长江大学电信学院

第6章二极管和晶体管半导体基础知识二极管半导体三极管返回主目录16.1半导体基础知识本征半导体纯净半导体成称为本征半导体如硅（Si）锗（Ge）等硅晶体的空间排列共价键结构示意图2电子——空穴对的形成（本征激发）温度光照自由电子空穴本征激发空穴

——共价键中的空位空穴的移动——空穴的运动是靠相邻共价键中的价电子依次充填空穴来实现的。由热激发或光照而产生自由电子和空穴对。温度

载流子浓度＋3载流子的运动+-电子向上运动形成电子电流空穴向下运动形成空穴电流电子与空穴统称载流子4杂质半导体N型半导体掺少量5价元素如磷等形成自由电子自由电子浓度远高于空穴浓度故称自由电子为多数载流子。而空穴称为少数载流子多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。使杂质原子成为正离子5P型半导体掺少量3价元素如铝等形成空穴空穴浓度远高于自由电子浓度故称空穴为多数载流子。而自由电子称为少数载流子空穴很容易获得电子，使杂质原子成为负离子6PN结特性空穴自由电子扩散运动：浓度差而产生载流子运动内电场的形成：扩动散运动形成界面二端P区留下不能移动的负离子而N区留下不能移动的正离子内电场方向+-内电场的作用：阻碍多子扩动散运动，有利于少子漂移运动扩动散运动与漂移运动达到平衡形成PN结

PN结︷PN结形成7PN结单向导电性PN结正向偏置：P接正极，N接负极PN结导通且PN结电压较小（硅0.7V,锗0.3V)耗尽层变窄形成较大正向电流扩散电流加大。扩散电流远大于漂移电流，可忽略漂移电流的影响，PN结呈现低阻性。8PN结单向导电性PN结反向偏置：P接负极，N接正极耗尽层变宽形成很小反向饱和电流PN结截止总结：

PN结正偏导通PN结反偏截止反向饱和电流由少数载流子形成96、2半导体二极管二极管的构成与特性

在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型三大类。它们的结构示意图如图所示。(1)点接触型二极管—

PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。(a)点接触型二极管的结构示意图10二极管的结构示意图(c)平面型(3)平面型二极管—往往用于集成电路制造工艺中。PN结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。(2)面接触型二极管—(b)面接触型

PN结面积大，用于工频大电流整流电路。二极管的构成与特性11半导体二极管图片及符号D12二极管的伏安特性3.PN结方程（近似）硅二极管2CP10的V-I特性锗二极管2AP15的V-I特性正向特性反向特性反向击穿特性Uth=0.5V（硅）Uth=0.1V（锗）注意1.死区电压（门坎电压）2.反向饱和电流 硅：0.1A；锗：10A13二极管的主要参数1.最大整流电流IOM：2.最大反向工作电压URM

：3.反向电流IR：反向饱和电流二极管长期连续工作时，允许通过二极管的最大整流电流的平均值。

二极管反向电流急剧增加时对应的反向电压值称为反向击穿电压UBR。为安全计，在实际工作时，最大反向工作电压URM一般只按反向击穿电压UBR的一半计算。4.正向压降UF：在规定的正向电流下，二极管的正向电压降。小电流硅二极管的正向压降在中等电流水平下，约0.6～0.8V；锗二极管约0.2～0.3V。14ui0.7Vi二极管基本电路及其分析方法理想二极管：正向时UD=0导通，反向时截止恒压降：正向时UD=0.7导通，反向时截止uii15例:6.2.1uitT/2TuOtT/2Tui>0，ui=uoui<0u0=0uiuo理想二极管16例:6.2.1

D截止D导通理想二极管17例求I1，I2IOUO因US1﹥US2故二极管导通UO=15VIO=15/3=5mAI2=(15-12)/1=3mAI1=I2+IO=8mA15VUS1US2RUORL3K1KI2I1IO++--12V-+18故D2止D1D2R6V12V+-++--U0而D1通例196、3特殊二极管稳压二极管利用PN结反向击穿时电流在较大范围内变化而端电压基本不变而制成特殊二极管。(利用二极管反向特性)稳压管的伏安特性DZ符号20稳压二极管主要参数稳定电压UZ：指稳压管反向电流为规定值时稳压管两端的电压，如2CW18，稳压管稳压值为10~12V。稳定电流IZ：维持稳定电压的工作电流（IZmin

～IZmin

）额定功耗PZ

：PZ为稳压管允许的最大平均功率，有的手册给出最大稳定电流IZM，两者之间的关系为PZ=IZMUZ。稳压管的功耗超过PZ或工作电流超过IZM，稳压管将因热击穿而损坏。动态电阻：rZ=△UZ/△IZ

越小，rZ曲线越陡，稳压越好温度系数：表示当稳压管的电流保持不变时，环境温度每变化1℃所引起的稳定电压变化的百分比，定义式为21稳压二极管稳压电路稳压过程UI↑→UO↑→UZ↑→IZ↑→IR↑→UR↑→UO↓IL

IL↑→IR↑→UR↑→UZ↓（UO↓）→IZ↓→IR↓→UR↓→UO↑限流电阻

22+-稳压（限流）电阻的计算

(1)当输入电压最小，负载电流最大时，流过稳压二极管的电流最小。此时IZ不应小于IZmin，由此可计算出稳压电阻的最大值，实际选用的稳压电阻应小于最大值。即

(2)当输入电压最大，负载电流最小时，流过稳压二极管的电流最大。此时IZ不应超过IZmax，由此可计算出稳压电阻的最小值。即23变容二极管-uD/VC/pFO30906048121620C-U特性曲线符号24光电二极管25发光二极管发光二极管是由砷化镓、磷化镓等材料制成的一种器件。当它通以电流时，将发出光来，发光亮度取决于电流的大小，电流越大，亮度越强。符号26例当输入电压Ui从24V变化到28V时，求流过稳压管的电流IZ+Ui

-1K12V+UO-当Ui=24V时IZ=（24-12）/1=12mA当Ui=28V时IZ=（28-12）/1=16mA因Ui﹥12V故稳压管正常工作故电流IZ变化范围（12～16）mA27作业P175：6-7；6-8286、4半导体三极管三极管的结构与电流放大原理双极型半导体三极管的结构示意图如图所示。它有两种类型:NPN型和PNP型。

两种极性的双极型三极管e-b间的PN结称为发射结(Je)

c-b间的PN结称为集电结(Jc)中间部分称为基区，连上电极称为基极，用B或b表示（Base）；一侧称为发射区，电极称为发射极，用E或e表示（Emitter）；另一侧称为集电区和集电极，用C或c表示（Collector）。结构29三极管的电流放大原理

为使三极管具有电流放大作用，在制造过程中必须满足实现放大的内部结构条件，即：

（1）发射区掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度，以便于有足够的载流子供“发射”。（2）基区很薄，掺杂浓度很低，以减少载流子在基区的复合机会，这是三极管具有放大作用的关键所在。（3）集电区比发射区体积大且掺杂少，以利于收集载流子。由此可见，三极管并非两个PN结的简单组合，不能用两个二极管来代替；在放大电路中也不可将发射极和集电极对调使用。（三极管具有电流放大的内部条件）30放大原理1.发射区向基区注入电子形成发射极电流IE2.电子在基区中扩散与复合形成基极主要电流IBE3.集电区收集扩散过来的电子形成集电极主要电流ICE4集电区少子空穴与基区中少子电子在反向电压作用下形成反向饱和电流ICBO5.集电极电流IC=ICE+ICBO6.基极电流IB=IBE-ICBO发射结正偏集电结反偏放大的外部条件：发射结正偏，集电结反偏。NPN：UBE﹥0，UBC﹤0。即UC﹥UB﹥UE。

PNP：UBE﹤0，UBC﹥0。即UC﹤UB﹤UE。31放大系数定义三极管的直流电流放大系数：称为穿透电流交流电流放大系数：32截止状态：饱和状态三极管处于截止状态的条件：发射结反偏或零偏，集电结反偏。即：NPN：UBE≤0，UBC﹤0。

PNP：UBE≥0，UBC﹥0。截止时IB=0，IC=IE=0

三极管处于饱和状态的条件：发射结正偏，集电结正偏或零偏。即：NPN：UBE﹥0，UBC≤0。

PNP：UBE﹤0，UBC≤0。饱和时UCES=0.3当UBC=0时称为临界饱和状态三极管的另两种工作状态33三极管特性曲线反映三极管各极电压和电流之间的相互关系的曲线。ICmAAVVUCEUBERBIBECEB

实验电路(共发射极接法)CBERC34输入特性UCE为常数时，IB

与UBE的关系曲线（同二极管）IB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1V死区电压，硅管0.5V工作压降：硅管UBE0.7V左右35输出特性1234UCE(V)36912IC(mA)60A40AQQ≈

IC/

IB=2mA/40A=50≈

IC/

IB=3mA/60A=50

=ΔIC/

Δ

IB

=(3-2)mA/(60-40)A=5036输出特性放大区：IC平行于UCE轴的区域，曲线基本平行等距。此时，发射结正偏，集电结反偏。饱和区：IC明显受UCE控制的区域，该区域内，一般uCE＜0.7V(硅管)。此时，发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。输出特性曲线的三个区域:截止区：IC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时，UBE小于死区电压。37三极管三种工作状态的特点:(2)饱和状态

BE结正偏，BC结正偏，即UCEUBE

，（UCE＝UBE称为临界饱和）

IC与IB不成比例，UCE0.3V,C、E电极间相当于短路。(3)截止状态

BE结反偏，BC结反偏，（或UBE<死区电压。）IB=0，IC=ICEO0

，C、E电极间相当于开路。(1)放大状态

BE结正偏，BC结反偏，IC≈

IB,△

IC=

β

△

IB

，UCE>1V。38设三极管处于放大状态，测得各脚对地的电位如下表，试判断管型（NPN或PNP）、材料（硅或锗），并确定B、E、C极。序号U1U2U3管型材料EBCA00.3-5B822.7C-25-2.3D-10-2.3-3例判断方法：

(1)在三个电极电压中判断有无电压差为0.2-0.3V或0.6-0.7V，从而确定材料和C极；（2）如C极电压最高，则为NPN，最低则为PNP。（3）确定B、E极。PNP 锗 U2 U1 U339三极管微变等效电路思路：等效BEC+-iBuBE+-iCuCEBEC+-iBuBE+-iCuCE40输入特性曲线确定输入回路iBuBEiB当信号很小时，将输入特性在小范围内近似线性,得到三极管的输入电阻：对输入的小交流信号而言，三极管BE间等效于电阻rbe。41ibrbeeb