半导体二极管和三极管(6)
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
实验一 半导体二极管与三极管的识别与简单测试
图1 二极管外型图 实验一 常用半导体器件的识别与简单测试一． 实验目的1．掌握用万用表判别二极管的极性。
测量二极管的正向压降及稳压管的稳压值。
2．掌握用万用表判别三极管的类型和e 、b 、c 三个管脚。
二． 预备知识半导体二极管和三极管是组成分立元件电子电路的核心器件。
二极管具有单向导电性，可用于整流、检波、稳压、混频电路中。
三极管对信号具有放大作用和开关作用，它们的管壳上都印有规格和型号。
（一）．二极管的识别与简单测试1．普通二极管的识别与简单测试普通二极管一般为塑料封装和金属封装两种，它们的外壳上均印有型号和标记。
标记箭头所指方向为阴极，如图1所示。
国外的产品一般在阴极端印有一个标记。
若遇到型号标记不清或不能确定其极性时，我们可以借助数字万用表的“”档作简单判别。
测量原理：该挡测量时输出一个恒定电流约为1mA ，显示值为二极管正向压降近似值，单位是mV ；显示溢出数“1”，表示无穷大。
具体做法是：用红、黑两表笔分别接触二极管的两个引脚。
假如先显示溢出数“1”(反向)，再交换两表笔．必然为正向测试。
假设显示的读数为617。
这说明：①二极管是好的。
②二极管的正向压降为617mV 即 O.617 V 。
③显示正向压降时，红表笔所接的引脚为二极管的正极，黑表笔所接则为负极。
假如两次测量均显示溢出数“1”或两次均有较小的压降读数的话，表明该二极管已损坏。
在数字万用表中，“”挡和欧姆档红表笔是高电位，黑表笔低电位，正好与指针式模拟万用表相反。
2．特殊二极管的识别与简单测试特殊二极管的种类较多，在此我们只介绍两种常用的特殊二极管。
①．发光二极管(LED)发光二极管通常是用砷化镓、磷化镓等制成的一种新型器件。
它具有工作电压低、耗电少、响应速度快、抗冲击、耐振动、性能好以及轻而小的特点，被广泛应用于单个显示电路或作成七段矩阵式显示器。
而在电路实验中，常用作逻辑显示器。
发光二极管的电路符号如图2（a ）所示。
半导体二极管和三极管
（一）理想二极管等效电路
iD 当外加正向电压时，二极
管导通，正向压降uD=0,
D
相当于开关闭合；
当外加反向电压时，二极
管截止，反向电流IR=0，
相当于开关断开。
等效电路
0
uD
特性曲线的近似
(1-30)
(二）考虑正向压降的等效电路
在二极管充分导通且工 作电流不是很大时，可
以 近 似 认 为 UD 为 常 数 ， 用 一 个 直 流 电 压 源 UD
PN 结加上反向电压、反向偏置的意思都是： P区 加负、N 区加正电压。
(1-22)
一、PN 结正向偏置
变薄
+ P
－+ －+ －+ －+
内电场被削弱，多子 的扩散加强能够形成 较大的扩散电流。
_ N
外电场
R
内电场
E
(1-23)
二、PN 结反向偏置
_ P
变厚
－+ －+ －+ －+
பைடு நூலகம்
内电场被被加强，多子
uo
t
(1-36)
例15.2：分析uR、uC的波形 ui
ui
R
uR RL
uR
t
uo t
uo
t
(1-37)
例15.3 设图示电路中的二极管性能均为理想。试判断各电路中
的二极管是导通还是截止，并求出A、B两点之间的电压ＵAB值。
D1
A
D1
A
D2
+
D2
+
R 2KW UAB
V1 15V V2
10V _
B
10V _
二极管,三极管,晶体管概念和用途
二极管、三极管、晶体管概念和用途一、二极管的概念和用途二极管是一种具有两个电极的半导体器件，它具有单向导电特性。
当施加正向电压时，二极管正向导通，电流通过；当施加反向电压时，二极管反向截止，电流基本不通过。
二极管主要用于整流、稳压、开关和检波等电路中。
1、整流在交流电路中，二极管可以将交流信号转换为直流信号。
通过二极管整流，可以将交流电源转换为直流电源，以满足电子设备对直流电源的需求。
2、稳压二极管还可以作为稳压器使用。
在稳压电路中，通过合理连接二极管和电阻，可以实现对电压的稳定。
3、开关由于二极管具有导通和截止的特性，可以将其应用到开关电路中。
在开关电路中，二极管可以控制电流的通断，实现对电路的控制。
4、检波二极管还可以用作检波器。
在无线电接收机中，二极管可以将射频信号转换为音频信号，实现信息的接收和解调。
二、三极管的概念和用途三极管是一种具有三个电极的半导体器件，分为发射极、基极和集电极。
三极管具有放大、开关等功能，是现代电子设备中不可或缺的器件。
1、放大在放大电路中，三极管可以对输入信号进行放大处理。
通过合理设置电路参数，可以实现对电压、电流和功率等信号的放大。
2、开关与二极管类似，三极管也可以用作开关。
通过控制基极电流，可以实现对集电极与发射极之间的电流通断控制。
3、振荡在振荡电路中，三极管可以实现信号的自激振荡。
通过反馈电路的设计，可以使三极管产生稳定的振荡信号。
4、调制在通信系统中，三极管可以用于信号的调制。
通过三极管的放大和调制功能，可以实现对射频信号等信息的传输。
三、晶体管的概念和用途晶体管是一种半导体器件，是二极管的发展和改进，是现代电子技术的重要组成部分，被广泛应用于放大、开关、振荡和数字逻辑电路等领域。
1、放大晶体管可以作为放大器使用，实现对信号的放大处理。
晶体管的放大能力较强，可以应用于音频放大、射频放大等领域。
2、开关晶体管也可以用作开关。
与三极管类似，晶体管可以实现对电路的控制，用于开关电源、数码电路等领域。
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。
第6章 二极管和三极管
离散的信号， 离散的信号，数 字信号连续变化的信 号，模拟信号信号 电子技术数字部分 模拟部分1第六章 二极管和晶体管半导体的基本知识 半导体二极管 稳压二极管 晶体管2根据电能的不同用途实现电能的传输和转换 实现信号的传递和处理电力电路或强电电路 电子电路或弱电电路3在电子技术中，电压和电流变成了电信 在电子技术中，电压和电流变成了电信 即它们用来表示其它一些东西。
号，即它们用来表示其它一些东西。
电子技术是一门新兴学科， 电子技术是一门新兴学科，该领域当前的发 展速度很快， 展速度很快，但如果理解了其中的一些主要内 就可以领会电子技术的实质。
容，就可以领会电子技术的实质。
4愿你的一切烦恼被PN结截止； 结截止； 快乐被三极管放大；生活的磕磕 快乐被三极管放大； 绊绊被二极管整流；一切幸福被 绊绊被二极管整流； 爱的芯片集成、被生活的电容 爱的芯片集成、 存储、无阻尼的振荡 存储、伴你一生56.1 一、半导体半导体的基本知识 导体 半导体 绝缘体金、银、铜、铁 硅、锗 橡胶、陶瓷、 橡胶、陶瓷、塑料导电性物质电子 原子核位于最外层轨道的电子称为价电子6＋4半导体的共价键结构硅和锗的原子 结构简化模型+4 +4 +4晶体实物图两个电子 的共价键+4 +4 +4+4+4+4正离子核 硅和锗的二维晶格结构图7本征半导体纯度：99.999 13个 纯度：99.999……9％（13个9） 9％（13本征半导体：纯净的且具有完整晶体结构的半导体。
本征半导体：纯净的且具有完整晶体结构的半导体。
T＝0K ＝共价键+4 +4 +4每一个原子 的价电子被共 价键束缚， 价键束缚，不 能自由移动， 能自由移动， 所以在T＝ 所以在 ＝0K 时，半导体没 有导电能力。
有导电能力。
+4+4+4+4+4+4硅和锗的二维晶格结构图8本征激发自由电子T>0K 价电子会获得 足够的随机热振 动能量而挣脱共 价键的束缚， 价键的束缚，成 为自由电子， 为自由电子，同 时在共价键上留 下空位（ 下空位（空 穴）。
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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UBE 0，截止时集电结也 处于反向偏置(UBC < 0)， 此时, IC 0 ，UCE UCC 。
IC / mA
4
饱和区
3
放
2.3
2
大
1.5
区
1
O
3
6
100 µA 80 µA 60 µA 40 µA 20 µA IB = 0 UCE /V
9 12
(3) 饱和区
截止区
当 UCE < UBE 时， 集电结处于正向偏置(UBC > 0)，晶体管工
0.1V。导通时的正向压降，硅管约为0.6 ~ 0.7V，锗管约为0.2 ~
0.3V。
I / mA
I / mA
60 40
15
正向特性
10
20
–50 –25
反 向 特
0 – 0.02
击穿电压
0.4 0.8 U / V
性 U(BR) – 0.04 死区电压
5
– 50 – 25
–0.01 0 0.2 0.4 U / V
O 12
IB
放
B +
C + 80µA UCE 60 µA
RB U大BE E 40 µA EC=UCC
区
20 µA
EB共发射极电路IB =0 UCE /V
3
6
9
23
(2) 截止区 IB = 0 的曲线以下的区 域称为截止区。IB = 0 时, IC = ICEO(很小)。对 NPN 型 硅管，当UBE < 0.5 V 时， 即已开始截止，但为了使
IC 1.50 37.5,
IB 0.04
IC 2.30 38.3
IB 0.06
这就是晶体管的电流放大作用。 称为共发射极静态
电流(直流)放大系数。电流放大作用还体现在基极电流的
少量变化 IB 可以引起集电极电流较大的变化 IC 。
IC 2.30 1.50 0.80 40
IB 0.06 0.04 0.02
第 9 章 半导体二极管和三极管
9.1 半导体的导电特性 9.2 半导体二极管 9.3 稳压管 9.4 半导体三极管
退出1
第 9 章 半导体二极管和三极管
9.1 半导体的导电特性
9.1.1 本征半导体
本征半导体就是完全纯净的、具
有晶体结构的半导体。
自由电子 共价键 空穴
用得最多的半导体是硅或锗,它们
IB/mA 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
IC/mA < 0.001 0.70 1.50 2.30 3.10 3.95
IE/mA < 0.001 0.72 1.54 2.36 3.18 4.05
结论：(1) IE IC IB 符合基尔霍夫定律 (2) IC 和 IE 比 IB 大得多。从第三列和第四列的数据可得
–0.02
硅管的伏安特性
10
锗管的伏安特性
在二极管上加反向电压时，反向电流很小。但当反向电 压增大至某一数值时，反向电流将突然增大。这种现象称为 击穿，二极管失去单向导电性。产生击穿时的电压称为反向 击穿电压 U(BR)。
9.2.3 主要参数
1. 最大整流电流 IOM 最大整流电流是指二极管长时间使用时，允许流过二极管 的最大正向平均电流。
作于饱和状态。在饱和区，IC 和 IB 不成正比。此时，发射结也
处于正向偏置，UCE 0 ， IC UCC/RC 。
24
当晶体管饱和时， UCE 0，发射极与集电极之间如同一 个开关的接通，其间电阻很小；当晶体管截止时，IC 0 ，发 射极与集电极之间如同一个开关的断开，其间电阻很大，可 见，晶体管除了有放大作用外，还有开关作用。
2. 反向工作峰值电压 URWM 它是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是
反向击穿电压的一半或三分之二。
3. 反向峰值电流 IRM 它是指二极管上加反向工作峰值电压时的反向电流值1。1
二极管的应用范围很广，主要都是利用它的单向导电性。它 可用与整流、检波、限幅、元件保护以及在数字电路中作为开 关元件。
本征半导体中由于
多余价电子
载流子数量极少，导电
能力很低。如果在其中
Si
SPi
Si
参入微量的杂质(某种元
素)将使其导电能力大大
增强。
SiSi
Si
Si
1. N 型半导体
在硅或锗的晶体中掺入五价元素磷，当某一个硅原
子被磷原子取代时，磷原子的五个价电子中只有四个用
于组成共价键，多余的一个很容易挣脱磷原子核的束缚
IC
IB B C +
+
T UCE
UBE E
IE
IC
IB B +
C+ T UCE E
UBE
IE
NPN 型晶体管
PNP 型晶体管
21
对于 NPN 型三极管应满足: UBE > 0 UBC < 0
即 VC > VB > VE
9.4.3 特性曲线
1. 输入特性曲线
输入特性曲线是指当集 —射极 电压UCE为常数时，输入电路(基 极电路)中，基极电流 IB 与基— 射极电压 UBE 之间的关系曲线 I B = f (UBE)。
而成为自由电子。因而自由电子的数量大大增加，是多
数载流子，空穴是少数载流子，将这种半导体称为 N 型
半导体。
4
2. P 型半导体
在硅或锗的晶体中 掺入三价元素硼，在组 成共价键时将因缺少一 个电子而产生一个空位， 相邻硅原子的价电子很 容易填补这个空位，而 在该原子中便产生一个 空穴，使空穴的数量大 大增加，成为多数载流 子，电子是少数载流子， 将这种半导体称为 P 型 半导体。
(正向偏置)，集电结加反向电压(反向偏置)。
IC
设 EC = 6 V，改变 可变电阻 RB，则基极 电流 IB、集电极电流 IC 和发射极电流 IE 都 发生变化，测量结果
如下表：
mA
IB
C
A
B 3DG100
RB
+ V UBE
E
+
V UCE
mA IE
EC
EB 基极电路
集电极电路
19
晶体管电流测量数据
UZ
O
+ IZ IZ 反向
IZM UZ
U/V
13
稳压管的主要参数有下面几个： 1. 稳定电压 UZ
IZ +20
2. 电压温度系数 U
3. 动态电阻 rZ
IZ R = 1.6 k
rZ
U Z IZ
4. 稳定电流 IZ
DZ UZ = 12V IZM = 18 mA
5. 最大允许耗散功率 PZM
例 1 的图
N 型硅 P 型硅 N 型硅
C
(a) 平面型
P
N 型锗 B
P
铟球
C
(b)合金型
返16回
不论平面型或合金型，都分成 NPN 或PNP 三层，
因此又把晶体管分为 NPN 型和 PNP 型两类。
1. NPN 型三极管
集电极 C
C
N
B
T 基极 B
P
E
N
符号
集电区 集电结
基区 发射结
发射区
发射极 E
17
2. PNP 型三极管
都是四价元素。将硅或锗材料提纯并
Si
Si
形成单晶体后，便形成共价键结构。
在获得一定能量(热、光等)后，少量
Si
Si
价电子即可挣脱共价键的束缚成为自
由电子，同时在共价键中就留下一个 空位，称为空穴。自由电子和空穴总 是成对出现，同时又不断复合。
本征半导体中自由 电子和空穴的形成
2
在外电场的作用下，
自由电子逆着电场方向定 向运动形成电子电流。带
晶体管的输入特性也有一段 死区，只有在发射结外加电压大 于死区电压时，才会产生 IB。
对于 PNP 型三极管应满足: UEB > 0 UCB < 0
即 VC < VB < VE
IB / A
80
60
UCE ≥ 1V
40
20
O 0.4 0.8 UBE / V
3DG100
22
2. 输出特性曲线 输出特性曲线是指当基极电流 IB 为常数时，输出电路(集电 极电路)中集电极电流 IC 与集—射极电压 UCE 之间的关系曲线 IC = f (UCE)。在不同的 IB下，可得出不同的曲线，所以晶体管的 输出特性曲线是一组曲线。
电子移动方向
正电的空穴吸引相邻原子
中的价电子来填补，而在
Si
Si
Si
该原子的共价键中产生另
一个空穴。空穴被填补和 相继产生的现象，可以看
SSi i
Si
Si
成空穴顺着电场方向移动，
形成空穴电流。
空穴移动方向 外电场方向
可见在半导体中有自由
电子和空穴两种载流子，它
们都能参与导电。
3
9.1.2 N 型半导体和 P 型半导体
晶体管的三种工作状态如下图所示
IC
[例 1] 在图中，输入电位 VA = + 3 V， VB = 0 V， 电阻 R 接负 电源 –12 V。求输出端电位 VY。
[解] 因为 VA 高于VB ，所以
VA
DA 优先导通。如果二极管的正向 压降是 0.3 V，则 VY = + 2.7 V。当
VB
DA 导通后, DB 因反偏而截止。
在这里，DA 起钳位作用，将 输出端电位钳制在 + 2.7 V。