半导体二极管和晶体管
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
36
（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
14
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
15
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
17
本征激发
第一节、半导体的导电特性
半导体器件 分立器件 、微波二极管和晶体管
半导体器件是一种能够控制和放大电流的电子器件，是现代电子技术的核心组成部分。
其中，分立器件、微波二极管和晶体管是半导体器件的重要代表。
本文将分别介绍这三种器件的特点、原理和应用。
一、分立器件1.概述分立器件是指独立存在、不与其他器件直接耦合的半导体器件，包括二极管、三极管、场效应晶体管等。
它们具有较高的工作频率和功率，广泛应用于通信、计算机、电源等领域。
2.二极管二极管是一种常见的分立器件，具有正向导通、反向截止的特性。
它主要用于整流、限流、稳压等电路中，是电子设备中不可或缺的元件。
3.三极管三极管是一种具有放大功能的分立器件，常用于放大、开关、调节信号等电路中。
它具有<状态|三种工作状态>：放大、饱和和截止，是电子技术中的重要组成部分。
二、微波二极管1.概述微波二极管是一种特殊的二极管，能够在较高频率下工作。
它具有快速开关速度、低损耗、稳定性好的特点，在微波通信、雷达、太赫兹技术等领域有广泛应用。
2.特点微波二极管具有低噪声、高增益、快速响应等特点，适用于高频信号的检测、调制和整形。
它是微波领域中不可或缺的器件之一。
3.原理微波二极管的工作原理主要涉及微波的电荷输运、电磁场的作用等，是电磁波和电子运动相互作用的产物。
三、晶体管1.概述晶体管是一种半导体器件，具有放大、开关、调节信号等功能。
它取代了真空管，是现代电子技术中的重要组成部分。
2.种类晶体管按结构可分为双极型和场效应型两大类，其中双极型晶体管常用于低频放大、中频放大等电路中，而场效应型晶体管主要用于高频放大、功率放大等领域。
3.应用晶体管广泛应用于电视、收音机、计算机、通信设备等各类电子产品中，在现代科技的发展中发挥着不可替代的作用。
结语半导体器件分立器件、微波二极管和晶体管是现代电子技术中的重要组成部分，它们在不同领域具有重要的应用价值。
随着科技的不断进步，半导体器件将会迎来更广阔的发展空间，为人类生活和工作带来更多的便利和创新。
二极管晶体管工作原理
二极管晶体管工作原理二极管晶体管是现代电子技术中最基本的元器件之一，它的工作原理是基于半导体材料的特性而设计的。
在半导体材料中，电子的运动受到材料的控制，因此可以通过控制半导体材料中的电子运动来实现电子器件的功能。
二极管是一种最简单的半导体器件，它由两个不同材料的半导体材料组成，其中一个材料被掺杂了少量的杂质，形成了P型半导体，另一个材料被掺杂了少量的不同杂质，形成了N型半导体。
当这两个半导体材料接触时，形成了PN结，这个结构具有一些特殊的电学性质。
PN结的一个重要特性是它具有单向导电性，也就是说，当PN结的正极连接到P型半导体，负极连接到N型半导体时，电流可以流过PN结，这时二极管处于导通状态。
而当正极连接到N型半导体，负极连接到P型半导体时，电流无法流过PN结，这时二极管处于截止状态。
晶体管是一种更复杂的半导体器件，它由三个不同材料的半导体材料组成，其中一个材料被掺杂了大量的杂质，形成了N型半导体，另一个材料被掺杂了大量的不同杂质，形成了P型半导体，而第三个材料则是未掺杂的半导体材料。
晶体管的结构包括一个发射极、一个基极和一个集电极。
晶体管的工作原理是基于PNP或NPN型晶体管的PN结的单向导电性。
当晶体管的基极接收到一个电信号时，它会控制PN结的导通状态，从而控制电流的流动。
当基极接收到一个正电压时，PN结处于导通状态，电流可以从发射极流向集电极，晶体管处于放大状态。
而当基极接收到一个负电压时，PN结处于截止状态，电流无法从发射极流向集电极，晶体管处于截止状态。
二极管晶体管是现代电子技术中最基本的元器件之一，它的工作原理是基于半导体材料的特性而设计的。
通过控制半导体材料中的电子运动，二极管晶体管可以实现电子器件的功能，如放大、开关、整流等。
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。
什么是半导体器件有哪些常见的半导体器件
什么是半导体器件有哪些常见的半导体器件半导体器件是指由半导体材料制成的用于电子、光电子、光学和微波等领域的电子元器件。
它具有半导体材料固有的特性，可以在不同的电压和电流条件下改变其电子特性，从而实现电子器件的各种功能。
常见的半导体器件有以下几种：1. 二极管（Diode）：二极管是最简单的半导体器件之一。
它由一个P型半导体和一个N型半导体组成。
二极管具有单向导电性，可以将电流限制在一个方向。
常见的二极管应用包括整流器、稳压器和光电二极管等。
2. 晶体管（Transistor）：晶体管是一种电子放大器和开关器件，由三层或两层不同类型的半导体材料构成。
晶体管可分为双极型（BJT）和场效应型（FET）两种。
它广泛应用于放大器、开关电路和逻辑电路等领域。
3. MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）：MOSFET是一种常用的场效应晶体管。
它具有低功耗、高开关速度和可控性强等特点，被广泛应用于数字电路、功率放大器和片上系统等领域。
4. 整流器（Rectifier）：整流器是一种将交流电转换为直流电的器件。
它主要由二极管组成，可以实现电能的转换和电源的稳定。
整流器广泛应用于电源供电、电动机驱动和电子设备等领域。
5. 发光二极管（LED）：发光二极管是一种能够将电能转换为光能的器件。
它具有高亮度、低功耗和长寿命等特点，被广泛应用于照明、显示和通信等领域。
6. 激光二极管（LD）：激光二极管是一种能够产生相干光的器件。
它具有高亮度、窄光谱和调制速度快等特点，广泛应用于激光打印、激光切割和光纤通信等领域。
7. 三极管（Triode）：三极管是晶体管的前身，它由三层不同类型的半导体材料构成。
三极管可以放大电流和电压，被广泛应用于放大器、调制器和振荡器等领域。
8. 可控硅（SCR）：可控硅是一种具有开关特性的器件。
它可以控制电流的导通和截止，广泛应用于交流电控制、功率调节和电能转换等领域。
9. 电压稳压器（Voltage Regulator）：电压稳压器是一种用于稳定输出电压的器件。
第7章 半导体器件
7.1 7.2 7.3 半导体二极管 半导体三极管 场效应晶体管
主页面
！
重点：
二极管的单向导电性 三极管的电流放大作用及三极管的 特性曲线
7.1 半导体二极管
7.1.1本征半导体
导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体。 导电能力
对温度的反应 非常灵敏
受光照非 常敏感
在纯净的半导体中掺 入微量的杂质（指其 他元素），它的导电 能力会大大增强
7.2.1三极管的基本结构、符号
PNP
集电极 C 集电极 C
NPN
C
C
集电区P 集电结 B 基极 基区N 发ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ结 发射区P E 发射极
B
B 基极
集电区N 集电结 基区P 发射结 发射区N E 发射极
B
E
E
集电区尺寸 比发射区大
C
集电极 N
基区很薄，杂 质浓度最低
B
基极 E
P
N
发射极
发射区杂质 浓度高
内电场 反向电流
PN 结单向导电性
PN 结具有单向导电性 。 PN 结加正向电压时，电路中有较大电流流过， PN 结导通； PN 结加反向电压时，电路中电流很小， PN 结截 止。
7.1.4半导体二极管
1.结构
硅二极管
按材料不同分 锗二极管 分类 点接触型
阳极 VD
阴极
按结构不同分
面接触型
2.二极管的伏安特性
要有良好接地。场效应管通常
漏极与源极互换使用，但有些
产品源极与衬底已连在一起，
这时漏极与源极不能互换。
画出图示电路输出电压波形。
VD + R ui － US + uo －
二极管和三极管以及场效应晶体管作用
二极管和三极管以及场效应晶体管作用
二极管、三极管和场效应晶体管（FET）都是半导体器件，它们在电子学中发挥着重要的作用。
以下是它们的主要作用：
1.二极管（Diode）：
•作用：二极管是一种两端具有不同导电性的半导体器件。
其主要作用是实现电流在一个方向上的导通，而在反方向上的阻
断。
这种性质使得二极管常被用作整流器，将交流电信号转换为
直流电信号。
2.三极管（Transistor）：
•作用：三极管是一种三层结构的半导体器件，分为发射极、基极和集电极。
通过在基极的电流控制，可以调节从发射极
到集电极的电流。
这使得三极管可以被用作放大器、开关和信号
调节器。
在数字电子电路中，三极管构成了逻辑门和存储器等组
件。
3.场效应晶体管（Field-Effect Transistor，FET）：
•作用：场效应晶体管是一种通过电场控制电流的半导体器件。
FET有两种主要类型：金属氧化物半导体场效应晶体管
（MOSFET）和绝缘栅场效应晶体管（IGFET）。
FET在放大、开
关和调节电流方面类似于三极管，但是FET的控制电流是通过电
场而不是电流实现的，这使得FET在某些应用中更有效。
总体而言，这些半导体器件在电子电路中扮演着不同的角色，能够完成信号的放大、开关、整流等功能，是现代电子技术中不可或缺的组成部分。
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[解] (1)静态值
U GS
47 100 47
20 1.5 1.5
V
4.14
V
UDS UDD ( RD RS )ID
20 (5 1.5)103 1.5103 10.25 V
(2) 电压放大倍数
Au
gm RL
2
5 10 5 10
6.67
2021/3/6
(1-30)
下图是由场效应管构成的源极输出器，它和晶体管的射 极输出器一样，具有电压放大倍数小于但近于 1，输入电阻 高输出电阻低等特点。
饱和漏极电流
2021/3/6
(1-9)
夹断区
5V 4V 3V 恒流区 2V 1V
输出特性曲线
ID
0 U DS
可变电阻区
UGS=0V
予夹断曲线
2021/3/6
(1-10)
N沟道结型场效应管的特性曲线 转移特性曲线
ID
IDSS
2021/3/6
VP
UGS 0
(1-11)
N沟道结型场效应管的特性曲线
输出特性曲线 ID
N
P
(1-21)
UGS UDS S GD
当UDS不太大 时，导电沟 道在两个N区 间是均匀的。
N
N 当UDS较大
时，靠近D
P
区的导电沟
道变窄。
2021/3/6
(1-22)
UGS UDS
UDS增加，UGD=VT 时， 靠近D端的沟道被夹断， 称为予夹断。
S GD ID
N
N
P
夹断后，即
使UDS 继续 增加，ID仍
P
UDS
G NN
UGS
S
2021/3/6
(1-3)
UGS达到一定值时 （夹断电压VP）,耗 尽区碰到一起，DS
间被夹断，这时，即
使UDS 0V，漏极电 D ID
流ID=0A。
P
G NN
UGS S
2021/3/6
UDS=0时 UDS
(1-4)
越靠近漏端，PN 结反压越大
G
UGS<RS ID
UG RS ID
C1
式中 UG 为栅极电位。
+
当有输入信号时，由 ui
交流通路可得输出电压为
U o RL Id gm RL U gs
式中 Id gmU gs
2021/3/6
RL RD // RL
+UDD
RG1 RD D
C2
RG
+ T
G
RG2
S
RS
RL uo
+
CS
分压式偏置放大电路
放大电路的输出电阻为
2021/3/6
ro RD
(1-29)
[例 1] 在分压式偏置共源极放大电路中，已知 UDD = 20 V， RD = 5 k ， RS = 1.5 k , RG1 = 100 k， RG2 = 47 k, RG = 2 M， RL = 10 k，gm = 2 mA/V， ID = 1.5 mA。试求：(1)静态值；(2) 电压放大倍数。
0.05~0.1mm，以防按键 死键。
SG D
P
P
N
予埋了导 电沟道
2021/3/6
D
G S
P 沟道耗尽型
(1-18)
二、MOS管的工作原理
以N 沟道增强型为例
UGS=0时
UGS UDS
S GD
ID=0
对应截止区
2021/3/6
N
N
P
D-S 间相当于 两个反接的 PN结
(1-19)
UGS>0时
UGS=0V
-1V
0
2021/3/6
-3V
-4V
-5V
U DS
(1-12)
结型场效应管的缺点：
1. 栅源极间的电阻虽然可达107以上，但在 某些场合仍嫌不够高。
2. 在高温下，PN结的反向电流增大，栅源 极间的电阻会显著下降。
3. 栅源极间的PN结加正向电压时，将出现 较大的栅极电流。
绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。
2021/3/6
(1-16)
1.什么是传统机械按键设计？
传统的机械按键设计是需要手动按压按键触动 PCBA上的开关按键来实现功能的一种设计方式。
传统机械按键结构 层图：
按
PCB
键
A
开关 键
传统机械按键设计要点：
1.合理的选择按键的类 型，尽量选择平头类的 按键，以防按键下陷。
2.开关按键和塑胶按键 设计间隙建议留
呈恒流特性。
2021/3/6
(1-23)
三、增强型N沟道MOS管的特性曲线
转移特性曲线
ID
2021/3/6
0 VT
UGS
(1-24)
输出特性曲线 ID
0
2021/3/6
UGS>0
U DS
(1-25)
四、耗尽型N沟道MOS管的特性曲线
耗尽型的MOS管UGS=0时就有导电沟道，加反向电 压才能夹断。
ID
转移特性曲线
2021/3/6
VT 0
UGS
(1-26)
ID
0
2021/3/6
输出特性曲线
UGS>0 UGS=0
UGS<0
U DS
(1-27)
10.7.2 场效应管放大电路
下图是 场效应管的分压式偏置共源极放大电路
静态时，电阻 RG 中无电流， 栅—源电压为
U GS
RG2 RG1 RG2
U DD
UGS UDS
S GD
UGS足够大时 （UGS>VT）感 应出足够多电子，
这里出现以电子 导电为主的N型 导电沟道。
N
感应出电子 P
2021/3/6
N
VT称为阈值电压
(1-20)
2021/3/6
UGS UDS S GD
UGS较小时，导 电沟道相当于电
阻将D-S连接起 来，UGS越大此 电阻越小。
N
+UDD
RG1
2021/3/6
C1 + ui
RG
T C2
RG2
+
RS
uo
源极输出器
返回
(1-31)
第八章 结束
2021/3/6
(1-32)
第八章 半导体二极管和晶体管
2021/3/6
(1-1)
二、工作原理（以P沟道为例）
PN结反偏，UGS 越大则耗尽区越 宽，导电沟道越 窄。
G
UGS
2021/3/6
D ID P
NN
S
UDS=0V时 UDS
(1-2)
UGS越大耗尽区越宽， 沟道越窄，电阻越大。
D
但区当宽度UG有S较限小，U时D存S，=0在耗V导时尽 电沟道。DS间相当于 线I性D 电阻。
2021/3/6
(1-13)
1.5.2 绝缘栅场效应管:
一、结构和电路符号
S G D 金属铝
两个N区
N
N
P
G
P型基底 SiO2绝缘层
导电沟道
2021/3/6
N沟道增强型
D S
(1-14)
SG D
N
N
P
予埋了导 电沟道
2021/3/6
D G
S
N 沟道耗尽型
(1-15)
SG D
P
P
N
D
G S
P 沟道增强型
UGS
S
2021/3/6
(1-7)
此时，电流ID由未 被夹断区域中的载 流子形成，基本不 随UDS的增加而增 加，呈恒流特性。
G
UGS
2021/3/6
UGS<Vp UGD=VP时 D ID
UDS NN
S
(1-8)
三、特性曲线 ID
0
转移特性曲线
一定UDS下的ID-UGS曲线
UGS
VP
夹断电压
IDSS
(1-28)
电压放大倍数为
D Id
Au
U o U i
U o U gs
gm RL
+
G RG
T RD
+
RL U o
式中的负号表示输出电 压和输入电压反向。
U i
RG1 RG2
放大电路的输入电阻为
S
ri RG (RG1 // RG2 ) // rgs
RG ( RG1 // RG2 )
分压式偏置放大电路的交流通路
D
ID
P
UDS
NN
UGS
S
2021/3/6
(1-5)
沟道中仍是电阻 特性，但是是非 线性电阻。
G
UGS<Vp且UDS较大时UGD<VP时 耗尽区的形状
D
ID
P
UDS
NN
UGS
S
2021/3/6
(1-6)
漏端的沟道被夹断， 称为予夹断。
D UDS增大则被夹断 区向下延伸。
G N
UGS<Vp UGD=VP时 ID UDS N