G电子技术基础-第1章_双极型半导体器件g
第一章半导体器件的特性讲解
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。
电子技术基础习题答案解析
第1章检测题（共100分，120分钟）一、填空题：（每空0.5分，共25分）1、N型半导体是在本征半导体中掺入极微量的五价元素组成的。
这种半导体内的多数载流子为自由电子，少数载流子为空穴，不能移动的杂质离子带正电。
P型半导体是在本征半导体中掺入极微量的三价元素组成的。
这种半导体内的多数载流子为空穴，少数载流子为自由电子，不能移动的杂质离子带负电。
2、三极管的内部结构是由发射区、基区、集电区区及发射结和集电结组成的。
三极管对外引出的电极分别是发射极、基极和集电极。
3、PN结正向偏置时，外电场的方向与内电场的方向相反，有利于多数载流子的扩散运动而不利于少数载流子的漂移；PN结反向偏置时，外电场的方向与内电场的方向一致，有利于少子的漂移运动而不利于多子的扩散，这种情况下的电流称为反向饱和电流。
4、PN结形成的过程中，P型半导体中的多数载流子由P向N区进行扩散，N型半导体中的多数载流子由N向P区进行扩散。
扩散的结果使它们的交界处建立起一个空间电荷区，其方向由N区指向P区。
空间电荷区的建立，对多数载流子的扩散起削弱作用，对少子的漂移起增强作用，当这两种运动达到动态平衡时，PN结形成。
5、检测二极管极性时，需用万用表欧姆挡的R×1K档位，当检测时表针偏转度较大时，与红表棒相接触的电极是二极管的阴极；与黑表棒相接触的电极是二极管的阳极。
检测二极管好坏时，两表棒位置调换前后万用表指针偏转都很大时，说明二极管已经被击穿；两表棒位置调换前后万用表指针偏转都很小时，说明该二极管已经绝缘老化。
6、单极型晶体管又称为场效应（MOS）管。
其导电沟道分有N沟道和P沟道。
7、稳压管是一种特殊物质制造的面接触型硅晶体二极管，正常工作应在特性曲线的反向击穿区。
8、MOS管在不使用时应避免栅极悬空，务必将各电极短接。
二、判断正误：（每小题1分，共10分）1、P型半导体中不能移动的杂质离子带负电，说明P型半导体呈负电性。
（错）2、自由电子载流子填补空穴的“复合”运动产生空穴载流子。
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-半导体器件基础
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。反向电流大，说明管子的单向导电性 差，因此反向电流越小越好。反向电流受 温度的影响，温度越高反向电流越大。硅 管的反向电流较小，锗管的反向电流要比 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。下面介绍两个交流参数。
多余 电子
磷原子
+4 +4 +5 +4
N 型半导体中 的载流子是什 么？
1、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。 2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。
掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自 由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流 子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。
二、P 型半导体
ui
ui
RL
uo
t
uo t
二极管的应用举例2： ui
ui
R
uR RL
uR
t
uo t
uo
t
1.2.5 稳压二极管
-
曲线越陡， I
电压越稳
定。
+
UZ
稳压
动态电阻： 误差
r U Z
Z
I Z
rz越小，稳 压性能越好。
UZ
IZ
U IZ IZmax
稳压二极管的参数:
（1）稳定电压 UZ
（2）电压温度系数U（%/℃）
基区空穴
向发射区
的扩散可
忽略。
B
进 少入部P分区与R的基B 电区子的
空穴复合，形成
电流IBEE，B 多数
扩散到集电结。
C
N
电子技术基础l练习习题答案 (1)
第1章检测题（共100分，120分钟）一、填空题：（每空0.5分，共25分）1、N型半导体是在本征半导体中掺入极微量的五价元素组成的。
这种半导体内的多数载流子为自由电子，少数载流子为空穴，不能移动的杂质离子带正电。
P型半导体是在本征半导体中掺入极微量的三价元素组成的。
这种半导体内的多数载流子为空穴，少数载流子为自由电子，不能移动的杂质离子带负电。
2、三极管的内部结构是由发射区、基区、集电区区及发射结和集电结组成的。
三极管对外引出的电极分别是发射极、基极和集电极。
3、PN结正向偏置时，外电场的方向与内电场的方向相反，有利于多数载流子的扩散运动而不利于少数载流子的漂移；PN结反向偏置时，外电场的方向与内电场的方向一致，有利于少子的漂移运动而不利于多子的扩散，这种情况下的电流称为反向饱和电流。
4、PN结形成的过程中，P型半导体中的多数载流子由P向N区进行扩散，N型半导体中的多数载流子由N向P区进行扩散。
扩散的结果使它们的交界处建立起一个空间电荷区，其方向由N区指向P区。
空间电荷区的建立，对多数载流子的扩散起削弱作用，对少子的漂移起增强作用，当这两种运动达到动态平衡时，PN 结形成。
5、检测二极管极性时，需用万用表欧姆挡的R×1K档位，当检测时表针偏转度较大时，与红表棒相接触的电极是二极管的阴极；与黑表棒相接触的电极是二极管的阳极。
检测二极管好坏时，两表棒位置调换前后万用表指针偏转都很大时，说明二极管已经被击穿；两表棒位置调换前后万用表指针偏转都很小时，说明该二极管已经绝缘老化。
7、稳压管是一种特殊物质制造的面接触型硅晶体二极管，正常工作应在特性曲线的反向击穿区。
二、判断正误：（每小题1分，共10分）1、P型半导体中不能移动的杂质离子带负电，说明P型半导体呈负电性。
（错）2、自由电子载流子填补空穴的“复合”运动产生空穴载流子。
（对）3、用万用表测试晶体管时，选择欧姆档R×10K档位。
优质电子技术基础考试题库与答案
电子技术基础考试题库一、单项选择题1 .P型半导体是在本征半导体（硅、蜜，四价）中加入微量的（）价元素构成的。
［单选题］A）三价（硼）*B）四价C）五价（磷）D）六价2 .N型半导体是在本征半导体（硅、褚，四价）中加入微量的（）价元素构成的。
［单选题］A）三价（硼）B）四价C）五价（磷）*D）六价3 .点接触型二极管可工作于（）电路。
［单选题］*A）高频*B）蹒C）中频D）全频4 .点接触型二极管可以通过（\ ［单选题］*B ）较小的电流*D）较大的功率5 .点接触型二极管应用于（1 ［单选题］*A）整流B）稳压C）移*D）光敏6 .面接触型二极管应用于（1 ［单选题］*A）整流B）稳压*C）移D）光敏7 .晶体二极管正向偏置是指（\ ［单选题］*A）正极接高电位,负极接低电位*B）正极接低电位，负极接高电位C）二极管没有正负极之分D）二极管的极性任意接8 .当二极管外加电压时，反向电流很小，且不随（）变化。
［单选题］* A）正向电流B）正向电压C）电压D ）反向电压*9 .用万用表检测某二极管时，发现其正、反电阻均约等于IKQ ,说明该二极管（1 ［单选题］A）已经击穿B）完好状态C）内部老化不通*D）无法判断10 .选用LED指示灯的优点之一是（工［单选题］*A ）发光强B）用电省*C）价格低D）颜色多11 .选用LED指示灯的优点之一是（I［单选题］*A ）寿命长*B ）发光强C）价格低D）颜色多12 .如图所示，为（）符号。
［单选题］*A）光敏二极管*B）整流二极管C）稳压二极管D）普通二极管13 .如图所示，为（）三极管图形符号。
［单选题］*B）发光C）光电D ）恒流14 .三极管是由三层半导体材料组成的，有三个区域，中间的一层为（\ ［单选题］*A）基区*B）栅区C）集电区D）发射区15 .三极管的功率大于（）为大功率管。
［单选题］*A）1W*B）0.5WC）2WD ） 1.5W16 .处于截止状态的三极管，其工作状态为（1 ［单选题］*A）射结正偏，集电结反偏B）射结反偏，集电结反偏*C）射结正偏，集电结正偏D）射结反偏，集电结正偏17 .测得某电路板是晶体三极管3个电极对地的直流电位分别为∪e=3V , Ub=3.7V , Uc=3.3 ,则该管工作在（\ ［单选题］*C）截止区D）击穿区18 .三极管超过（）所示极限参数时，必定被损坏。
双极型器件基本原理
Modern devices
Modern bipolar transistors (so called as both holes and electrons participate in the conduction) are based on silicon substrates with two closely coupled p-n junctions.
2. 放大作用
半导体器件原理
发射结（EB结）处于正向，大量电子从发射区注入 到基区，绝大部分电子可通过基区到达集电结边界，并 在集电结电压的作用下扫至集电区，形成集电极电流。
（1）基区宽度远小于电子扩散长度 （2）发射结正偏，结电阻小 （3）集电结反偏，结电阻大
南京大学
半导体器件原理
3. 载流子的传输及电流放大系数
氧化物隔离的npn管横截面图
发射区、基区和集电区的典型掺杂浓度为1019，1017， 1015 cm-3 BJT是非对称器件
原理
The goal of a transistor is to use a small input to control a large output e.g. a small input signal to be amplified. A bipolar transistor controls the flow of current through the device by using the base current to modify the potential profile in the channel…like water flowing over a bump in the ground…
第一章半导体基础知识
第一章半导体基础知识〖本章主要内容〗本章重点讲述半导体器件的结构原理、外特性、主要参数及其物理意义，工作状态或工作区的分析。
首先介绍构成PN结的半导体材料、PN结的形成及其特点。
其后介绍二极管、稳压管的伏安特性、电路模型和主要参数以及应用举例。
然后介绍两种三极管（BJT和FET）的结构原理、伏安特性、主要参数以及工作区的判断分析方法。
〖本章学时分配〗本章分为4讲，每讲2学时。
第一讲常用半导体器件一、主要内容1、半导体及其导电性能根据物体的导电能力的不同，电工材料可分为三类：导体、半导体和绝缘体。
半导体可以定义为导电性能介于导体和绝缘体之间的电工材料，半导体的电阻率为10-3～10-9Ω∙cm。
典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。
半导体的导电能力在不同的条件下有很大的差别：当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化；往纯净的半导体中掺入某些特定的杂质元素时，会使它的导电能力具有可控性；这些特殊的性质决定了半导体可以制成各种器件。
2、本征半导体的结构及其导电性能本征半导体是纯净的、没有结构缺陷的半导体单晶。
制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常称为“九个9”，它在物理结构上为共价键、呈单晶体形态。
在热力学温度零度和没有外界激发时,本征半导体不导电。
3、半导体的本征激发与复合现象当导体处于热力学温度0K时，导体中没有自由电子。
当温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原子核的束缚而参与导电，成为自由电子。
这一现象称为本征激发（也称热激发）。
因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，称为电子空穴对。
游离的部分自由电子也可能回到空穴中去，称为复合。
在一定温度下本征激发和复合会达到动态平衡，此时，载流子浓度一定，且自由电子数和空穴数相等。
4、半导体的导电机理自由电子的定向运动形成了电子电流，空穴的定向运动也可形成空穴电流，因此，在半导体中有自由电子和空穴两种承载电流的粒子（即载流子），这是半导体的特殊性质。
半导体器件基础 - 1
Introduction
导论
Introduction
发明的锗片上集 成电路 和 Robert Noycy 发明 的硅片上集成电路无疑是 将半导体产业引入 “ 量 产阶段 ” 的重大里程碑。
Jack Kilby
Fundamental of Semiconductor Devices
导论
Introduction
重大事件是中星微电子在 纳斯达克成功上市。此后 风险投资对中国半导体行 业空前关注和看好。
Fundamental of Semiconductor Devices
导论
Introduction
2006
年，私募基金加入半
导体行业。这种基于大者 恒大的定论将变成一种趋
势。对中国半导体行业也 算得上是一个里程碑。
导论
年，支持速度更快和 占用内存更少的精简指令 集芯片 ( RISC ) 技术实现商 业化。 同年 16M DRAM 问世，标志 着半导体产业进入超大规 模集成电路 ( ULSI ) 阶段。
1988
Fundamental of Semiconductor Devices
Introduction
导论
导论
Introduction
年英特尔推出第一片 DRAM； 次年推出 SRAM 和 EPROM 以及第一片微处理 器 4004 。存储器芯片和微 处理器的发明，决定了半 导体工业发展的方向。
1970
Fundamental of Semiconductor Devices
导论
Introduction
于是，半导体产业常青树 德州仪器 ( Texas Introments ) 、 摩托罗拉 ( Motorola ) 、飞兆 ( Fairchild ) 和国家半导体 ( National Semiconductor ) 等诞生 硅谷开始成为半导体产业 的中心……
第一章常用半导体器件 (2)
Cb
• d
S
式中ε是介质常数，S是PN结的面积，d是PN结的宽度。
❖ 扩散电容Cd
Cd是PN结正向电压变化时， 多数载流子在扩散过程中积累 引起的。反向偏置时，以扩散 电容Cd为主。
PN结正偏时，多数载流子扩 散到对方成为对方区域中的“少 子” (称为“非平衡少子”）这 些少子在正偏电压变化时，也有 堆积与泄放的过程。
＋4
＋4
＋4
电流是电子电流和空穴电流之和，
(而导体只有自由电子导电)。
图 1.1.2 电子-空穴对的产生和空穴的移动
在本征半导体中不断地进行着激发与复合 两种相反的过程， 当温度一定时， 两种状态 达到动态平衡，即本征激发产生的电子-空穴对， 与复合的电子-空穴对数目相等，这种状态称为 动态平衡状态（热平衡）。 半导体中自由 电子和空穴的多少分别用浓度（单位体积中载 流子的数目）ni和pi来表示。处于热平衡状态 下的本征半导体，其载流子的浓度是一定的， 并且自由电子的浓度和空穴的浓度相等。
第一章 常用半导体器件
1.1 半导体的基本知识 1.2 半导体二极管 1.3 双极型晶体管 1.4 场效应管
有关半导体的基本概念
• 本征半导体、杂质半导体 • 施主杂质、受主杂质 • N型半导体、P型半导体 • 自由电子、空穴 • 多数载流子、少数载流子
§ 1.1 半导体基础知识
自然界的物质按其导电能力可分为导体、半导 体和绝缘体三类。常用的半导体材料有硅（Si）和 锗（Ge）。半导体导电能力介于导体和绝缘体之间。
1.2.4. 二极管的等效电路
(a)理想二极管
(b)正向导通时端电压为常量 (c)正向导通时端电压与电流成线性关系
图１．２．４由伏安特性折线化得到的等效电路
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2. 电子空穴对
自由电子: 当导体处于热力学温度0K时，导体中没有自由电子。当温度升高或受到光的照射时， 价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原的束缚，而参与导电，成为自由电子。这一现象称为 本征激发，也称热激发。 空穴: 自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出 现了一个空位，原子的电中性被破坏，呈现出正电性， 其正电量与电子的负电量相等，人们常称呈现正电性的 这个空位为空穴。 电子空穴对: 因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成 对出现的，称为电子空穴对。游离的部分自由电子也可 能回到空穴中去，称为复合。 本征激发和复合在一定温 度下会达到动态平衡.
激增，发生反向击穿，
Chap
1.2.3 半导体二极管的参数和模型
1.半导体二极管的参数:
最大整流电流IF、 反向击穿电压UBR、 最大反向工作电压URM、 反向电流IR、 最高工作频率fmax和结电容Cj。
2. 半导体二极管的温度特性
温度对二极管的性能有较大的影响， 温度升高时，反向电流将呈指数规律 增加。 温度升高时，二极管的正向压降将减小，每增加1℃，正向压降VF(VD)大 约小2mV，即具有负的温度系数。这些可以从图所示二极管的伏安特性曲线 上看出。
击穿可逆。 掺杂浓度小的 反向击穿 PN结上反向电压达到某一数值，反向电流激增。 二极管容易发生 当反向电压增高时，少子获得能量高速运动， 雪崩击穿 击穿可逆。 在空间电荷区与原子发生碰撞，产生碰撞电离。 掺杂浓度大的 二极管容易发生 形成连锁反应，象雪崩一样。使反向电流激增。 齐纳击穿 当反向电压较大时，强电场直接从共价键中将电 子拉出来，形成大量载流子,使反向电流激增。 不可逆击穿 — 热击穿 PN结的电流或电压较大，使PN 结耗散功率超过极限值，使结温 升高，导致PN结过热而烧毁。
Chap
LED显示器
a f e g d b c
a b c d e f
+5V a b c
d
e
控制端为高电平 对应二极管发光
f
控制端为低电平 g 对应二极管发光 共阳极电路
Chap
g 共阴极电路
1.4
三极管(晶体管)
半导体三极管在英文中称为晶体管(Transister)，半导体三极管有两大类型:
Chap
3. 二极管特性的折线近似及模型
ID ID ID
1 rd
Q
O
UD
O
UD UD
UD
O
UD
UD
UD
(a) 开关模型 (b) 固定正向• 开关模型主要用于低频大信号电路之中，
• 固定正向电压降模型，主要用于低频小信号电路， • 折线化模型，既考虑正向压降，又考虑动态电阻rd。
讲解P15，例1-3
Chap
1.3.2 半导体光电器件
Chap
1. 光电二极管
定义：有光照射时，将有电流产生的二极管 类型：PN型、PIN型、雪崩型 结构： 和普通的二极管基本相同 利用光电导效应工作，PN结工作在反偏态，当光照射 工作原理：
在PN结上时，束缚电子获得光能变成自由电子，形成 光生电子—空穴对，在外电场的作用下形成光生电流
双极型半导体三极管[BJT]: 是有两种载流子参与导电的半导体器件，它由两个 PN 结 组合而成，是一种电流控制型（CCCS）器件。 场效应半导体三极管[TFT]: 仅有一种载流子参与导电，是一种电压控制型（VCCS） 器件。 晶体管BJT分类： 按频率分：高频管；低频管 按功率分：大功率管；中功率管；小功率管 按材料分：硅管；锗管 按结构分：NPN型; PNP型。
Chap
1.1.3 PN结及单向导电性
1 PN结
多子从浓度大向浓度小的区域运动。 少子向对方运动，漂移运动产生漂移电流。 扩散电流=漂移电流，PN结内总电流为0。 稳定的空间电荷区，又称为高阻区、耗尽层，
内电场方向 PN结
扩散运动 漂移运动 动态平衡 PN 结
P型半导体
空间电荷区 N型半导体
浓度差 多子扩散 杂质离子形成空间电荷区 内电场促使少子漂移 空间电荷区形成内电场 达到动态平衡 内电场阻止多子扩散
Chap
1.4.1 三极管BJT的结构
1. 2. 由三层半导体组成，有三个区、三个极、两个结 发射区掺杂浓度高、基区薄、集电结面积大
两种结构类型： NPN型
发射区 发射极 集电极 集电结
C
B E
PNP型
集电区
基区
发射结 基极
C
B E
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半导体二极管和三极管的封装
半导体二极管和三极管的封装种类繁多，半导体封装主要有玻璃或陶瓷封装、塑料封 装、金属外壳封装等。玻璃或陶瓷封装主要用于小功率半导体二极管；塑料封装用于小功 率和中大功率的二极管和三极管；金属封装用于各种功率等级的二极管和三极管。它们的 外形见图1.4.14。目前中小功率二极管和三极管主要采用表面贴装元器件, 参见5.2.4节。
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半导体二极管的型号图片
国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：
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1.2.2 二极管的伏安特性
伏安特性: 是指二极管两端电压和流过二极管电流之间的关系。 由PN结电流方程求出理想的伏安特性曲线 PN结电流方程为：
I IS (e U
UT
1)
I I Se U
I = - Is
• P11，例1-1
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1.3 各类二极管及其应用
1.3.1
1. 稳压特性：
在反向击穿时，电流急剧增加而PN结两端的电 压基本保持不变, 正向部分与普通二极管相同, 工作区在反向击穿区
稳压二极管
RZ
UZ
特性参数： (1) (2) (3) (4) 稳定电压 UZ 动态电阻rZ 最大耗散功率 PZM 最大稳定工作电流IZmax 和最小稳定工作电流IZmin (5) 稳定电压温度系数
实质是特性曲线静态工作点处的斜率 晶体二极管的正向交流电阻可由PN 结电流方程求出： U UT
ED
I
I I Se
由此可得：
交流电导： g=dI/dU=I/nUT
Q
I
交流电阻：r=1/g= nUT/I 若n=1,室温下：UT=26mv
U
U
交流电阻：r=26mv/ ID(mA)
Chap
应用举例
3. 空穴的移动
电子移动时是负电荷的移动，空穴移动时是正电荷的移动， 电子和空穴都能运载电荷，所以他们都称为载流子。
图1-1 本征激发和复合的过程 I E 由电子移动形成的电流 自由电子移动方向 空穴移动方向 由空穴移动形成的电流 图1-2 半导体中电子和空穴在外电 场作用下的移动方向和形成的电流
Chap
(a) 金属圆壳封装三极管
(b) 塑料封装三极管
(c) 大功率三极管
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1.4.2 三极管电流放大原理
1. 三极管的三种组态
三极管有三个电极，其中两个可以作为输入, 两个可以作为输出，这必然有一 个电极是公共电极。三种接法也称三种组态：
共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示； =IC/IBVCE=C 共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示; 共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示。
Chap
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2. 稳压二极管稳压电路的工作原理
1. 若输入电压UI 发生变化，负载电流不变， UI ↑ → UO=UZ↑ →IZ↑ → IR ↑ →IR R↑ UO=UZ↓————————┘ 2. 若负载电阻发生变化，即输出电流 IO 发生，输入电压不变， IO↑ → IR ↑→ IR R ↑→UO=UZ ↓→IZ ↓ → IR ↓ UO ↑——IR R↓—— ┘ 3. 在工作时应反接，并串入一只电阻。 电阻的作用一是起限流作用，以保护稳压管。 其次是当输入电压或负载电流变化时，通过 该电阻上电压降的变化， 取出误差信号以调节稳压管的工作电流，从而起到稳压作用。
UT
1.当加正向电压时
I 随U↑，呈指数规率↑
2.当加反向电压时
基本不变
3.门限电压:正向起始部分存在一个死区或门坎。 硅：Ur=0.6-0.7v; 锗：Ur=0.2-0.3v 4.加反向电压时，反向电流很小,即 Is硅(nA)<Is锗(A)
硅管比锗管稳定
5.反向击穿电压UB:当反压增大UB时再增加，反向
1.1.2 杂质半导体
掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。
1. N型半导体
在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，可 形成 N型半导体,也称电子型半导体。
2. P型半导体
在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓、铟 等形成了P型半导体，也称为空穴型半导体。
N型半导体的特点： 自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子， 以自由电子导电为主。 P型半导体的特点： 空穴为多数载流子，自由电子是少数载流子， 以空穴导电为主。
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1.2
半导体二极管
1.2.1 晶体二极管的结构类型
PN结面积小，结电容小， 在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管 点接触型 用于检波和变频等高频电路 PN结面积大，用 二极管按结构分 于工频大电流整流电路 面接触型 往往用于集成电路制造工艺中。 平面型
PN 结面积可大可小， 用于高频整流和开关电路中。
由半导体物理可推出： I 式中
IS (e
v VT
1)
Is 饱和电流; VT = kT/q 等效电压 k 波尔兹曼常数；
T=300K（室温）时 VT= 26mV
当加正向电压时： 当加反向电压时：
I ISe
v VT
(v>>VT)