晶体管基础知识
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
晶体管培训资料
电阻器是一种被动元件，它通过限制电流的流动来改变电压 。晶体管则是一种主动元件，它可以通过放大或开关合电流 来控制电流的流动。
晶体管与二极管
总结词
二极管是单向导电的元件，而晶体管可以放大、开关合和双向导通电流。
详细描述
二极管只允许电流在一个方向上流动，而晶体管可以在没有电阻的情况下双 向导通电流。此外，晶体管还可以放大和开关合电流，而二极管只能单向导 电。
晶体管电路的优化方法
电路优化原则
了解电路优化的一般原则，包 括提高性能指标、降低成本、
减小体积等。
元器件选型优化
选用适当的元器件，如高质量的 电阻电容、低噪声的晶体管等， 提高电路的整体性能。
电路设计优化
通过改进电路拓扑结构、优化元件 布局、选择合适的电源等措施，减 小电路的误差、提高电路性能和可 靠性。
晶体管种类
双极型晶体管
由三极或四极组成，具有高放 大倍数、高速放大倍数和低噪 声等优点，广泛用于信号放大
和开关电路中。
场效应管
通过电场作用实现信号放大和开 关，具有低噪声、高输入阻抗等 优点，适用于高速、低噪声电路 中。
晶闸管
一种大功率控制器件，具有导通、 关断和触发等作用，常用于交流开 关电源、电机控制等大功率应用场 景中。
06
实践案例：晶体管电路设计技巧
晶体管电路设计基本原则
掌握电路设计基本原理
了解电路的基本组成、电流电压关系、欧姆定律、基尔霍夫定律等基本电学知识。
熟悉晶体管特性
了解晶体管的静态和动态特性，包括极间电容、放大倍数、频率响应等，以便合理选择晶体管。
掌握信号流程和干扰控制
理解信号的基本流程，包括输入、放大、输出，以及如何控制干扰，提高电路的信噪比。
三极管基础知识及测量方法
三极管基础知识及测量方法三极管基础知识及测量方法一、晶体管基础双极结型三极管相当于两个背靠背的二极管PN 结。
正向偏置的 EB 结有空穴从发射极注入基区，其中大部分空穴能够到达集电结的边界，并在反向偏置的 CB 结势垒电场的作用下到达集电区，形成集电极电流 IC 。
在共发射极晶体管电路中 ,发射结在基极电路中正向偏置 , 其电压降很小。
绝大部分的集电极和发射极之间的外加偏压都加在反向偏置的集电结上。
由于 VBE 很小，所以基极电流约为IB= 5V/50 k Ω = 0.1mA 。
如果晶体管的共发射极电流放大系数β = IC / IB =100, 集电极电流 IC=β*IB=10mA。
在500Ω的集电极负载电阻上有电压降VRC=10mA*500Ω=5V，而晶体管集电极和发射极之间的压降为VCE=5V，如果在基极偏置电路中叠加一个交变的小电流ib，在集电极电路中将出现一个相应的交变电流ic，有c/ib=β，实现了双极晶体管的电流放大作用。
金属氧化物半导体场效应三极管的基本工作原理是靠半导体表面的电场效应，在半导体中感生出导电沟道来进行工作的。
当栅 G 电压 VG 增大时，p 型半导体表面的多数载流子棗空穴逐渐减少、耗尽，而电子逐渐积累到反型。
当表面达到反型时，电子积累层将在 n+ 源区 S 和 n+ 漏区 D 之间形成导电沟道。
当VDS ≠ 0 时，源漏电极之间有较大的电流 IDS 流过。
使半导体表面达到强反型时所需加的栅源电压称为阈值电压 VT 。
当 VGS>VT 并取不同数值时，反型层的导电能力将改变，在相同的 VDS 下也将产生不同的 IDS , 实现栅源电压VGS 对源漏电流 IDS 的控制。
二、晶体管的命名方法晶体管：最常用的有三极管和二极管两种。
三极管以符号BG（旧）或（T）表示，二极管以D表示。
按制作材料分，晶体管可分为锗管和硅管两种。
按极性分，三极管有PNP和NPN两种，而二极管有P型和N型之分。
半导体基础知识
结电容： C j Cb Cd
清华大学 华成英 hchya@
§2 半导体二极管
一、二极管的组成 二、二极管的伏安特性及电流方程 三、二极管的等效电路 四、二极管的主要参数 五、稳压二极管
导通电压
0.6~0.8V 0.1~0.3V
反向饱 和电流
开启 电压
温度的 电压当量
开启电压
0.5V 0.1V
反向饱和电流
1µA以下 几十µA
从二极管的伏安特性可以反映出： 1. 单向导电性 u i IS (eU T 1) 正向特性为
指数曲线
若正向电压 UT，则i ISe u
u UT
3、本征半导体中的两种载流子
运载电荷的粒子称为载流子。 外加电场时，带负电的自由电 子和带正电的空穴均参与导电， 且运动方向相反。由于载流子数 目很少，故导电性很差。 温度升高，热运动加剧，载 流子浓度增大，导电性增强。 热力学温度0K时不导电。 两种载流子
二、杂质半导体
1. N型半导体
多数载流子 杂质半导体主要靠多数载流 子导电。掺入杂质越多，多子 浓度越高，导电性越强，实现 导电性可控。
一、二极管的组成
将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。
小功率 二极管
大功率 二极管
稳压 二极管
发光 二极管
二、二极管的伏安特性及电流方程
二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。
i f (u )
i IS (e
u UT
1)
(常温下 UT 26m ) V
材料
硅Si 锗Ge
场效应管的基础知识
场效应管的基础学问英文名称：MOSFET （简写：MOS ）中文名称：功率场效应晶体管（简称：场效应管）场效应晶体管简称场效应管，它是由半导体材料构成的。
与一般双极型相比，场效应管具有许多特点。
场效应管是一种单极型半导体（内部只有一种载流子一多子）分四类：N沟通增加型；P沟通增加型;N沟通耗尽型；P沟通耗尽型。
增加型MOS管的特性曲线场效应管有四个电极，栅极G、漏极D、源极S和衬底B ,通常字内部将衬底B与源极S相连。
这样，场效应管在外型上是一个三端电路元件场效管是一种压控电流源器件，即流入的漏极电流ID栅源电压UGS掌握。
1、转移特性曲线:应留意：①转移特性曲线反映掌握电压VGS与电流ID之间的关系。
②当VGS很小时,ID基本为零，管子截止;当VGS大于某一个电压VTN时ID随VGS的变化而变化，VTN称为开启电压，约为2V0③无论是在VGS2、输出特性曲线：输出特性是在给顶VGS的条件下，ID与VDS之间的关系。
可分三个区域。
①夹断区：VGS②可变电阻区：VGS>VTN且VDS值较小。
VGS值越大，则曲线越陡，D、S极之间的等效电阻RDS值就越小。
③恒流区：VGS>VTN且VDS值较大。
这时ID只取于VGS ,而与VDS无关。
3、MOS管开关条件和特点：管型状态,N-MOS , P-MOS特点截止VTN , RDS特别大，相当与开关断开导通VGS2VTN , VGS<VTN , RON很小，相当于开关闭合4、MOS场效应管的主要参数①直流参数a、开启电压VTN ,当VGS>UTN时，增加型NMOS管通道。
b、输入电阻RGS , 一般RGS值为109〜1012。
高值②极限参数最大漏极电流IDSM击穿电压V(RB)GS , V(RB)DS最大允许耗散功率PDSM5、场效应的电极判别用RxlK挡，将黑表笔接管子的一个电极，用红表笔分别接此外两个电极，如两次测得的结果阻值都很小，则黑表笔所接的电极就是栅极(G),此外两极为源(S)、漏(D)极，而且是N型沟场效应管。
晶体管数字电路-概述说明以及解释
晶体管数字电路-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述晶体管数字电路是现代电子技术中的重要组成部分，它是实现数字系统功能的基本单元。
晶体管的发明和应用在电子领域带来了革命性的变化，极大地推动了计算机和通信技术的发展。
晶体管是一种半导体器件，它基于半导体材料的电导特性来控制电流的流动。
晶体管由三个主要组成部分构成，即基极、发射极和收集极。
通过调节基极电流的大小，可以实现对晶体管的控制，从而改变电路中的电流和电压。
晶体管的工作原理基于PN结的电导特性。
当PN结正向偏置时，电流可以流动，晶体管处于导通状态；当PN结反向偏置时，电流无法流动，晶体管处于截止状态。
这样，通过控制基极电流和电压，可以实现晶体管的开关控制。
晶体管数字电路的设计与应用是基于开关特性实现的。
通过将多个晶体管连接在一起，可以构建出各种复杂的数字电路，如逻辑门、触发器和计数器等。
这些数字电路在计算机、通信和控制系统中起着重要的作用，实现了数字信号的处理和转换。
晶体管数字电路的重要性不仅体现在其在计算机领域的广泛应用，还在于其在推动技术进步和社会发展方面的影响。
晶体管的小巧、高可靠性和低功耗等特点，使得数字电路可以更加紧凑和高效。
晶体管数字电路的快速发展也催生了计算机和通信技术的迅猛发展，为人类社会的进步做出了巨大贡献。
展望未来，晶体管数字电路仍然具有广阔的发展空间。
随着科技的不断进步，晶体管的尺寸会越来越小，集成度会越来越高，功耗会越来越低。
同时，晶体管数字电路的应用领域也将不断扩展，涵盖更多的领域和行业，如物联网、人工智能和新能源等。
总之，晶体管数字电路作为现代电子技术的基础，具有重要的应用价值和发展前景。
通过深入研究晶体管基础知识和工作原理，不断探索和创新晶体管数字电路的设计与应用，我们可以为推动技术进步和社会发展做出更大的贡献。
文章结构部分的内容可参考以下写法：1.2 文章结构本文主要分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，我们将概述晶体管数字电路的重要性及其应用领域，并阐述本文的目的。
模拟cmos基础知识
模拟CMOS基础知识一、什么是CMOS1.1 CMOS的定义和作用CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，互补金属-氧化物-半导体）是一种集成电路的制造工艺，也是一种特定类型的晶体管。
CMOS技术被广泛应用于逻辑电路、模拟电路和数模混合电路中。
CMOS在数字电路方面具有优异的性能，相比于传统的TTL（Transistor-Transistor Logic）和ECL（Emitter-Coupled Logic），CMOS电路功耗低、可靠性高。
它还具有良好的抗噪声特性和工作频率范围广的特点。
1.2 CMOS的组成结构CMOS电路由nMOS（n型金属-氧化物-半导体）和pMOS（p型金属-氧化物-半导体）两种晶体管组成。
nMOS晶体管的工作原理是通过控制门电压，使得通道导电或截止，实现电流的控制。
pMOS晶体管则与nMOS相反，通过控制门电压控制通道的导电或截止。
这两种晶体管可以根据不同的逻辑功能进行灵活组合，从而实现复杂的电路功能。
二、CMOS工作原理2.1 nMOS的工作原理•当门端施加了高电压（高于阈值电压），nMOS的沟道导通，形成通路，电流通过；•当门端施加了低电压（低于阈值电压），nMOS的沟道截止，电流停止。
2.2 pMOS的工作原理•当门端施加了低电压（低于阈值电压），pMOS的沟道导通，形成通路，电流通过；•当门端施加了高电压（高于阈值电压），pMOS的沟道截止，电流停止。
2.3 CMOS的工作原理CMOS电路由nMOS和pMOS组成，其工作原理有以下几个重要特点：1.CMOS电路在静态时消耗的功率几乎为零，只有在切换过程中才会有瞬态功率消耗；2.CMOS电路的输出具有较大的幅度和较小的延迟，能够同时输出高电平和低电平信号；3.CMOS电路的噪声干扰较小，具有良好的抗噪声特性；4.CMOS电路的工作速度较快，能够适应高频率的工作要求。
晶体管知识点总结
晶体管知识点总结晶体管是一种半导体器件，广泛应用于电子设备中，是现代电子技术的基础。
晶体管的发明和应用，极大地推动了电子技术的发展，使得现代电子设备变得更加小型化、高效、稳定和便携。
下面我们将对晶体管的基本原理、结构、工作原理和应用进行详细介绍。
一、晶体管的基本原理1. 电子运动的基本原理电子是原子的一个组成部分，带有负电荷。
在半导体晶体中，有大量的自由电子，在外加电压的作用下，这些自由电子会受到电场的驱动，从而在晶格中运动。
同时，半导体中还有空穴，即电子从原子轨道中跃迁出去后留下来的空位，空穴带有正电荷，也会在外加电压下发生移动。
2. PN结和二极管的基本原理PN结是由n型半导体和p型半导体组成的结构，它具有正向导通和反向截止的特性。
当PN结处于正向偏置时，n区的自由电子会向p区移动，p区的空穴会向n区移动，导致电子和空穴的复合，形成导电通道，电流得以通过。
而当PN结处于反向偏置时，n区和p区的电荷云层会被电场的作用扩散，形成空间电荷区，此时电流不能通过。
3. 晶体管的基本原理晶体管是由两个PN结构组成的器件，即P型区和N型区交替排列，整体上形成三个电极分别为集电极、发射极和基极。
当在基极和发射极之间加上正向偏置电压时，n区的自由电子会向p区移动，电子和空穴会在P区与N区的交界处结合而产生电流放大的效应。
这样，就实现了晶体管的放大功能，使得电子信号得以放大，并通过集电极输出。
二、晶体管的结构1. 晶体管的主要构成晶体管主要由P型半导体、N型半导体和金属电极组成。
P型半导体富含空穴，电子的迁移率较低；N型半导体富含自由电子，电子的迁移率较高；金属电极则起到了连接内部半导体材料的作用。
2. 晶体管的结构类型晶体管有多种不同的结构类型，包括双极型晶体管、场效应晶体管、异质结晶体管等。
不同结构的晶体管在性能和应用方面都有所不同，需根据具体的应用场景进行选择。
三、晶体管的工作原理1. 晶体管的工作状态晶体管主要有截止状态和放大状态两种工作状态。
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结变窄
－＋
P －＋ N
－＋
外电场方向
自建场方向
正向电流（很大）
＋－
(a)
结变宽
－－＋＋ P －－＋＋ N
－－＋＋
自建场方向 外电场方向
反向电流（很小）
－＋
(b)
图6 PN结 （a）正向连接; （b）反向连接
2）PN结反向偏置——截止
将PN结按图6（b）所示方式连接（称PN结反向偏置）。 由图可见，外电场方向与内电场方向一致，它将N区的多子 （电子）从PN结附近拉走，将P区的多子（空穴）从PN结附近 拉走，使PN结变厚，呈现出很大的阻值，且打破了原来的动态 平衡，使漂移运动增强。由于漂移运动是少子运动，因而漂移 电流很小；若忽略漂移电流，则可以认为PN结截止。
综上所述，在掺入杂质后，载流子的数目都有相当程 度的增加。因而对半导体掺杂是改变半导体导电性能的有 效方法。
第1章 半导体器件
＋4
＋4
＋4
由于热激发而产 生的自由电子
＋4
＋4
＋4
自由电子移走
后留下的空穴
＋4
＋4
＋4
图3 P型半导体的共价键结构
在P型半导体中，原来的晶体仍会产生 电子—空穴对，由于杂质的掺入，使得空穴 数目远大于自由电子数目，成为多数载流 子(简称多子)，而自由电子则为少数载流子 (简称少子)。则P型半导体以空穴导电为主。
在本征半导体中掺入微量的杂质元素，就会使半导体 的导电性能发生显著改变。根据掺入杂质元素的性质不 同，杂质半导体可分为P型半导体和N型半导体两大类。
①. P型半导体
P型半导体是在本征半导体硅（或锗）中掺入微 量的3价元素（如硼、铟等）而形成的。因杂质原子 只有3个价电子，它与周围硅原子组成共价键时，缺 少1个电子，因此在晶体中便产生一个空穴，当相邻 共价键上的电子受热激发获得能量时，就有可能填 补这个空穴，使硼原子成为不能移动的负离子，而 原来硅原子的共价键因缺少了一个电子，便形成了 空穴，使得整个半导体仍呈中性，如图3所示。
第1章 半导体器件
半导体的分类
P(空穴）型（ 3价元素）
1、按掺入杂质元素的性质分
半导体
N（电子）型（5价元素）
硅
2、按基片材料分
半导体
锗
2、PN结及其单向导电性 ①. PN结的形成 P80-第四段 在同一块半导体基片的两边分别形 成N型和P型半导体，它们的交界面附近 会形成一个很薄的空间电荷区，称其为 PN结。 PN结的形成过程如图5所示。
②. N型半导体 N型半导体是在本征半导体硅中掺入微量的5价元
素（如磷、砷、镓等）而形成的，杂质原子有5个价电 子与周围硅原子结合成共价键时，多出1个价电子，这 个多余的价电子易成为自由电子，如图4所示。
第1章 半导体器件
＋4
＋4
＋4
自由电子
＋4＋5＋4施主原子＋4＋4
＋4
图4 N型半导体的共价键结构
第1章 半导体器件
在本征半导体中，空穴与电子是成对出现的，称 为电子—空穴对。其自由电子和空穴数目总是相等的。 本征半导体在温度升高时产生电子—空穴对的现象称 为本征激发。温度越高，产生的电子—空穴对数目就 越多，这就是半导体的热敏性。
在半导体中存在着自由电子和空穴两种载流子， 而导体中只有自由电子这一种载流子，这是半导体 与导体的不同之处。
一、PN结 1、P型、N型半导体
第1章 半导体器件
本征半导体是一种纯净的半导体晶
体。常用的半导体材料是单晶硅（Si） 和单晶锗（Ge）。
半导体硅和锗都是4价元素，其原 子结构如图1(a)，(b)所示。
价电子 电子轨道
惯性核
Si ＋ 14
Ge ＋ 32
＋4 价电子
原子核
(a)
(b)
(c)
图1：半导体的原子结构示意图 （a）硅原子；（b）锗原子；（c）简化模型
＋4
＋4
＋4
共价键
＋4
＋4
＋4
价电子
＋4
＋4
＋4
图2 单晶硅的共价键结构
第1章 半导体器件
但是，如果能从外界获得一定的能量（如光照、 温升等），有些价电子就会挣脱共价键的束缚而成为 自由电子，在共价键中留下一个空位，称为“空穴”。 空穴的出现使相邻原子的价电子离开它所在的共价键 来填补这个空穴，同时，这个共价键又产生了一个新 的空穴。这个空穴也会被相邻的价电子填补而产生新 的空穴，这种电子填补空穴的运动相当于带正电荷的 空穴在运动，并把空穴看成一种带正电荷的载流子。 空穴越多，半导体的载流子数目就越多，因此形成的 电流就越大。
P区
N区
耗尽层空 P 间电荷区 N
扩散运动方向 (a)
自建场 (b)
图5 PN结的形成 （a）多子扩散示意图；（b）PN结的形成
②. PN结的单向导电性
1）PN结正向偏置——导通
给PN结加上电压，使电压的正极接P区，负极接 N区（即正向连接或正向偏置），如图6（a）所示。 由于PN结是高阻区，而P区与N区电阻很小，因而外 加电压几乎全部落在PN结上。由图可见，外电场将推 动P区多子（空穴）向右扩散，与原空间电荷区的负 离子中和，推动N区的多子（电子）向左扩散与原空 间电荷区的正离子中和，使空间电荷区变薄，打破了 原来的动态平衡。同时电源不断地向P区补充正电荷， 向N区补充负电荷，其结果使电路中形成较大的正向 电流，由P区流向N区。这时PN结对外呈现较小的阻 值，处于正向导通状态。
第1章 半导体器件
本征半导体晶体结构示意图如图2所示。由 图2可见，各原子间整齐而有规则地排列着，使 每个原子的4个价电子不仅受所属原子核的吸引， 而且还受相邻4个原子核的吸引，每一个价电子 都为相邻原子核所共用，形成了稳定的共价键 结构。每个原子核最外层等效有8个价电子，由 于价电子不易挣脱原子核束缚而成为自由电子， 因此，本征半导体导电能力较差。
综上所述:
PN结正向偏置(加正向电压P区接电源正极）时， 正向电流很大，PN结导通；PN结反向偏置时，反向电 流很小，PN结截止，这就是PN结的单向导电性。
第二节 晶体管的基础知识
一、 半导体的基础知识 二、 晶体二极管 三、 晶体三极管
一、 半导体的基础知识 P69_倒四行
物体根据导电能力的强弱可分为导体、半导体和 绝缘体三大类。
凡容易导电的物质（如金、银、铜、铝、铁等金 属物质）称为导体；不容易导电的物质（如玻璃、橡 胶、塑料、陶瓷等）称为绝缘体；导电能力介于导体 和绝缘体之间的物质（如硅、锗、硒等）称为半导体。 半导体之所以得到广泛的应用，是因为它具有热敏性、 光敏性、掺杂性等特殊性能。