最新01第1章双极型半导体器件
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第1章双极型半导体
例1.1 电路如图所示，已知 ui ＝6sin t V， E = 3 V，画出 uo 的波形（设 VD 为理想二极管）。
＋
VD
R
ui
－
＋ uR －
＋ uo
6
ui/V
3 O
E
－
uo/V 3 O
t
解： (1) ui＜3 V 时 VD 导通: uo = ui (2) ui＞3 V 时 VD 截止: uo = E
电工教研室 制作
大连交通大学电气信息学院
1.1 半导体的基础知识
二、杂质半导体
在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会 使半导体的导电性能发生显著变化。 掺入五价的杂质元素： 自由电子的浓度 空穴的浓度。 自由电子为多数载流子，空穴为少数载流子。 称这种杂质半导体为 N 型半导体。 掺入三价的杂质元素： 自由电子的浓度 空穴的浓度。 空穴为多数载流子。自由电子为少数载流子。 称这种杂质半导体为 P 型半导体。
价电子参与导电 掺杂增强导电能力 热敏特性 光敏特性
一、本征半导体
1. 什么是本征半导体 是一种完全纯净的、结构完整的半导体晶体。 常用的半导体：硅、锗、砷化镓等。
电工教研室 制作 大连交通大学电气信息学院
1.1 半导体的基础知识
1. 本征半导体的共价键结构
+4 +4 +4
+
硅原子（Si）
+4
+4
大连交通大学电气信息学院
1.2 半导体二极管
2. 伏安特性的近似处理 (1) 理想模型 正向偏置（导通）时 ： ID UD = 0，RD = 0。 反向偏置（截止）时： O UD ID = 0，RD→∞。 (2) 近似模型
第一章半导体器件的特性讲解
第一章 半导体器件的 特性
主要内容及要求
1.1 半导体的导电特性 1.2 PN结 1.3 二极管 1.4 双极型晶体管（BJT） 1.5 场效应管（FET）
基础，必须掌握： 基本概念，原理， 特征曲线、参数， 应用等。
了解原理，掌握特 征曲线、参数。
1.1 半导体的导电特性
半导体材料：
物质根据其导电能力(电阻率)的不同，可划分 导体、绝缘体和半导体。 －4 导 体：ρ<10 Ω·cm 9 绝缘体：ρ>10 Ω·cm 半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间。 典型的元素半导体有硅Si和锗Ge ，此外，还有 化合物半导体砷化镓GaAs等。
1.5 场效应管
二、工作原理
VDS=0时， VGS 对沟道的控制作用
当VGS＜0时， PN结反偏，| VGS | 耗尽层加厚沟道变窄。 VGS继续 减小，沟道继续变窄，当沟道夹断时， 对应的栅源电压VGS称为夹断电压VP （ 或VGS(off) ）。 对于N沟道的JFET，VP <0。 若在漏源极间加上适当电压，沟道中有 电流ID流过。 VGS＝0时，ID较大； VGS＝VGS(off)时，ID近似为零， 这时管子截止。
1.5 场效应管
特点：
利用输入回路的电场效应控制输出回路的电流；仅靠半导体 中的多数载流子导电（单极型晶体管）；输入阻抗高 （107~1012），噪声低，热稳定性好，抗辐射能力强，功 耗小。
分类：
1.5 场效应管
1.5.1结型场效应管 一、结构
N沟道结型场效应管结构示意图
N沟道管符号
P沟道管符号
晶体管结构示意图
晶体管符号
1.4 双极型晶体管
生成类型：合金型和平面型
要实现电流放大作用，要求： 发射区掺杂浓度高； 基区薄且掺杂浓度低； 集电结面积大。
主要内容及要求
1.1 半导体的导电特性 1.2 PN结 1.3 二极管 1.4 双极型晶体管（BJT） 1.5 场效应管（FET）
基础，必须掌握： 基本概念，原理， 特征曲线、参数， 应用等。
了解原理，掌握特 征曲线、参数。
1.1 半导体的导电特性
半导体材料：
物质根据其导电能力(电阻率)的不同，可划分 导体、绝缘体和半导体。 －4 导 体：ρ<10 Ω·cm 9 绝缘体：ρ>10 Ω·cm 半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间。 典型的元素半导体有硅Si和锗Ge ，此外，还有 化合物半导体砷化镓GaAs等。
1.5 场效应管
二、工作原理
VDS=0时， VGS 对沟道的控制作用
当VGS＜0时， PN结反偏，| VGS | 耗尽层加厚沟道变窄。 VGS继续 减小，沟道继续变窄，当沟道夹断时， 对应的栅源电压VGS称为夹断电压VP （ 或VGS(off) ）。 对于N沟道的JFET，VP <0。 若在漏源极间加上适当电压，沟道中有 电流ID流过。 VGS＝0时，ID较大； VGS＝VGS(off)时，ID近似为零， 这时管子截止。
1.5 场效应管
特点：
利用输入回路的电场效应控制输出回路的电流；仅靠半导体 中的多数载流子导电（单极型晶体管）；输入阻抗高 （107~1012），噪声低，热稳定性好，抗辐射能力强，功 耗小。
分类：
1.5 场效应管
1.5.1结型场效应管 一、结构
N沟道结型场效应管结构示意图
N沟道管符号
P沟道管符号
晶体管结构示意图
晶体管符号
1.4 双极型晶体管
生成类型：合金型和平面型
要实现电流放大作用，要求： 发射区掺杂浓度高； 基区薄且掺杂浓度低； 集电结面积大。
模拟电子技术基础简明教程-(第三版)第一章
(a)外形图
21
(b)符号
第二节 半导体二极管
半导体二极管的类型： 按半导体材料分：有硅二极管、锗二极管等。 按 PN 结结构分：有点接触型和面接触型二极管。 点接触型管子中不允许通过较大的电流，因结电容
小，可在高频下工作。 面接触型二极管 PN 结的面积大，允许流过的电流
大，但只能在较低频率下工作。 按用途划分：有整流二极管、检波二极管、稳压
O
U
图 1.2.8
30
第二节 半导体二极管
2. 扩散电容 Cd
P区 耗 尽 层 N 区
是由多数载流子在扩散过程中积累而引起的。+ I
V P 区中电子
－ R
N 区中空穴
浓 度 分布
浓 度 分布
x
Ln
Lp
在某个正向电压下，P 区中的电子浓度 np(或 N
区的空穴浓度 pn)分布曲线如图中曲线 1 所示。
路中反向电流非常小，几乎等于零， PN 结处
于截止状态。
PN 结具有单向导电性。
正向偏置:
电源正极接P区，负极接N区，即“P正N负” 反向偏置:
电源正极接N区2，0 负极接P区，即“P负N正”
第二节 半导体二极管
2 二极管的伏安特性
半导体二极管又称晶体二极管。 二极管的结构： 将 PN 结封装在塑料、玻璃或金属外壳里，再 从 P 区和 N 区分别焊出两根引线作正、负极。
28
第二节 半导体二极管
二极管的电容效应
当二极管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，使二极管具有电容效应。
电容效应包括两部分 势垒电容 扩散电容
1. 势垒电容
是由 PN 结的空间电荷区变化形成的。
电子技术基础(电工Ⅱ)李春茂主编_机械工业出版社_课后习题答案
1-9 有 A、B、C 3 只晶体管，测得各管的有关参数与电流如题表 1-2 所示，试填写表中空白的栏目。
表 1-2 题 1-9 表
电流参数
管号
iE / mA iC / mA iB / μA ICBO / μA ICEO / μA
A
1
0.982
18
2
111
0.982
B
0.4
0.397
3
1
132.3 0.99
目录
第一章 双极型半导体器件∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙1 第二章 基本放大电路∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙7 第三章 场效应晶体管放大电路∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙18 第四章 多级放大电路∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙23 第五章 集成运放电路∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙33 第七章 直流稳压电源∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙46 第九章 数字电路基础知识∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙51 第十章 组合逻辑电路∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙61 第十一章 时序逻辑电路∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙73 第十二章 脉冲波形的产生和整形∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙90 第十三章 数/模与模/数转换电路∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙96
第1章半导体器件
外电场
形成的电流，故反向电流
非常小，PN结呈现高阻性。
在一定的温度条件下，由本征激发决定的 少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流 是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无 关，这个电流也称为反向饱和电流。
PN结加反向电压时的导电情况
PN结加反向电压时的导电 情况
图01.07 PN结加正向电压 时的导电情况
因五价杂质原子中四 个价电子与周围四个 半导体原子中的价电 子形成共价键，多余 的一个价电子因无共 价键束缚而很容易形 成自由电子。
热激发产生 的自由电子
掺杂磷产生 的自由电子
Si
SPi
Si
Si
Si
Si
•掺杂磷产生的自由电子数 〉〉热激发产生的自由电子数
•N型半导体中自由电子数 〉〉空穴数
•自由电子为 N型半导体的多数载流子（简称多）， 空穴为N型半导体的少数载流子（简称少子）
N型半导体简化图
多 子
Si
P
Si
Si
Si
Si
空
间
电
荷
l P型半导体：
往本征半导体中掺杂三价杂质硼形成的杂质半导体, P 型半导体中空穴是多数载流子，主要由掺杂形成；电 子是少数载流子，由热激发形成。空穴很容易俘获电 子，使杂质原子成为负离子。因而也称为受主杂质。
Si
B
Si
Si
Si
Si
热激发产生 的空穴
T=300K室温下,本征硅的电子和空穴浓度: n = p =1.4×1010/cm3
掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度:
n= 5×1016/cm3
本征硅的原子浓度: 4.96×1022/cm3 以上三个浓度基本上依次相差106/cm3
半导体器件及整流电路
空穴 自由电子
多数载流子〔简称多子〕 少数载流子〔简称少子〕
P 型半导体
掺入三价元素
+4 +34 接受一个 电子变为 负离子
空穴
+4 +4
硼原子
掺杂浓度远大于本征 半导体中载流子浓度,所 以,空穴浓度远大于自由 电子浓度.
空穴称为多数载流子 〔多子〕,
自由电子称为少数载 流子〔少子〕.
＋＋＋＋
＋＋＋＋ ＋＋＋＋
＋＋ ＋
内电场方向 PN 结及其内电场
2．PN结的单向导电性
①外加正向电压〔也叫正向偏置〕
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结处于低阻导通状态.
空间电荷区
变窄
＋
P I 外电场
＋N
＋
内电场
光敏性：当受到光照时,其导电能力明显变 化.<可制成各种光敏元件,如光敏电阻、
光敏二极管、光敏三极管、光电池等>.
掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质, 使其导电能力明显改变.
本征半导体
完全纯净的、结构完整的半导体晶体,称
为本征半导体.
硅和锗的晶体结构
1．热激发产生自由电子和空穴
純净的半导体叫本征半导体.每个原子周围有四个相 邻的原子,每个原子的一个外层价电子与另一原子的外层 价电子组成电子对,原子之间的这种电子对为两原子共有, 称为共价键结构.原子通过共价键紧密结合在一起.两个 相邻原子共用一对电子.由于温升、光照等原因,共价键 的电子容易挣脱键的束縛成为自由电子.这是半导体的一 个重要特征.
电子技术
半导体器件及整流电路
第1章常用半导体器件
1.1.1 本征半导体
纯净的具有晶体结构的半导体
一、导体、半导体和绝缘体 导体、
导体：自然界中很容易导电的物质称为导体， 导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属 导体 一般都是导体。 一般都是导体。 绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体 绝缘体， 绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡 陶瓷、塑料和石英。 皮、陶瓷、塑料和石英。 半导体： 半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘 半导体， 体之间，称为半导体 如锗、 体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓 和一些硫化物、氧化物等。 和一些硫化物、氧化物等。
二、P 型半导体
杂质元素， 在硅或锗的晶体中掺入少量的 3 价杂质元素，如 铟等， 型半导体。 硼、镓、铟等，即构成 P 型半导体。
+4 +4 +4
3 价杂质原子称为 受主原子。 受主原子。 空穴浓度多于电子 浓度， 浓度，即 p >> n。空穴 。 为多数载流子， 为多数载流子 ， 电子为 少数载流子。 少数载流子。
五、PN结的电容效应 结的电容效应
上的电压发生变化时， 当PN上的电压发生变化时，PN 结中储存的电荷量 上的电压发生变化时 将随之发生变化， 结具有电容效应。 将随之发生变化，使PN结具有电容效应。 结具有电容效应 势垒电容 电容效应包括两部分 扩散电容 1. 势垒电容 b 势垒电容C 结的空间电荷区变化形成的。 是由 PN 结的空间电荷区变化形成的。
公式推导过程略
四、PN结的伏安特性 结的伏安特性
i = f (u )之间的关系曲线。 之间的关系曲线。
i/ mA
60 40 20 –50 –25 0 0.5 1.0 u / V – 0.002
正向特性
纯净的具有晶体结构的半导体
一、导体、半导体和绝缘体 导体、
导体：自然界中很容易导电的物质称为导体， 导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属 导体 一般都是导体。 一般都是导体。 绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体 绝缘体， 绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡 陶瓷、塑料和石英。 皮、陶瓷、塑料和石英。 半导体： 半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘 半导体， 体之间，称为半导体 如锗、 体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓 和一些硫化物、氧化物等。 和一些硫化物、氧化物等。
二、P 型半导体
杂质元素， 在硅或锗的晶体中掺入少量的 3 价杂质元素，如 铟等， 型半导体。 硼、镓、铟等，即构成 P 型半导体。
+4 +4 +4
3 价杂质原子称为 受主原子。 受主原子。 空穴浓度多于电子 浓度， 浓度，即 p >> n。空穴 。 为多数载流子， 为多数载流子 ， 电子为 少数载流子。 少数载流子。
五、PN结的电容效应 结的电容效应
上的电压发生变化时， 当PN上的电压发生变化时，PN 结中储存的电荷量 上的电压发生变化时 将随之发生变化， 结具有电容效应。 将随之发生变化，使PN结具有电容效应。 结具有电容效应 势垒电容 电容效应包括两部分 扩散电容 1. 势垒电容 b 势垒电容C 结的空间电荷区变化形成的。 是由 PN 结的空间电荷区变化形成的。
公式推导过程略
四、PN结的伏安特性 结的伏安特性
i = f (u )之间的关系曲线。 之间的关系曲线。
i/ mA
60 40 20 –50 –25 0 0.5 1.0 u / V – 0.002
正向特性
1章 常用半导体器件图
ΔI 0
0
ui
U
ΔU
例4.Dio －
E
5.稳压管的参数及应用
• ⑴.稳压管的(应用电路)工作原理：
IR ＋
R
Ui
Z
IZ
IL RL
•
┗┓ D
－
IR=IZ + IL IR =(Ui –UZ)/R
稳压管的伏安特性和等效电路
返回
⑴.稳压管稳压电路
返回
⑵.稳压管的参数
• • • • • ①.稳定电压UZ ②.稳定电流IZ ③.额定功耗PZ ④.稳压管的温度系数 ⑤.动态电阻rZ
(1).PN结内部载流子 的运动：
①.多子的扩散运动： ②.自建电㘯和 耗尽层的形成： 载流子复合
③.少数载流子的 漂移运动：
返回
2. PN结的单向导电性：
(1). PN结加正向电压时导通
返回
(2).PN结加反向电压时截止
返回
3.PN结的伏安特性
• ⑴. PN结的电流方程：
i Is(
qu kT
返回
图1.5.1 单结晶体管的结构示意图和等效电路
返回
图1.5.2 单结晶体管特性曲线的测试
返回
图1.5.3 单结晶体管组成的振荡电路
返回
图1.5.4 晶闸管的外形
返回
图1.5.5 晶闸管的结构、等效电路和符号
返回
图1.5.6 晶闸管的工作原理
返回
图1.5.7 晶闸管的伏安特性曲线
返回
返回
图1.6.1 基片与管芯图
返回
图1.6.2 集成电路的剖面图及外形
返回
图1.6.3 PN结隔离的制造工艺
Pi=Ni
P = Pa ＋ Pi N = Ni （多子）P＞n（少子）
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发射区：掺 杂浓度较高
(1-25)
1.3.2 工作原理
穿过集电
结形成IC
要使三极管能放大电流，必须使
电子与基 发区射空结穴正复偏，集电结反偏。
扩散使空间电 扩散运动 荷区逐渐加宽
(1-11)
PN结的单向导电性
PN 结外加正向电压： P 区接正、N 区接负电压
变薄
PN 结加上反向电压： P区加负、N 区加正电压
变厚
P 外电场
N 内电场
结论：P N 结导通
P
N
内电场
外电场
结论：P N 结截止
(1-12)
1.2 半导体二极管
VD
1.2
P
N
1、基本结构
2. 最大反向工作电压URM
指管子运行时允许承受的最大反向电压，是反向击穿 电压UBR的一半。
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。其值越小越
好。温度越高反向电流越大。硅管的较小，锗管的要比硅管大 几十到几百倍。
以上均是二极管的直流参数，二极管的应用是主要利用 它的单向导电性，主要应用于整流、限幅、保护等等。
习题1-2 哪些二极管是导通的?
应用举例
VD截止
VD导通
VD导通 怎么来的？
(1-18)
习题1-3 画出u0波形 a
应用举例
b
c
d
(1-19)
1.2.4 硅稳压二极管 稳压管是一种特殊的二极管， 1.2 它专门工作在反向工作区
符号
稳压二极管的参数:
VS UZ
+
（1）稳定电压 UZ
特性曲线
（2）电压温度系数U（%/℃）
多余
电子
N 型半导体中的
多+子4和少子+的4 移动都能形成电流。起导电载作流用子的是主什要么？
是多子。近似认为多子与杂质浓度相等
+5 +4
自由电子为多数载流子（多子） 磷原子 自由电子为多子 空穴称为空少穴数是载多流子子（少子）
(1-10)
电场越强，漂移 运动越强，漂移使 空间电荷区变薄。
P型半导体
R
ui
VZ1
U0
稳压管反向击穿
解：U0 = 6V
2、已知 ui=20V, UZ1=6V， UZ2=9V，求U0 =？
答案： u0 = 6+9 = 15 V
R
ui
VZ1
u0
VZ2
(1-21)
1.2.5 其他类型二极管
1. 发光二极管（LED)
与普通二极管一样 由PN结构成 也具有单向导电性。 由磷化镓（GaP）等半导 体材料制成，能直接将 电能转变成光能的发光 显示器件。
有正向电流流过时，发 出一定波长范围的光。
LED 是 Light Emitting Diode 的缩写
(1-22)
1.2.5 其他类型二极管
1.2
2 光电二极管
和普通二极管一样，也由一个PN结组成， 具有单方向导电性。
不同之处是光电二极管的外壳上有一个透
I
明的窗口以便接收光线照射，实现光电转 换。是在反向电压作用下工作的，没有光
(1-14)
4. 直流电阻 RD
1.2
二极管上电压与电流之比
iD
正向几十欧-几千欧
反向几十-几百千欧
5. 微变电阻 rD
ID
rD 是二极管特性曲线上工作点Q 附
近电压的变化与电流的变化之比：
Q
iD uD
rD
uD iD
UD
uD
显然，rD是对Q附近的微小变化区域内的电阻
(1-15)
1.2.3 二极管的应用举例
1.1.4 PN 结 漂移运动
PN 结的形成
内电场E N型半导体
－－－－ － － + + + + + +
扩散和－漂移－运－动－最终－达－到平+衡+，相+ 当+于+两+个区之 间没有－电荷－运－动－，空－间－电荷+区+的厚+ 度+固+定+不变
－－－－ － － + + + + + +
空间电荷区， 也称耗尽层。
应用举例
实际二极管：正向压降0.7V(硅二极管) 理想二极管：正向压降=0 。分析时，常把二极管看成理想的。
二极管的应用举例1：二极管半波整流
ui
ui
RL
uo
uo
仿真二极管半波 整..\EWB\WEWB32.EXE流
t t
(1-16)
二极管的应用2
ui
ui
R
uR RL
uR
uo
uo
应用举例
t t
t
(1-17)
2、伏PN安结特加性上管壳和引线，就成为I 半导体二极管。
点接触型
触丝线
死区电压 硅管
0.5V,锗管0.1V
引线 外壳线
基片
导通压降: 硅管约0.7V 锗管约0.3V
PN结
面U接触型
反向击穿
电压UR
二极管电路符号
P
N
(1-13)
3、主要参数
1.2
1. 最大整流电流 IFM
二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流
(1-9)
1.1.3 杂质半导体
N 型半导体：在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑） 在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体
的导电性能而发形生成显。著也变称化为。（其电原子因半是导掺体杂）半。导体的某种 P 型载半流导子体浓：度在大硅大或增锗加晶。体中掺入少量的三价元素，如硼(或
铟)而形成，也称为（空穴半导体）。
01第1章双极型半导体器件
第1章 双极型半导体器件
1.1 半导体的基本知识 1.2半导体二极管 1.3 半导体三极管
(1-2)
1.1.2 本征半导体
本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。
常用的半导体是硅和锗，外层电子（价电子）均4个。 束缚电子
+4
+4
Ge
Si
+4
+4
共价键结构 形成共价键后，最外层电子是8个，构成稳定结构 绝对零度以下，本征半导体中无活跃载流子，不导电
U
照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；有
光照时，反向电流迅速增大，称为光电流。
光的强度越大，反向电流也越大。光的变 化引起光电二极管电流变化，这就可以把
照度增加
光信号转换成电信号，成为光电传感器件。
在电路中通过它把光信号转换成电信号。
反向电流随光照强度的增加而上升。
(1-23)
§1.3 半导体三极管
1.3.1基本结构 NPN型
C集电极
N
基极
B
P
N
符号
发射极 E
C IC B
IB E
IE
1.3
集电极 C PNP型
P
基极
N
B
P
发射极 E
C IC B
IB E
IE
(1-24)
§1.3 半导体三极管 1.3.1.基本结构
集电区： 面积较大
B
基极
1.3
C 集电极
集电结
N P N
E 发射极
基区：较薄 掺杂浓度低 发射结
曲线越陡， 电压越稳定
UZ
I
稳压值受温度变化影响的的系数
r （3）动态电阻
Z
U Z I Z
U （4）稳定电流IZ、最大、最小稳定
工作区
IZ
电流Izmax、Izmin
（5）最大允许功耗
PZMUZIZmax
(1-20)
稳压二极管的应用举例
1.2
1、已知ui=20V, UZ1=6V，求U0 =？
i
分析： 电流通路
(1-25)
1.3.2 工作原理
穿过集电
结形成IC
要使三极管能放大电流，必须使
电子与基 发区射空结穴正复偏，集电结反偏。
扩散使空间电 扩散运动 荷区逐渐加宽
(1-11)
PN结的单向导电性
PN 结外加正向电压： P 区接正、N 区接负电压
变薄
PN 结加上反向电压： P区加负、N 区加正电压
变厚
P 外电场
N 内电场
结论：P N 结导通
P
N
内电场
外电场
结论：P N 结截止
(1-12)
1.2 半导体二极管
VD
1.2
P
N
1、基本结构
2. 最大反向工作电压URM
指管子运行时允许承受的最大反向电压，是反向击穿 电压UBR的一半。
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。其值越小越
好。温度越高反向电流越大。硅管的较小，锗管的要比硅管大 几十到几百倍。
以上均是二极管的直流参数，二极管的应用是主要利用 它的单向导电性，主要应用于整流、限幅、保护等等。
习题1-2 哪些二极管是导通的?
应用举例
VD截止
VD导通
VD导通 怎么来的？
(1-18)
习题1-3 画出u0波形 a
应用举例
b
c
d
(1-19)
1.2.4 硅稳压二极管 稳压管是一种特殊的二极管， 1.2 它专门工作在反向工作区
符号
稳压二极管的参数:
VS UZ
+
（1）稳定电压 UZ
特性曲线
（2）电压温度系数U（%/℃）
多余
电子
N 型半导体中的
多+子4和少子+的4 移动都能形成电流。起导电载作流用子的是主什要么？
是多子。近似认为多子与杂质浓度相等
+5 +4
自由电子为多数载流子（多子） 磷原子 自由电子为多子 空穴称为空少穴数是载多流子子（少子）
(1-10)
电场越强，漂移 运动越强，漂移使 空间电荷区变薄。
P型半导体
R
ui
VZ1
U0
稳压管反向击穿
解：U0 = 6V
2、已知 ui=20V, UZ1=6V， UZ2=9V，求U0 =？
答案： u0 = 6+9 = 15 V
R
ui
VZ1
u0
VZ2
(1-21)
1.2.5 其他类型二极管
1. 发光二极管（LED)
与普通二极管一样 由PN结构成 也具有单向导电性。 由磷化镓（GaP）等半导 体材料制成，能直接将 电能转变成光能的发光 显示器件。
有正向电流流过时，发 出一定波长范围的光。
LED 是 Light Emitting Diode 的缩写
(1-22)
1.2.5 其他类型二极管
1.2
2 光电二极管
和普通二极管一样，也由一个PN结组成， 具有单方向导电性。
不同之处是光电二极管的外壳上有一个透
I
明的窗口以便接收光线照射，实现光电转 换。是在反向电压作用下工作的，没有光
(1-14)
4. 直流电阻 RD
1.2
二极管上电压与电流之比
iD
正向几十欧-几千欧
反向几十-几百千欧
5. 微变电阻 rD
ID
rD 是二极管特性曲线上工作点Q 附
近电压的变化与电流的变化之比：
Q
iD uD
rD
uD iD
UD
uD
显然，rD是对Q附近的微小变化区域内的电阻
(1-15)
1.2.3 二极管的应用举例
1.1.4 PN 结 漂移运动
PN 结的形成
内电场E N型半导体
－－－－ － － + + + + + +
扩散和－漂移－运－动－最终－达－到平+衡+，相+ 当+于+两+个区之 间没有－电荷－运－动－，空－间－电荷+区+的厚+ 度+固+定+不变
－－－－ － － + + + + + +
空间电荷区， 也称耗尽层。
应用举例
实际二极管：正向压降0.7V(硅二极管) 理想二极管：正向压降=0 。分析时，常把二极管看成理想的。
二极管的应用举例1：二极管半波整流
ui
ui
RL
uo
uo
仿真二极管半波 整..\EWB\WEWB32.EXE流
t t
(1-16)
二极管的应用2
ui
ui
R
uR RL
uR
uo
uo
应用举例
t t
t
(1-17)
2、伏PN安结特加性上管壳和引线，就成为I 半导体二极管。
点接触型
触丝线
死区电压 硅管
0.5V,锗管0.1V
引线 外壳线
基片
导通压降: 硅管约0.7V 锗管约0.3V
PN结
面U接触型
反向击穿
电压UR
二极管电路符号
P
N
(1-13)
3、主要参数
1.2
1. 最大整流电流 IFM
二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流
(1-9)
1.1.3 杂质半导体
N 型半导体：在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑） 在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体
的导电性能而发形生成显。著也变称化为。（其电原子因半是导掺体杂）半。导体的某种 P 型载半流导子体浓：度在大硅大或增锗加晶。体中掺入少量的三价元素，如硼(或
铟)而形成，也称为（空穴半导体）。
01第1章双极型半导体器件
第1章 双极型半导体器件
1.1 半导体的基本知识 1.2半导体二极管 1.3 半导体三极管
(1-2)
1.1.2 本征半导体
本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。
常用的半导体是硅和锗，外层电子（价电子）均4个。 束缚电子
+4
+4
Ge
Si
+4
+4
共价键结构 形成共价键后，最外层电子是8个，构成稳定结构 绝对零度以下，本征半导体中无活跃载流子，不导电
U
照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；有
光照时，反向电流迅速增大，称为光电流。
光的强度越大，反向电流也越大。光的变 化引起光电二极管电流变化，这就可以把
照度增加
光信号转换成电信号，成为光电传感器件。
在电路中通过它把光信号转换成电信号。
反向电流随光照强度的增加而上升。
(1-23)
§1.3 半导体三极管
1.3.1基本结构 NPN型
C集电极
N
基极
B
P
N
符号
发射极 E
C IC B
IB E
IE
1.3
集电极 C PNP型
P
基极
N
B
P
发射极 E
C IC B
IB E
IE
(1-24)
§1.3 半导体三极管 1.3.1.基本结构
集电区： 面积较大
B
基极
1.3
C 集电极
集电结
N P N
E 发射极
基区：较薄 掺杂浓度低 发射结
曲线越陡， 电压越稳定
UZ
I
稳压值受温度变化影响的的系数
r （3）动态电阻
Z
U Z I Z
U （4）稳定电流IZ、最大、最小稳定
工作区
IZ
电流Izmax、Izmin
（5）最大允许功耗
PZMUZIZmax
(1-20)
稳压二极管的应用举例
1.2
1、已知ui=20V, UZ1=6V，求U0 =？
i
分析： 电流通路