14-二极管和晶体管
晶体管基础知识
第1章 半导体器件
I / mA
UZ UZ A O IZmin U/V ＋ Ui B IZmax － R
(b)
＋ Uz －
(a)
(c)
图10 稳压管的伏安特性曲线、 （a）伏安特性曲线；（b）图形符号；（c）稳压管电路
稳压管工作在击穿区时的稳定电压
5、汽车用整流二极管：P82—图5-21
汽车交流发电机用硅整流二极管，具有 一个引出极，另一个是外壳，参见教材P82 图5-21
汽车用二极管分为正向二极管和反向二 极管两种。正向二极管的引出端为正极，外 壳为负极，通常在正向二极管上涂有红点； 反向二极管的引出端为负极，外壳为正极， 通常在反向二极管上涂有黑点。
路里的开关元件，以及作为小电流的整流管。
N型锗片 阳极 引线 阴极 引线
铝合金小球
阳极引线 PN结
N型硅
金锑合金 底座
金属触丝 (a)
外壳 (b) 阴极引线
a）点接触二极管PN结接触面积小，不能通过很大的正向电
流和承受较高的反向工作电压，工作效率高， 常用来作为检波器件。
图7 半导体二极管的结构及符号 （a）点接触型结构;（b）面接触型结构;
流很小，PN结截止，这就是PN结的单向导电性。
第1章 半导体器件
2. 半导体二极管
把PN结用管壳封装，然后在P区和N区分别向外引出一 个电极，即可构成一个二极管。二极管是电子技术中最基 本的半导体器件之一。根据其用途分有检波管、开关管、 稳压管和整流管等。
硅高频检波管
开关管
稳压管
整流管
发光二极管
电子工程实际中，二极管应用得非常广泛，上图所示即 为各类二极管的部分产品实物图。
图8 二极管的伏安
第1章 半导体二极管和晶体管
型求出 IO 和 UO 的值。
+ UD -
解:
1、理想模型
UO = V = 6 V
E
IO = E / R = 6 / 6 = 1 (mA)
+
2 V ID
R UR
6KΩ
-
2、恒压降模型
UO = E – UD = 6 0.7 = 5.3 (V) IO = UO / R = 5.3 / 6 = 0.88 (mA)
反向击穿电压 I/mA 反向饱和电流
硅几 A
锗几十~几百 A UBR
硅管的温度稳
IS
O
U/V
定性比锗管好 反向 饱和电流
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（二）极间电容
第三节、半导体二极管
C
1、PN结存在等效结电容
PN结中可存放电荷,相 当一个电容。
PN
+ ui –
R
– 2、对电路的影响：外加交流电源
+
时，当频率高时，容抗小，对PN
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第一节、半导体的导电特性
N型半导体
多一个 价电子
4
+5
4
掺杂
4
4
4
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本征激发
第一节、半导体的导电特性
N型半导体
4
+5
4
掺杂
正离子
电子
4
4
4
多子-------电子 少子-------空穴
N型半导体示意1图6
第一节、半导体的导电特性
P型半导体
多一个 空穴
4
+3
4
掺杂
4
4
4
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本征激发
第一节、半导体的导电特性
碳化硅二级管和晶体管的关系
碳化硅二级管和晶体管的关系说到碳化硅二极管和晶体管，可能不少人就会露出一脸懵逼的表情。
别担心，咱们今天就是要把这些看似高大上的东西聊得通俗易懂，像喝茶聊天一样轻松愉快。
其实啊，碳化硅二极管和晶体管它们俩是属于同一家族的，虽然它们各自的“性格”有点不同，但其实从根本上讲，都是为了让电流在电路里走得更加顺畅，避免不必要的麻烦。
所以，你可以把它们看作是电路中的“小帮手”，可是呢，它们又各自有各自的“特长”。
先说说碳化硅二极管。
光听名字就觉得很有科技感，像是外星人用的装备。
但其实它不过就是一种半导体器件，主要作用就是让电流单向流动，简单来说，电流走了一条单行道，想回来？没门！这可真是它的一项“拿手好戏”啊。
你可以把它想象成一个“门卫”，只能让通过的人从一边进，另一边可进不去，谁也别想插队。
至于“碳化硅”这个成分，别看它名字一看就觉得很复杂，实际上，它的作用可大了！因为碳化硅能承受更高的温度和更强的电压，所以它比起普通的硅二极管要耐用得多，尤其在一些严苛环境下，表现得更是顶呱呱！说白了，它就是电路中那种永远不怕高温、不怕电压的硬核小助手。
然后咱们再聊聊晶体管。
这个名字听着就有点“酷”，让人不由自主地觉得它可能是那种能让电流跳跃的神器。
其实晶体管也挺简单的，它就像是一个非常“敏感”的开关，能够控制电流的大小，甚至有时还可以完全“关掉”电流。
你可以把它想成一个“调节员”，电流太多了它能适当“放松”，电流不足了它又能给点“鼓励”。
而且它不光能调节电流，放大信号也是它的一项绝活儿。
比如，咱们日常的手机、电视，都是靠晶体管来放大微弱的信号，使得咱们能看到清晰的画面、听到响亮的声音。
简直就是电子产品中的“调音师”，没有它，咱们也就没法听到手机里的那首歌，或者看清楚电视屏幕上的演员脸了。
可是，碳化硅二极管和晶体管虽然长得像“亲戚”，但它们之间还是有挺多区别的。
工作原理上就不太一样。
二极管的工作原理比较简单，就是通过一个“单向通道”让电流流动，而晶体管呢，得通过“控制电压”来调节电流的大小，它的“工作”要更复杂一些。
二极管简介
二极管的应用面很广，都是利用它的单向导电性。 可用于整流、检波、限幅、元件保护以及在数字电路 中作为开关元件。 二极管的应用举例1：二极管半波整流
ui
ui
RL
uo uo
t
t
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二极管的应用举例2：
如图由RC构成微分电路，当输 u i 入电压ui为矩形波时，试画出 U 输出电压uo的波形。设uc(0) =0 0
0.10 3.95
0.72
1.54
2.36
3.18
4.05
IC N
RC
结论: 1）三电极电流关系 2） IC IB ， IC IE 3） IC IB
IE = IB + IC C
基极电流的微小变化IB 能够引起较大的集电极电流 变化IC,这就是三极管的电 流放大作用。
B
IB RB
10
例1：
D + 3k
A
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。
6V 12V
UAB
– B
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 在这里，二极管起钳位作用。
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EB 进入P 区的电子 少部分与基区的空 穴复合，形成电流 IBE ，多数扩散到集 电结。
1 发射区向基区扩散电子，形成发射极电流IE。
E区多子（自由电子）到B区
发射结正偏 扩散强 B区多子（空穴）到E区 穿过发射结的电 流主要是电子流 形成发射 极电流IE IE是由扩散运 动形成的
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晶体管的识别与检测
1、检测小功率晶体二极管A、判别正、负电极(a)、观察外壳上的的符号标记。
通常在二极管的外壳上标有二极管的符号，带有三角形箭头的一端为正极，另一端是负极。
(b)、观察外壳上的色点。
在点接触二极管的外壳上，通常标有极性色点(白色或红色)。
一般标有色点的一端即为正极。
还有的二极管上标有色环，带色环的一端则为负极。
(c)、以阻值较小的一次测量为准，黑表笔所接的一端为正极，红表笔所接的一端则为负极。
B、检测最高工作频率FM。
晶体二极管工作频率，除了可从有关特性表中查阅出外，实用中常常用眼睛观察二极管内部的触丝来加以区分，如点接触型二极管属于高频管，面接触型二极管多为低频管。
另外，也可以用万用表R×1k挡进行测试，一般正向电阻小于1k的多为高频管。
C、检测最高反向击穿电压VRM。
对于交流电来说，因为不断变化，因此最高反向工作电压也就是二极管承受的交流峰值电压。
需要指出的是，最高反向工作电压并不是二极管的击穿电压。
一般情况下，二极管的击穿电压要比最高反向工作电压高得多(约高一倍)。
2、检测玻封硅高速开关二极管检测硅高速开关二极管的方法与检测普通二极管的方法相同。
不同的是，这种管子的正向电阻较大。
用R×1k电阻挡测量，一般正向电阻值为5k～10k，反向电阻值为无穷大。
3、检测快恢复、超快恢复二极管用万用表检测快恢复、超快恢复二极管的方法基本与检测塑封硅整流二极管的方法相同。
即先用R×1k挡检测一下其单向导电性，一般正向电阻为4.5k左右，反向电阻为无穷大；再用R×1挡复测一次，一般正向电阻为几欧，反向电阻仍为无穷大。
4、检测双向触发二极管A、将万用表置于R×1k挡，测双向触发二极管的正、反向电阻值都应为无穷大。
若交换表笔进行测量，万用表指针向右摆动，说明被测管有漏电性故障。
将万用表置于相应的直流电压挡。
测试电压由兆欧表提供。
测试时，摇动兆欧表，万用表所指示的电压值即为被测管子的VBO值。
第9章--电力二极管、电力晶体管和晶闸管的应用简介
目录目录.............................................................................................................................................................................. 第9章电力二极管、电力晶体管和晶闸管的应用简介 . 09.1 电力二极管的应用简介 09.1.1 电力二极管的种类 09.1.2 各种常用的电力二极管结构、特点和用途 09.1.3 电力二极管的主要参数 09.1.4 电力二极管的选型原则 (1)9.2 电力晶体管的应用简介 (2)9.2.1 电力晶体管的主要参数 (2)9.2.2 电力晶体管的选型原则 (2)9.3 晶闸管的应用简介 (3)9.3.1 晶闸管的种类 (3)9.3.2 各种常用的晶体管结构、特点和用途 (3)9.3.3 晶闸管的主要参数 (4)9.3.4 晶闸管的选型原则 (5)9.4 总结 (6)第9章电力二极管、电力晶体管和晶闸管的应用简介9.1 电力二极管的应用简介电力二极管（Power Diode）在20世纪50年代初期就获得应用，当时也被称为半导体整流器；它的基本结构和工作原理与信息电子电路中的二极管相同，都以半导体PN结为基础，实现正向导通、反向截止的功能。
电力二极管是不可控器件，其导通和关断完全是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。
电力二极管实际上是由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的。
9.1.1 电力二极管的种类电力二极管主要有普通二极管、快速恢复二极管和肖特基二极管。
9.1.2 各种常用的电力二极管结构、特点和用途名称结构特点、用途实例图片整流二极管多用于开关频率不高（1kHz以下）的整流电路中。
其反向恢复时间较长，一般在5s以上，其正向电流定额和反向电压定额可以达到很高。
二极管和晶体管的关系
二极管和晶体管的关系嘿，大家好，今天咱们来聊聊二极管和晶体管的那些事儿。
说起这俩玩意儿，可能很多小伙伴会想：“这不就是电子元件吗，有啥好说的？”但是，兄弟姐妹们，这两者之间的关系可不是简单的一加一那么简单。
咱们一起来捋一捋，看看它们在电子世界里是怎么扮演角色的。
二极管。
哎，二极管可真是个小能手，它的工作原理简单得让人惊讶。
你想象一下，它就像是个单行道的警察，只允许电流朝一个方向流动，反方向的电流就得乖乖停下。
这样一来，二极管的作用可就明显了，帮着把电流的方向给固定住，避免那些不必要的麻烦。
你要是把它放在电路里，就像是在给电流设了个门槛，谁都别想轻易乱来。
这一招特别适合那些需要稳稳的电流的场合，比如整流电路，听起来是不是有点酷？说完二极管，我们再来聊聊晶体管。
哎哟，晶体管可不一般，它的作用可就丰富多了。
想象一下，晶体管就像是一个调音师，可以把信号放大、切换，甚至控制电流。
你想要让声音变大、变小，晶体管一出手，立马搞定。
咱们平常用的各种电子设备，比如手机、电视，背后都有晶体管在默默工作，真是个不起眼但超有用的小家伙。
就好像一位默默无闻的英雄，平时不太显眼，但关键时刻总能派上用场。
有趣的是，二极管和晶体管之间其实还有点血缘关系，二者都是半导体材料制成的。
二极管就像是晶体管的哥哥，晶体管是从二极管演变而来的。
说白了，二极管是晶体管的前身，是晶体管的启蒙老师。
没有二极管，就没有晶体管的今天，二者之间就像是亲兄弟，缺一不可。
再说说它们在电路里的配合。
你看，二极管和晶体管就像是一对搭档，配合得可默契了。
二极管负责把电流的方向固定住，晶体管则负责放大和调控，这样一来，整个电路就变得活灵活现，运转得像一台精密的机器。
它们之间的协作，让整个电子世界变得更高效，真是“相辅相成，缺一不可”。
再来讲讲二极管的种类，种类繁多得让人眼花缭乱。
你可能听说过整流二极管、齐纳二极管等等，这些都是根据不同的应用场合来分类的。
每种二极管都有自己的“拿手绝活”，就像每个人都有自己擅长的领域。
晶体管和二极管区别
晶体管和⼆极管区别晶体管和⼆极管区别⾸先说明⼀下：晶体管，就是指的半导体器件，⼆极管也是晶体管⾥的⼀种。
下⾯我们详细介绍⼀下⼆极管和三极管的特性及功能原理。
半导体⼆极管及其特性 半导体⼆极管按其结构和制造⼯艺的不同，可以分为点接触型和⾯接触型两种。
点接触⼆极管是在P型硅晶晶体或N型锗晶体的表⾯上，安装上⼀根⽤钨或⾦丝做成的触针，与晶体表⾯接触⽽成，然后加以电流处理，使触针接触处形成⼀层异型的晶体。
很据所⽤⾦属丝的不同，分别称之为钨键⼆极管和⾦键⼆极管。
国产2APl⼀7和2APll—17型半导体⼆极管即属此类。
但前者触针是钨丝，后者是⾦丝。
⾯接触型⼆极管多数系⽤合⾦法制成。
在N型锗晶体的表⾯上安放上⼀块铟，然后在⾼温下使⼀部分锗熔化于铟内。
接着将温度降低，使熔化于姻内的锗⼜沉淀⽽出，形成P型晶体。
此P 型晶体与末熔化的N型晶体组成P—N结。
点接触型半导体⼆极管具有较⼩的接触⾯积，因⽽触针与阻挡层间的电容饺⼩(约1微微法)；⽽⾯接触型⼆极管的极间电容较⼤，约为15⼀20微微池。
因此，前者适合于在频率较⾼的场合⼯作，⽽后者只适宜于频率低于50千赫以下的地⽅⼯作；另外前者允许通过的电流⼩，在⽆线电设备中宜作检波⽤，后者可通过较⼤之电流，多⽤于整流。
常⽤的半导体⼆极管其特性指标参数意义如下： 1.⼯作频率范围f(MHz)：指由于P—N结电容的影响，⼆极管所能应⽤的频率范围。
2.最⼤反向电压Vmax(V)：指⼆极管两端允许的反向电压，⼀般⽐击穿电压⼩。
反向电压超过允许值时，在环境影响下，⼆极管有被击穿的危险。
3.击穿电压VB(V)：当⼆极管逐渐加上⼀定的反向电压时，反向电流突然增加，这时的反向电压叫反向击穿电压。
这时⼆极管失去整流性能。
4.整流电流I(mA)I指⼆极管在正常使⽤时的整流电流平均值。
晶体三极管的结构和类型 晶体三极管，是半导体基本元器件之⼀，具有电流放⼤作⽤，是电⼦电路的核⼼元件。
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(c) 平面型 用于集成电路制作工艺中。PN结结面积可大可
小，用于高频整流和开关电路中。
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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
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
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
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14.3.2 伏安特性
特点：非线性
I
反向击穿 电压U(BR)
反向电流 在一定电压 范围内保持 常数。
P– + N 反向特性
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。
扩散和漂移
这一对相反的 运动最终达到 动态平衡，空 间电荷区的厚 度固定不变。
形成空间电荷区
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扩散的结果使空 间电荷区变宽。
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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
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ + ++ + + + + ++ + + + + ++ + +
注意： (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。
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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
变为自由电子 掺入五价元素
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正向特性
P+ – N
导通压降
硅0.6~0.8V 锗0.2~0.3V
U
死区电压
硅管0.5V 锗管0.1V
外加电压大于死区 电压二极管才能导通。
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14.3.3 主要参数
1. 最大整流电流 IOM 二极管长期使用时，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，
14.2.1 PN结的形成
空间电荷区也称 PN 结
少子的漂移运动
内电场越强，漂移运
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
－－－－－－ + + + + + + －－－－－－ + + + + + + －－－－－－ + + + + + + －－－－－－ + + + + + +
浓度差 多子的扩散运动
Si
Si
pS+i
Si
多
掺杂后自由电子数目
余 大量增加，自由电子导电
电 成为这种半导体的主要导
子 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
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磷原子
在N 型半导体中自由电子 是多数载流子，空穴是少数 载流子。
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14.1.2 N型半导体和 P 型半导体
Si
Si
BS–i
Si
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
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。
硼原子 接受一个 电子变为 负离子
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。
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1. 在杂质半导体中多子的数量与 a （变宽，反向电流较小， 反向电阻较大，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。
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14.3 半导体二极管
14.3.1 基本结构
(a) 点接触型 结面积小、
结电容小、正 向电流小。用 于检波和变频 等高频电路。
(b)面接触型 结面积大、
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。
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2. PN 结加反向电压（反向偏置）P接负、N接正
－－－ － －－ + + + + + + －－－ － －－ + + + + + + －－－ － －－ + + + + + +
（温度升高或受光照）后，
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位，
Si
Si
称为空穴（带正电）。
空穴
价电子
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）。
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。
3. 反向峰值电流IRM
指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反
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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。
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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
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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。
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 。
（a. 电子电流、b.空穴电流）
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14.2 PN结及其单向导电性