电子技术第一章 半导体二极管、三极管

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七、应用实例
图1-17 例1-1图
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图1-18 思考题1-1-1～1-1-3图
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1-ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 双极型三极管
一般来说，三极管包括双极型三极管和场效应管。 双极型三极管又称晶体管。它是有两个背靠背PN结且 有电子与空穴两种载流子参与导电的半导体三极管。分 PNP型和NPN型两种，二者工作原理相同。下面以NPN 管为例进行介绍。
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图1-3 价电子填补空穴示意图
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图1-4 N型半导体
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3.P型半导体 用特殊工艺向单晶硅(或锗)中注入少量三价元素硼 (或铝)，成为另一种杂质半导体。如图1-5(a)所示。每注 入一个三价原子，相应多出一个空穴。它被邻近原子的 价电子填补后，成为负离子。注入三价元素越多，空穴 越多，与自由电子复合的机会相应增多，使本来很少的 自由电子越来越少。所以，掺入三价元素的半导体，空 穴是多数载流子，电子是少数载流子，称空穴半导体， 简写成P型半导体。其符号如图1-5(b)所示。
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图1-5 P型半导体
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图1-6 PN结形成示意图
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二、PN结及其单向导电性 P型半导体和N型半导体共处一体时，在它们的交界 面处形成载流子浓度的差异。P区空穴多，电子少；N 区电子多，空穴少。于是，N区电子要向P区扩散，扩 散到P区的电子与空穴复合。结果使N区电子减少，形 成正粒子区。同时，P区一侧失去空穴形成负粒子区。 从而，产生从N区指向P区的内电场。如图1-6箭头所示。 内电场的电场力作用，导致已扩散到P区的电子返回N 区，使扩散运动削弱。这种在电场力作用下，载流子的 定向运动，称漂移运动。
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图1-8 二极管结构示意与符号
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图1-9 二极管单向导电性演示图
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四、二极管的V—A特性与等效电路 1.V—A特性 二极管两端的电压与通过它的电流的关系曲线，称 二极管的V—A特性。可以通过实验或图示仪测出。如图 1-10所示。图中第Ⅰ象限的曲线表明二极管正向电压与 正向电流的关系，称正向V—A特性。第Ⅲ象限的曲线表 明二极管反向电压与反向电流的关系，称反向V—A特性 由曲线可知：
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六、稳压、发光、光电二极管简介 1.稳压管——稳压管是一种在规定反向电流范围内 可以重复击穿的硅平面二极管。它的符号和V—A特性如 图1-13所示。它的正向V—A特性与普通硅二极管正向 V—A特性相同；它的反向V—A特性非常陡直。用电阻 R将流过稳压管的反向击穿电流Iz限制在Izmin～Izmax之 间时，稳压管两端的电压Uz几乎不变。利用稳压管的这 种特性，就能达到稳压的目的。图1-14就是稳压管稳压 电路。稳压管Dz与负载RL并联，属并联稳压电路。显然， 负载两端的输出电压UO等于稳压管的稳定电压Uz。
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图1-10 二极管的V—A特性曲线
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2.等效模型 由上述讨论知，二极管的V—A特性是非线性的。所 以，二极管是非线性元件。显然，二极管电路是非线性 电路。分析非线性电路应当用图解法。但是，图解法既 繁琐也不准确。为了分析方便，常将二极管在特定条件 下，简化成线性模型进行分析计算，这样引起的误差， 一般都在工程允许误差范围之内。
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图1-1 单晶硅（锗）共价键示意图
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图1-2 电子空穴对示意图
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2.N型半导体 用特殊工艺向单晶硅（或锗）中注入少量五价元素 磷(或砷)，成为杂质半导体。如图1-4(a)所示。每注入一 个五价元素的原子，其五个价电子中的四个与硅原子的 价电子形成共价键，成为固定在晶格中不动的正离子， 剩下的一个自由电子用以增强半导体的导电能力。注入 五价元素越多，自由电子数量越大，电子与空穴复合的 机会越多，使得本来很少的空穴越来越少。所以，掺入 五价元素后的杂质半导体，电子是多数载流子，空穴是 少数载流子，称为电子半导体，简写成N型半导体。其 符号如图1-4(b)所示。
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图1-15 发光与光电管及其应用电路
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图1-16 例1-1的图
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3.光电二极管——利用半导体的光敏特性制造的光 电二极管与发光二极管相反。无光照时，流过光电二极 管的反向电流(称暗电流)很小；受光照时，流过光电二 极管的反向电流(称光电流)明显增加。如2AU1B型光电 二极管的暗电流小于10 μA，光电流达到40 μA。光电二 极管的符号如图1-15(b)所示。
第一章 半导体二极管、三极管
内容提要
半导体二极管、三极管是电子电路中用得极为广泛 的元件，也是构成集成电路的基本单元。 本章在介绍PN结基础上介绍二极管、三极管的原理、 特性和主要参数，为学习后续各章奠定基础。
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1-1 PN结与二极管
一、半导体概述 1.本征半导体 导电性能介于导体与绝缘体之间的物质称半导体。 常用的半导体有硅和锗，将它们提纯后，其原子结构排 列成晶体状，称单晶硅和单晶锗。又称本征半导体。它 们的原子外层都有四个价电子。每个原子的价电子与相 邻原子的价电子“手拉手”地形成共价键结构，示意图 如图1-1所示。
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图1-13 稳压管V—A特性与符号
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图1-14 稳压管稳压电路
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2.发光二极管——由半导体砷、磷、镓及其化合物 制成的二极管，不仅具有单向导电性，而且通电后能发 出红、黄、绿……鲜艳的色光，称发光二极管。常用文 字LED表示。它工作时只需加1.5～3 V正向电压和几毫 安电流就能正常发光。体积小，反应快、价廉、工作可 靠。广泛用于各种指示电路。其符号如图1-15(a)所示。
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图1-7 PN结的单向导电性
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三、二极管结构与符号 从PN结的P区引出一个电极，称阳极；从N区引出 一个电极，称阴极。用金属、玻璃或塑料封装就构成一 只半导体二极管。显然，它是具有一个PN结的半导体 元件，也有单向导电性。图1-8(a)是二极管的结构示意 图。图1-8(b)是二极管的符号。符号中的箭头方向表明， 二极管的电流只能从阳极流向阴极；几乎不能从阴极流 到阳极。
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图1-11 用折线OKQ近似替 代实际V—A特性
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图1-12 二极管及其等效模型
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五、主要参数与选用依据 为了正确使用二极管，必须了解它的主要参数。 1.最大整流电流IOM——在规定散热条件下，二极管 长期运行时，允许通过二极管的最大正向电流。 2.最高反向工作电压URWM——保证二极管不被击穿 的最高反向峰值电压，通常规定为击穿电压的 。