控制，改善和加速电子电路的操控性能，帮助用户提升整体的制作水平。
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UD1 = 6V，UD2 =12V
∵ UD2 >UD1 ∴ D2 优先导通， D1截止。
若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB = 0 V
流过
D2
的电流为
ID2
12 3
D1承受反向电压为－6 V
4mA
在这里， D2 起 钳位作用， D1起 隔离作用。
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(1) 本征半导体中载流子数目极少, 其导电性能很差； (2) 温度愈高， 载流子的数目愈多,半导体的导电性 能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。
2021/3/6
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14.1.2 N型半导体和 P 型半导体
在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）, 形成杂质半导体。 在常温下即可
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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
(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 自由电子和空穴都称为载流子。
自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。
在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡， 半导体中载流子便维持一定的数目。 注意：
14.1.1 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。
2021/3/6
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自由电子 本征半导体的导电机理
价电子在获得一定能量
（温度升高或受光照）后，
阴极引线
( a) 点接触型 外壳
铝合金小球 N型硅
阳极引线
PN结 金锑合金
底座
N型硅 阴极引线
(c ) 平面型
P 型硅
阳极 D 阴极
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阴极引线
( d) 符号
( b) 面接触型
图 1 – 12 半导体二极管的结构和符号 总目录 章目录 返回 上一页16 下一页
14.3.2 伏安特性
特点：非线性
(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 (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)。 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）。
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14.2.2 PN结的单向导电性
1. PN 结加正向电压（正向偏置） P接正、N接负
PN 结变窄
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ + ++ + + + + ++ + + + + ++ + +
动画
内电场被 削弱，多子 的扩散加强，
P
内电场 N
IF
外电场
+–
形成较大的 扩散电流。
若 V阳 <V阴或 UD为负( 反向偏置 )，二极管截止
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例1： D
A +
3k
6V
UAB
12V
–
B
电路如图，求：UAB
取 B 点作参考点， 断开二极管，分析二 极管阳极和阴极的电 位。
V阳 =－6 V V阴 =－12 V V阳>V阴 二极管导通 若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB =－ 6V 否则， UAB低于－6V一个管压降，为－6.3Ｖ或－6.7V
2021/3/6
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皮肌炎图片——皮肌炎的症状表现
• 皮肌炎是一种引起皮肤、肌肉、 心、肺、肾等多脏器严重损害的， 全身性疾病，而且不少患者同时 伴有恶性肿瘤。它的1症状表现如 下：
• 1、早期皮肌炎患者，还往往伴 有全身不适症状，如-全身肌肉酸 痛，软弱无力，上楼梯时感觉两 腿费力；举手梳理头发时，举高 手臂很吃力；抬头转头缓慢而费 力。
Si
Si
即可挣脱原子核的束缚， 成为自由电子（带负电），
同时共价键中留下一个空
Si
空穴
Si
价电子
位，称为空穴（带正电）。 这一现象称为本征激发。
温度愈高，晶体中产 生的自由电子便愈多。
在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子
来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当 于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。
作原理和特性曲线，理解主要参数的意义； 三、会分析含有二极管的电路。
2021/3/6
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对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和 正确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器 件的目的在于应用。
学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况， 对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近 似，以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结 果。
（a. 电子电流、b.空穴电流）
2021/3/6
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14.2 PN结
14.2.1 PN结的形成
内电场越强，漂移运
空间电荷区也称 PN 结
少子的漂移运动
动越强，而漂移使空间 电荷区变薄。
P 型半导体
内电场 N 型半导体
－－－－－－ + + + + + +
扩散和漂移
2. 二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴 极接正 ）时， 二极管处于反向截止状态，二极管反 向电阻较大，反向电流很小。
3. 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。 4. 二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向 电流愈大。
2021/3/6
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第14章 半导体二极管和三极管
14.1 半导体的导电特性 14.2 PN结 14.3 半导体二极管 14.4 稳压二极管 14.5 半导体三极管
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第14章 半导体二极管和三极管
本章要求： 一、理解PN结的单向导电性，三极管的电流分配和
电流放大作用； 二、了解二极管、稳压管和三极管的基本构造、工
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。
2021/3/6
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2. PN 结加反向电压（反向偏置） P接负、N接正
－－－ － －－ + + + + + +
动画
－－－ － －－ + + + + + +
－－－ － －－ + + + + + +
结面积大、 正向电流大、 结电容大，用 于工频大电流 整流电路。
(c) 平面型 用于集成电路制作工艺中。PN结结面积可大可小，
用于大功率整流和开关电路中。
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14.3 半导体二极管
二极管的结构示意图
金属触丝 N型锗片
阳极引线 二氧化硅保护层
阳极引线
14.1.2 N型半导体和 P 型半导体
Si
Si
BS–i
Si
硼原子 接受一个 电子变为 负离子
动画 掺入三价元素 空穴 掺杂后空穴数目大量
增加，空穴导电成为这 种半导体的主要导电方 式，称为空穴半导体或 P型半导体。 在 P 型半导体中空穴是多数 载流子，自由电子是少数载 流子。
无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。
P
内电场 外电场
N
–+
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2. PN 结加反向电压（反向偏置） P接负、N接正
PN 结变宽
－－－ － －－ －－－ － －－ －－－－ － －
+++ +++ +++
+++ +++ +++
P
IR
内电场 外电场
–+
N
动画
内电场被加
强，少子的漂 移加强，由于 少子数量很少， 形成很小的反 向电流。
当U<0时，且U >>UT,则电流I -IS
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14.3.3 主要参数
1.二最极大管整长流期电使流用IO时M ，允许流过二极管的最大正向 平均电流。
2. 反向工作峰值电压URWM 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。
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1. 在杂质半导体中多子的数量与 a （a. 掺杂浓度、b.温度）有关。
2. 在杂质半导体中少子的数量与 b （a. 掺杂浓度、b.温度）有关。
3. 当温度升高时，少子的数量 c （a. 减少、b. 不变、c. 增多）。
4. 在外加电压的作用下，P 型半导体中的电流 主要是 b ，N 型半导体中的电流主要是 a 。