常用半导体器件基础知识二极管三极管
课件：二极管、三极管、晶闸管知识讲解
vi
＋
D
＋
0
t
vi
RL
vo
6
vo
－
－
0
t
(a)
(b)
稳压
稳压二极管的特点就是反向通电尚 未击穿前，其两端的电压基本保持不变。 这样，当把稳压管接入电路以后，若由 于电源电压发生波动，或其它原因造成
6
电路中各点电压变动时，负载两端的电 压将基本保持不变。 稳压二极管在电路中常用“ZD”加数字 表示
管加反向电压时，不管控制极加
怎样的电压，它都不会导通，而
处于截止状态，这种状态称为晶
闸管的反向阻断。
主回路加反向电压
c 触发导通 d 反向阻断
可控硅只有导通和关断两种工作状态，它具有 开关特性，这种特性需要一定的条件才能转化， 此条件见下表
状态
条件
说明
从关断到导通
1、阳极电位高于是阴极电位
2、控制极有足够的正向电压和电流
图a
开关断开
b 正向阻断
（2）触发导通 在图（c）所示
电路中，晶闸管加正向电压，在
控制极上加正向触发电压，此时
指示灯亮，表明晶闸管导通，这
种状态称为晶闸管的触发导通。
（3）反向阻断 在图（d）所示
电路中，晶闸管加反向电压，即
a极接电源负极，k极接电源正极，
此时不论开关s闭合与否，指示
灯始终不亮。这说明当单向晶闸
单向可控硅的结构
不管可控硅的外形如何，它们的管芯都是由P型 硅和N型硅组成的四层P1N1P2N2结构。它有三 个PN结（J1、J2、J3），从J1结构的P1层引 出阳极A，从N2层引出阴级K，从P2层引出控制 极G，所以它是一种四6 层三端的半导体器件。
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
二极管三极管主要参数
二极管三极管主要参数二极管和三极管是半导体器件中常见的两种元件，它们在电子电路中具有重要的作用。
下面将详细介绍二极管和三极管的主要参数。
一、二极管的主要参数：1.电压额定值：也称为反向工作电压（VR）或正向导通电压（VF），表示二极管在正向和反向工作时能够承受的最大电压。
对于正向工作，一般为0.7V左右，而对于反向工作，一般为数十V至几百V。
2.最大定向电流：指二极管在正向工作时能够承受的最大电流，也称为连续电流（IF），一般为几毫安到几十安。
3.反向漏电流：指二极管在反向工作时的漏电流，也称为反向电流（IR），一般为几微安到几毫安。
4.开启时间和关断时间：也称为导通时间和截止时间，指二极管从关断到开启、从开启到关断的时间，一般为纳秒或微秒级。
5.反向恢复时间：指二极管在从正向工作状态转为反向工作状态时，恢复正常的导通特性所需的时间，一般为纳秒或微秒级。
6.动态电阻：指二极管在正向工作时的电压变化与电流变化的比值，一般在工作点附近呈线性关系。
7.耐压能力：指二极管在正向和反向工作时能够承受的最大电压，一般为几十伏到几百伏。
二、三极管的主要参数：1.当前放大倍数：也称为直流电流放大倍数（hFE）或β值，指输入电流和输出电流之间的比值，一般为几十至几千。
2.基极电流：也称为输入电流（IB），指输入信号经过基极向集电极注入的电流。
3.饱和电流：也称为最大电流（IC），指当三极管的基极电流达到一定值时，集电极电流不能再继续增大的电流值。
4.最大功耗：指三极管能够承受的最大功率，一般为几十毫瓦到几瓦。
5.最大频率：指三极管能够工作的最高频率，一般为几十MHz到几GHz。
6.最小输入电压：指三极管能够正常工作的最小输入电压。
7.最大输入电压：指三极管能够承受的最大输入电压。
三、总结：二极管主要参数包括电压额定值、最大定向电流、反向漏电流、开启时间和关断时间、反向恢复时间、动态电阻和耐压能力。
这些参数主要描述了二极管在正向和反向工作时的性能。
(二极管、三极管)
P型半导体
硅原子 空穴
Si B
Si
Si
硼原子
P型硅表示
空穴被认为带一个单位的正电荷，并且 可以移动
杂质半导体的示意表示法
－ － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － －
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
P型半导体
N型半导体
§2 PN结及半导体二极管
2.1 PN 结的形成
在同一片半导体基片上，分别制造P型 半导体和N型半导体，经过载流子的扩散， 在它们的交界面处就形成了PN结。
内电场越强，就使漂移运动 越强，而漂移使空间电荷区 变薄。 P型半导体 少数载流 子（少子） 在内电场 作用下， 有规则的 运动称为 漂移运动； 形成漂移 电流。
EC
RB EB
IEP E
IEN
IE
发射结正偏， 发射区电子 不断向基区 扩散，形成 发射极电流 IEN。
PN 结反向偏置
PN 结 处于截 止状态
反向电流极小，称 反向截止。
PN 结反向偏置的意思是： P 区加负、N 区加正电压。
空间电荷区 变厚 － － + + + +
内电场被加强，多子的扩 散受抑制。少子漂移加强， 但少子数量有限，只能形 成较小的反向电流。
(2)伏安特性 I
I
U
+
反向击穿电 压U(BR)
导通压降: 硅 管0.6~0.7V,锗 管0.2~0.3V。
二极管三极管
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结处于导通状态。
空间电荷区
变窄
P IF 外 电 场
＋
＋N ＋
内电场
E
R
②外加反向电压〔也叫反向偏置〕
外加电场与内电场方向一样，增强了内电
场，多子扩散难以进展，少子在电场作用
ic
+
Rs us+－
ui －
ib
V
+
RC
RL uo
RB
－
1．图解法
图解步骤：
〔1〕根据静态分析方法，求出静态工作点Q。
自由电子 空穴
多数载流子〔简称多子〕 少数载流子〔简称少子〕
P型半导体
在纯洁半导体硅或锗中掺入硼、铝等3价元素，由于 这类元素的原子最外层只有3个价电子，故在构成的 共价键构造中，由于缺少价电子而形成大量空穴， 这类掺杂后的半导体其导电作用主要靠空穴运动， 称为空穴半导体或P型半导体，其中空穴为多数载流 子，热激发形成的自由电子是少数载流子。
NPN型
集电结
B 发射结
C 集电区
N
P 基区 B
N
发射区
E
PNP型
集电结 B
发射结
半导体器件的基础知识
向电压—V（BR）CBO。 当集电极开路时，发射极与基极之间所能承受的最高反
向电压—V（BR）EBO。
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28
1.2 半导体三极管
③ 集电极最大允许耗散功率 PCM 在三极管因温度升高而引起的参数变化不超过允许值时， 集电极所消耗的最大功率称集电极最大允许耗散功率。
三极管应工作在三极 管最大损耗曲线图中的安 全工作区。三极管最大损 耗曲线如图所示。
热击穿：若反向电流增大并超过允许值，会使 PN 结烧 坏，称为热击穿。
结电容：PN 结存在着电容，该电容为 PN 结的结电容。
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5
1.1 半导体二极管
1.1.3 半导体二极管
1．半导体二极管的结构和符号 利用 PN 结的单向导电性，可以用来制造一种半导体器 件 —— 半导体二极管。 电路符号如图所示。
将两个 NPN 管接入判断 三极管 C 脚和 E 脚的测试电 路，如图所示，万用表显示阻
值小的管子的 值大。
4．判断三极管 ICEO 的大小 以 NPN 型为例，用万用 表测试 C、E 间的阻值，阻值 越大，表示 ICEO 越小。
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33
1.2 半导体三极管
1.2.6 片状三极管
1．片状三极管的封装 小功率三极管：额定功率在 100 mW ~ 200 mW 的小功率 三极管，一般采用 SOT-23形式封装。如图所示。
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21
1.2 半导体三极管
由图可见： （1）当 V CE ≥ 1 V 时，特性曲线基本重合。 （2）当 VBE 很小时，IB 等于零，三极管处于截止状态。
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22
1.2 半导体三极管
（3）当 VBE 大于门槛电压（硅管约 0.5 V，锗管约 0.2 V） 时，IB 逐渐增大，三极管开始导通。
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、三极管与场效应管
电子元器件知识：二极管、三极管与场效应管。
一、半导体二极管2、半导体二极管的分类分类：a 按材质分：硅二极管和锗二极管；b按用途分：整流二极管，检波二极管，稳压二极管，发光二极管，光电二极管，变容二极管。
3、半导体二极管在电路中常用“D”加数字表示，如：D5表示编号为5的半导体二极管。
4、半导体二极管的导通电压是:a;硅二极管在两极加上电压,并且电压大于0.6V时才能导通,导通后电压保持在0.6-0.8V之间.B;锗二极管在两极加上电压,并且电压大于0.2V时才能导通,导通后电压保持在0.2-0.3V之间.5、半导体二极管主要特性是单向导电性，也就是在正向电压的作用下，导通电阻很小；而在反向电压作用下导通电阻极大或无穷大。
6、半导体二极管可分为整流、检波、发光、光电、变容等作用。
7、半导体二极管的识别方法：a;目视法判断半导体二极管的极性:一般在实物的电路图中可以通过眼睛直接看出半导体二极管的正负极.在实物中如果看到一端有颜色标示的是负极,另外一端是正极.b;用万用表(指针表)判断半导体二极管的极性:通常选用万用表的欧姆档(R﹡100或R﹡1K),然后分别用万用表的两表笔分别出接到二极管的两个极上出,当二极管导通,测的阻值较小(一般几十欧姆至几千欧姆之间),这时黑表笔接的是二极管的正极,红表笔接的是二极管的负极.当测的阻值很大(一般为几百至几千欧姆),这时黑表笔接的是二极管的负极,红表笔接的是二极管的正极.c;测试注意事项：用数字式万用表去测二极管时，红表笔接二极管的正极，黑表笔接二极管的负极，此时测得的阻值才是二极管的正向导通阻值，这与指针式万用表的表笔接法刚好相反。
8、变容二极管是根据普通二极管内部“PN结”的结电容能随外加反向电压的变化而变化这一原理专门设计出来的一种特殊二极管。
变容二极管在无绳电话机中主要用在手机或座机的高频调制电路上，实现低频信号调制到高频信号上，并发射出去。
在工作状态，变容二极管调制电压一般加到负极上，使变容二极管的内部结电容容量随调制电压的变化而变化。
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本章要求掌握常用半导体器件的结构、工作 原理、特性曲线和主要参数。
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5 2020/4/12
导体(conductor)：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属 一般都是导体。
绝缘体(insulator)：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡 皮、陶瓷、塑料和石英。
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7 2020/4/12
1.1.2 本征半导体
硅和锗的最外层电子（价电子）都是四个。
Ge
Si
通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。
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8 2020/4/12
本征半导体结构示意图
共价键
covalent bond
束缚电子
bonded electron
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N 型半导体
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17 2020/4/12
简单地说
又称
Put very simply a semiconductor material is one
which can be ‘doped’ to produce a predominance of electrons or mobile negative charges (N-type)；
*根据掺入 (doping )杂质元素不同，分为： N 型(N type)半导体、 P 型(P type )半导体
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N型半导体：掺五价元素（如磷）
多子：电子 多m子aj：or电ity子
少子：空穴 minority
Donor impurities
杂质
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本征半导体的导电机理
载流子: 自由电子和空穴
在绝对温度T=0K和没有外界激发时,价电子完全被 共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子 （即载流子carrier），它的导电能力为 0，相当于绝缘 体。
在常温下T=300K ，由于热激发，使一些价电子获 得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子，同 时共价键上留下一个空位，称为空穴。
电子技术基础？
“电子技术基础”是电类各专业的一门技术 基础课。它是研究各种半导体器件的性能、电 路及其应用的学科。根据学科内容大的方面来 划分，分为：模拟电子技术（Analog Electronics Technology)和数字电子技术 （Digital Electronics Technology）。
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3 2020/4/12
第一章：常用半导体器件
第一节：半导体基础知识 第二节：半导体二极管 第三节：晶体三极管 第四节：场效应管 第五节：集成电路中的元件
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4 2020/4/12
本章要求:
半导体器件是构成电子电路的基本元件。 具有体积小、重量轻、使用寿命长、功耗小等 优点。
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6 2020/4/12
第一节：半导体基础知识
1、半导体（semiconductor）
硅silicon 、锗germanium ；导电能力介于导体和绝缘体 之间、光敏性、热敏性、掺杂性
2、本征半导体（intrinsic semiconductor） 纯净的、结构完整的单晶体，如图所示。
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P型半导体：掺三价元素（如硼）
多子：空穴 少子：电子
杂质
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Acceptor impurities
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－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
P 型半导体
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
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10 2020/4/12
本征半导体： *本征激发:T=0K
hole
300K，热激发
free electron
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本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子 和空穴。
+4
+4
+4
+4
在其它力的作用下，空 穴吸引附近的电子来填 补，这样的结果相当于 空穴的迁移，而空穴的 迁移相当于正电荷的移 动，因此可以认为空穴 是载流子。
本征半导体中电流：自由电子移动产生的电流和空穴移 动产生的电第流12页。/共88页
11）两种载流子（carrier: 自由运动的带电粒子） ： 自由电子free electrons（负电Negative）、 空穴holes（正电Positive ）、 数目相等；
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2 2020/4/12
课程主要内容、怎样安排？
电子技术基础包括：
第一章：常用半导体器件 第二章：基本放大电路 第三章：多级放大电路 第四章：数制转换与编码 第五章：逻辑门与逻辑代数基础 第六章：门电路 第一章~第三章20学时，第四章~第六章20学时 共40学时 1~8周 周5学时 第8周周日考试
半导体(semiconductor)：另有一类物质的导电特性处于导体 和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一 些硫化物、氧化物等。
Semiconductors are a special class of elements having a conductivity between that of a good conductor and that of an insulator.
根据自动化系的课程安排，将电子技术分
为：基础、模电和数电三门课。
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1 2020/4/12
电子技术难学吗？
电子技术是一门实践性和应用性都很强 的技术基础课。要求学生在学习时要很好地 掌握基本概念、基本工作原理以及基本分析 方法。
总的要求是：熟练掌握基本概念，在定 性分析的基础上作定量估算。
（2）载流子的运动：扩散（diffusion）运动、 漂移（drift ）运动
（3）自由电子和空穴均参与导电—导电特殊性 本征半导体的导电能力差
（4）载流子的浓度指数规律于温度，故其温度稳 定性差， 但可制作热敏器件。
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13 2020/4/12
3、杂质（extrinsic）半导体 A semiconductor material that has been subjected to the doping process is called an extrinsic semiconductor.