配套课件-模拟电子技术

第1章半导体器件1.1半导体的基础知识1.2半导体二极管1.3半导体三极管1.4场效应管本章小结练习题

1.1半导体的基础知识

1.1.1半导体的基本特性

1.什么是半导体

自然界中的物质，按其导电能力的强弱，可分为导体、绝缘体和半导体三类。容易导电的物质称为导体。例如金、银、铜、铁、铝等金属都是良好的导体，导电能力都很强。不容易导电的物质称为绝缘体。例如陶瓷、云母、塑料、玻璃、橡胶等，导电能力都很差。导电能力介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体，例如硅(Si)、锗(Ge)、硒(Se)、砷化镓及金属氧化物等。半导体之所以能被制造成各种电子器件而广泛应用，主要是因为其具有独特的导电特性。

2.半导体的特性

1)热敏特性

随着温度的上升，半导体材料的导电能力迅速增加，这种特性称为热敏特性。利用这种热敏效应可以制作热敏元件，例如热敏电阻。

2)光敏特性

半导体随着光照的变化其导电能力明显增强，这种特性称为光敏特性。利用光电效应可以制作光电晶体管、光电耦合器、光电池等。

3)掺杂特性

在纯净的半导体中掺入微量的杂质元素能使其导电性能发生显著变化，这种特性称为掺杂特性。例如在纯净的硅中掺入百万分之一的杂质，其导电能力可以增强上百万倍。各种半导体器件的制作，正是利用掺杂特性来改变和控制半导体的导电能力的。

此外，半导体的导电能力还会随着电场、磁场的作用而变化。

为什么半导体会有这些独特的导电性能呢？这主要是由其内部的原子结构所决定的。1.1.2半导体的原子结构

用来制造晶体管的半导体材料主要是硅和锗。下面就来讨论这两种半导体材料的原子结构。

1.单个原子结构

硅的化学元素符号是Si，它有一个带正电的原子核和14个带负电的电子。电子分三层绕原子核不停地旋转，如图1.1(a)所示。由于原子核带14个电子电量的正电，因此正常情况下原子呈中性。锗的化学元素符号是Ge，它共有32个电子，分四层绕原子核不停地转动，如图1.1(b)所示。一般只有最外层电子有可能脱离原子核的束缚，逸出并参与导电，而内层电子由于被束缚在原子核的周围，是不大可能参与导电的。为了便于区别，通常称最外层的电子为价电子，有几个价电子就称为几价元素。硅和锗原子最外层的电子都是4个，所以硅、锗都是四价元素，如图1.1(c)所示。根据原子理论，只有外层价电子达到8个时，原子才会处于稳定状态。显然，硅和锗是处于不稳定状态，可是我们看到的硅和锗材料却是很稳定的。这是什么原因呢？图1.1硅和锗的原子结构(a)硅原子结构；(b)锗原子结构；(c)硅和锗的原子简化图

2.共价键结构

制造晶体管所用的硅或锗材料是由许多硅原子或锗原子组成的，它们不但非常纯净，而且是按一定规律整齐地排列在一起的。在每个硅原子周围，总有4个与它等距离的硅原子，如图1.2所示。可见，硅原子外层除自身具有4个价电子外，同时还分别从相邻的四个硅原子中各借一个，使自己最外层达到8个价电子，从而处于稳定状态。同理，相邻硅原子也要向该硅原子借用价电子。图1.2单晶硅或锗的共价键结构由图1.2可以看出，实际上它们的价电子是共有的，既属于自身，又属于其它原子。也就是说，每个价电子在围绕自己的原子核运动的同时，也出现在相邻原子的轨道上，它既受到自身原子核的束缚，又受到相邻原子核的束缚。我们把两个相邻原子共有的价电子所形成的这种束缚作用称为“共价键”，此结构称为“共价键结构”。处于共价键中的价电子由于同时受到两个原子核的束缚，因此不易挣脱，不会变为自由电子参与导电。通常把这种有规律整齐排列的半导体结构称为晶体结构，所以由这种结构的材料制成的半导体管又称为晶体管。1.1.3本征激发

纯净的半导体所具有的一些特征，主要取决于本身的结构，所以称为本征半导体。本征半导体晶体中的共价键对共有价电子具有很强的束缚作用，若将它置于-273℃(绝对温度0K)的低温下，则所有价电子无法挣脱束缚，不能自由运动，因此即使外加电压形成电场，也不会产生电流。此时的半导体相当于绝缘体。但是随着温度的升高，在价电子获得足够的热能之后，例如+27℃(绝对温度300K)时，就会有少量的价电子挣脱共价键的束缚，跑出来成为自由电子。通常把这种现象称为本征激发或热激发。如图1.3所示，本征激发现象发生后，将会出现两个结果：一是半导体内产生了自由电子(电子载流子)；二是价电子跑出后，将会在共价键内留下一个空位。相邻的共价键内的价电子就会跑过来填补空位，这就出现了共价键内价电子的递补运动。这是一种负电荷运动，也可以看成是一种带正电荷的空位朝着相反方向运动。通常把带正电的空位称为空穴，把这种空位的运动称为空穴运动。空穴运动是共价键内价电子的递补运动，它与自由电子的杂乱无章运动是不同的。图1.3热激发产生的电子—空穴对例如，在电影院看电影，第一排有人中途退场，退场后他可以自由活动，在原处留下一个空位，第二排的人就会填补第一排的空位，后排依次向前递补，空位相当于向后移动。显然，依次递补与第一排退场人员的自由活动是不同的，退场人员就好比是自由电子的运动，而依次递补空位的移动则好比空穴运动。

由此可知，在常温下，半导体内存在着两种载流子，一种是带负电的自由电子，另一种是带正电的空穴。所以半导体在外加电压作用下，两种载流子将会同时参与导电，如图1.4所示。其中，In

表示电子形成的电流，Ip表示空穴形成的电流。图1.4半导体内部载流子的运动电子、空穴运动方向相反，但形成的电流方向是一致的。可见，在外电路形成的电流I应为二者之和，即

I=In+Ip

必须指出：电子、空穴这两种载流子，在本征半导体中是成对出现，成对消失的。也就是说，由于热激发从共价键中跑出一个价电子，在原位就会出现一个空穴，所以把产生的自由电子和空穴称为“电子—空穴对”。随着温度的升高，电子—空穴对将不断增加。但是，也要看到电子在运动过程中也会与空穴相遇，而重新结合，使电子—空穴对消失，显然这是一个相反的过程，称为“复合”。电子—空穴对不断地产生，又不断地复合，这就是在本征半导体内不断进行着的一对矛盾。在一定温度下，“产生”与“复合”将达到动态平衡，即产生与复合虽然在不断进行，但电子—空穴对却始终维持一定数量。不难理解，因为电子—空穴对是由于热激发产生的，所以它必定与温度密切相关。当温度升高时，电子—空穴对就相对多一些，即半导体的导电性能就好一些，这就是前述的半导体热敏特性。利用此种特性可以制成热敏器件，例如热敏电阻，其阻值会随着温度的升高而降低，其原因如上所述。其次，在半导体中获得电子—空穴对的方法，除了热激发外，还可以通过光照来实现。因为光也具有能量，当本征半导体受到光照时，有的电子由于获得光能而逸出，结果与热激发的情况一样，通常把这种现象称为光激发，即前述的光敏特性，利用此特性制作的器件称为光敏器件。例如光敏电阻，其阻值会随着光照的强度而变化。

综上所述，在室温下，本征半导体的导电能力是很差的，而且对光和热都十分敏感，因此不能直接使用本征半导体制造晶体管。若想获得性能良好的晶体管，必须在本征半导体中有选择、有控制地掺入微量杂质。通常把人为的掺有杂质的半导体称为杂质半导体。1.1.4杂质半导体

根据掺入杂质元素性质的不同，杂质半导体可分为N型半导体和P型半导体。

1.N型半导体

N型半导体的共价键结构如图1.5所示。在本征半导体硅(或锗)中掺入微量的五价元素磷(或砷、锑)后，整个晶体结构基本不变，只是磷原子将取代晶体中的某些硅原子的位置，磷原子有5个价电子，当其与硅原子组成共价键时，只需4个价电子而多出一个价电子。由于这个多余的价电子不受共价键的束缚，磷原子核对其吸引力也较弱，因此只需较小的能量就可将其激发为自由电子。图1.5

N型半导体的共价键结构磷原子提供一个电子后，本身因失去电子而成为不能移动的正离子。可见，半导体内除了由本征激发产生的少量电子—空穴对以外，还因为掺入了杂质元素，而提供了许多额外的自由电子。因此，这种杂质半导体中自由电子的数目就远大于空穴的数目，自由电子成为多数载流子(简称多子)，空穴成为少数载流子(简称少子)。这种半导体将以自由电子导电为主，所以把这类半导体称为电子型半导体，或N(Negative)型半导体。

2.P型半导体

P型半导体的共价键结构如图1.6所示。在本征半导体硅(或锗)中掺入微量的三价元素硼(或铝、铟)后，因为硼原子比硅原子少一个价电子，所以在组成共价键时便产生一个空位。室温下，此空位极易被邻近硅原子共价键中的价电子填补，得到电子后的硼原子变成带负电的不能移动的负离子，而失去价电子的共价键中出现一个空穴。图1.6

P型半导体的共价键结构显而易见，这种杂质半导体中，除了由本征激发产生的电子—空穴对外，还增加了因掺杂而形成的空穴，空穴的数目远大于自由电子的数目，空穴成为多数载流子，自由电子成为少数载流子。显然，这种半导体将以空穴导电为主，所以把这类半导体称为空穴型半导体，或P(Positive)型半导体。最后要指出的是：虽然在N型半导体中，自由电子数目远大于空穴数目，在P型半导体中，空穴数目远大于电子数目，但这两种半导体中都是电中性的，对外不显电性。这是因为本征半导体和掺入的杂质都是电中性的，而且在掺杂的过程中既不丧失电荷也不从外界得到电荷，只是由于杂质原子的价电子数目多一个或少一个，从而使半导体中出现了大量可以运动的电子或空穴，并没有破坏整个半导体内正负电荷的平衡状态。1.1.5

PN结及其单向导电性

1.PN结的形成

PN结的形成如图1.7所示。在一块半导体上，用特定的掺杂工艺，在其一侧形成P型半导体，另一侧形成N型半导体，那么在P型半导体和N型半导体的交界面上就会形成一个PN结，PN结是构成各种半导体器件的基础。那么PN结是如何形成的呢？在交界面左侧的P区中空穴是多数载流子，右侧的N区中自由电子是多数载流子。由于两侧间的载流子存在着浓度差，空穴和电子都要从浓度高的区域向浓度低的区域运动，这种由于浓度差引起的运动称为扩散运动，如图1.7(a)所示。扩散的结果是在交界面附近P区一侧因失去空穴而留下不能移动的负离子；N区一侧因失去自由电子而留下不能移动的正离子。同时，扩散到N区的空穴将逐渐与N区中的自由电子复合，扩散到P区的自由电子将逐渐与P区中的空穴复合。这样，在交界面两侧就会形成由数量相等的正、负离子组成的空间电荷区，如图1.7(b)所示。这就是所谓的PN结。图1.7

PN结的形成(a)多数载流子的扩散；(b)PN结的形成空间电荷区靠N区的一侧带正电，靠P区的一侧带负电，因此，就产生了一个方向由N区指向P区的电场。这个电场是由多数载流子的扩散和复合产生的，不是外加电压产生的，故称为内电场。根据内电场的方向及空穴和自由电子的带电极性可判断，内电场将对交界面两侧多子的扩散起阻碍作用，从这个角度讲，空间电荷区又称为阻挡层。但内电场同时能将P区的少数载流子(电子)拉到N区，将N区的少数载流子(空穴)拉到P区。通常把少数载流子在内电场作用下的运动称为漂移运动，其作用正好与因浓度差而形成的扩散运动相反。在开始时，因空间电荷较少，内电场较弱，扩散运动占优势，随着扩散运动的继续进行，空间电荷区不断加宽，使内电场不断增强。内电场的增强将阻碍两侧多数载流子的扩散运动，而有利于两侧少数载流子的漂移运动。最后，当扩散的载流子数目等于漂移的载流子数目时，空间电荷区的宽度不再增加，达到了扩散与漂移的动态平衡。所以，PN结是扩散与漂移运动平衡的结果，即PN结处于动平衡状态，对外仍为电中性。

2.PN结的单向导电性

以上分析的是无外加电压时的PN结，即动态平衡状态下的PN结情况。下面分析有外加电压时PN结的特性。

1)外加正向电压——PN结导通

在PN结上施加的直流电源电压称为偏置电压。外加正向电压，称为正向偏置；外加反向电压，称为反向偏置。PN结正向偏置如图1.8(a)所示。在正向偏置(简称正偏)作用下，即将电源的正极接P区、负极接N区，这时外加电压在PN结上将形成外电场，因外电场与内电场方向相反，内电场被削弱，使空间电荷区变窄，多子的扩散运动得到加强，形成较大的扩散电流。其方向是由P区流向N区，称为正向电流IF。在一定范围内，外加电压增大，正向电流IF也增大。此时，PN结呈低阻导通状态，相当于开关的闭合状态。图1.8

PN结的单向导电性(a)正向偏置;(b)反向偏置

2)外加反向电压——PN结截止

将电源正极接N区、负极接P区，称为PN结反向偏置(简称反偏)。PN结反向偏置如图1.8(b)所示。这时，因外加电场与内电场方向相同，外电场加强了内电场，使空间电荷区变宽，阻碍了多子扩散运动的进行，但却有利于少子的漂移运动。此时流过PN结的电流，主要由少子的漂移运动形成，其方向是由N区流向P区，称为反向电流IR。因为少数载流子是由本征激发产生的，在一定温度下，少数载流子的数目也是一定的，所以，反向电流IR几乎不随外加电压而变化，故又称为反向饱和电流。在室温下，少数载流子数目极少，所以反向电流很小，一般可以忽略，此时PN结呈高阻截止状态，相当于开关的断开状态。

从以上分析不难得出结论：PN结加正向电压时导通；加反向电压时截止。这种特性称为PN结的单向导电性。

复习与讨论

1.1-1什么是半导体？半导体有哪些特性？

1.1-2什么是共价键？什么是共价键结构？

1.1-3什么是本征半导体、N型半导体、P型半导体？

1.1-4本征半导体之所以能用来制作电子器件的原因是什么？

1.1-5什么是本征激发与复合？它们与温度有什么关系？

1.1-6什么是电子和空穴？它们有什么异同点？试举生活中的事例说明。

1.1-7在杂质半导体中，正离子、负离子是怎样形成的？它们参与导电吗？

1.1-8半导体在掺入杂质后形成的电子和空穴与热激发形成的电子和空穴有何异同点？

1.1-9什么叫PN结的偏置？PN结正偏和反偏各有什么特点？

1.1-10如何理解PN结的单向导电特性？

本节内容对应本章练习题1.1中的(1)、(2)，1.2中的(1)～(3)。

1.2半导体二极管

1.2.1半导体二极管的外形、结构、电路符号及类型

1．二极管的外形、结构及电路符号

用不同的材料把PN结封装起来，在P区和N区各引出一个电极就制成了半导体二极管，外形如图1.9(a)所示。从P区引出的电极称为正极，从N区引出的电极称为负极。二极管的结构如图1.9(b)所示，其电路符号如图1.9(c)所示。图1.9半导体二极管的外形、结构及电路符号(a)二极管外形；(b)二极管结构；(c)电路符号

2．二极管的类型

按照不同的分类方法，二极管的类型如下：

(1)按制作材料分，可分为硅管和锗管；

(2)按制造时PN结的结面积大小分，可分为点接触型和面接触型；

(3)按功率分，可分为大、中、小功率二极管；

(4)按用途分，可分为普通管、稳压管、整流管、开关管等。1.2.2二极管的命名方法

国产二极管命名方法依国标(GB/T249—1989)由五部分组成，如图1.10所示。各部分符号的含义见附录一。图1.10二极管的命名方法1.2.3二极管的伏安特性

所谓伏安特性，是指加在二极管两端的电压和流过二极管电流的关系曲线。以电压为横坐标，电流为纵坐标，二极管的伏安特性如图1.11所示。图1.11二极管的伏安特性曲线以硅管的伏安特性(图中实线所示)为例，说明如下。

1．正向特性

当二极管正向偏置时，正向电压较小时有段“死区”，此电压称为死区电压或阈值电压，锗管约为0.1V，硅管约为0.5V，如图1.11中OA段所示。当二极管两端所加电压超过阈值电压后，正向电流随着外加电压的增加而快速上升，如图中AB段所示。此时，二极管正向电压变化不大，硅管一般为0.7V，锗管约为0.3V。分析电路时，可以把二极管看成是理想二极管，理想二极管的正向导通电压等于零，此时，二极管在电路中相当于一个处于导通状态的开关。

2.反向特性

当二极管反向偏置时，只有微小的电流通过，称为反向电流，如图1.11中OC段。反向电流是由半导体中的少子形成的，基本上不随反向偏置电压的变化而变化，但与温度和光照强度有关。此时，二极管呈现很高的反向电阻，处于截止状态。分析电路时，可以把二极管看成是理想二极管，理想二极管的反向电流等于零，在电路中相当于开关的断开状态。

3.反向击穿特性

当反向电压继续增大，达到一定数值时，如图1.11中CD段，反向电流会突然增大，使PN结失去单向导电性，这种现象称为反向击穿。发生反向击穿时的电压称为反向击穿电压UBR。知识窗

什么叫电击穿、热击穿?

PN结的击穿可分为电击穿和热击穿。电击穿是指外加反向电压过大，超出PN结的最大反向工作电压时，反向电流急剧增大导致的击穿现象，它只在外加反向电压时发生，是可逆的；而热击穿是指PN结电流和电压的乘积超过PN结允许的最大耗散功率、温度超过极限工作温度而造成的损坏，它在外加正、反向电压时都有可能发生，是不可逆的。

1.2.4二极管的主要参数

在实际使用中，必须根据实际需要，选择对应参数的二极管。二极管的主要参数有以下几个。

1．最大反向工作电压URM

最大反向工作电压指二极管在使用时所允许承受的最大反向电压，通常取反向击穿电压UBR的一半作为最大反向电压。

2．最大整流电流IF

IF指二极管长期工作时，允许通过的最大正向平均电流。使用时流过二极管的最大平均电流不能超过IF。否则，二极管会因电流过大而损坏。

3．反向电流IR

IR指给二极管加反向电压时的反向电流值。反向电流大，说明管子的单向导电性能较差。反向电流受温度的影响较大，温度上升时，反向电流增加。

4．最高工作频率fM

最高工作频率fM指二极管正常工作时的上限频率值，它的大小与PN结的结电容有关。二极管的工作频率超过此值时，二极管反偏时的等效阻抗将变得很小，二极管的单向导电性能变坏。知识窗

为什么PN结的反向电流IR取决于温度而与外加电压基本无关？而且锗管的反向电流远大于硅管的反向电流？

反向电流是由少数载流子形成的电流，数量的多少取决于温度和光照，所以与外加电压基本无关。

锗和硅在原子结构上有差别，锗比硅多一层电子，最外层的电子离原子核的距离远一些，受原子核的束缚小一些，导致锗的最外层电子更容易成为自由电子，也就是说锗半导体中少数载流子的数量远多于硅半导体，所以锗管的反向电流一般远大于硅管的反向电流。1.2.5二极管的简易测试及应用

1．目测法

一般二极管的管壳上有识别标记，可依据二极管符号识别正负极。玻璃外壳的锗二极管，有色点或黑色环的一端为负极。

2．仪表测试法

用万用表电阻挡的R×1k或R×100挡测二极管的电阻值，若测得电阻值较小，则黑表笔所接触的一端为二极管正极，红表笔所接触的一端为负极。若测得电阻值很大，则黑表笔所接触的一端为负极，红表笔所接触的一端为正极。使用万用表测试二极管的示意图如图1.12所示。图1.12使用万用表简易测试二极管示意图

(a)阻值小；(b)阻值大一般情况下，小功率锗管测得的正向电阻在100～1000Ω之间，硅管为几百到几千欧姆之间。锗、硅管的反向电阻在几百千欧以上。若两次测得阻值都很小，则表明管子内部已经短路；若两次测得的阻值都很大，则表明管子内部已经断路。

3．应用

二极管在电路中主要起开关、限幅、隔离等作用。

例1.1如图1.13所示，设二极管是理想二极管，试分析其工作过程。

解输入电压ui在正半周且ui>US时，二极管VD导通，将输出uo的幅度限制在uom=US。当ui<US时，二极管承受反向电压而截止，二极管VD两端相当于开路，所以uo=ui。二极管使输出电压uom≤US，这种作用称为限幅。图1.13二极管限幅电路(a)电路图；(b)波形图1.2.6特殊二极管

1．稳压二极管

稳压二极管是一种特殊的面接触型硅二极管，在一定条件下能起到稳定电压的作用。它工作在反向击穿区，当电流在很大范围内变化时，电压基本不变，该电压称为稳定电压UZ。稳压二极管的外形、电路符号及伏安特性如图1.14所示。

常见的稳压二极管有2CW18、2CW21A、2CW55A等。图1.14稳压管的外形图、伏安特性曲线及图形符号(a)外形图；(b)电路符号；(c)伏安特性

2．光电二极管

光电二极管又称光敏二极管，作为光敏器件使用时，其PN结工作在反偏状态。光电二极管是一种光接收器件，它的管壳上有一个玻璃窗口以便接受光照，当二极管的PN结受到光的照射时，少数载流子数量增加，在反偏电压作用下，反向电流随光照强度的增加而上升。光电二极管可用于光的测量，光电二极管的外形及符号如图1.15所示。图1.15光电二极管的外形及符号(a)外形图；(b)电路符号

3.发光二极管

发光二极管是一种把电能转换成光能的半导体器件，简称LED，电路符号如图1.16所示。图1.16发光二极管的外形及符号

(a)外形图；(b)电路符号发光二极管具有单向导电性能，区别于普通二极管的是加正向电压时导通并伴有发光现象。发光二极管所发光线可分为可见光和不可见光，可见光主要有红、黄、绿、橙、蓝光等，不可见光有红外线。发光二极管主要用于信号指示、数字显示、数码管及广告大屏幕等。

发光二极管引脚较长者为正极，较短者为负极，若管帽上有凸起标志，则靠近标志的管脚为正极。

4．变容二极管

变容二极管是利用二极管PN结反偏时，结电容大小随外加电压的变化而改变制作的，其反偏电压越大，结电容越小。变容二极管符号如图1.17所示。

变容二极管的容量一般为几十到几百皮法，它主要用于高频电路中的自动调谐等。图1.17变容二极管的电路符号复习与讨论

1.2-1二极管的图形符号和文字符号分别是什么？

1.2-2二极管如何命名？各部分的含义是什么？

1.2-3试比较硅、锗这两种半导体材料的二极管伏安特性曲线的异同。

1.2-4二极管主要有哪些极限参数和性能质量参数？

1.2-5如何用万用表测量二极管的好坏和正负极？

本节内容对应本章练习题1.1中的(3)、(4)，1.2中的(4)～(6)，1.3～1.8。

1.3半导体三极管

半导体三极管是电子线路的基本元件，也是构成放大电路的基本组成元件，在电路中起着极其重要的作用。

1.3.1半导体三极管的外形、结构及分类

1．三极管的外形

常见的半导体三极管外形如图1.18所示。图1.18常见的半导体三极管外形图(a)硅酮塑料封装；(b)金属封装小功率管；(c)金属封装大功率管

2．三极管的结构

在一块半导体晶片上，采用特殊工艺制作两个PN结，就形成了晶体三极管。它要么有两个N区、一个P区，称为NPN型三极管；要么有两个P区、一个N区，称为PNP型三极管。晶体三极管中间的区域叫做基区，两边分别为发射区和集电区，从这三个区各引出一个金属电极，分别称为基极(用b表示)、发射极(用e表示)和集电极(用c表示)。集电区和基区之间的PN结称为集电结，基区和发射区之间的PN结称为发射结。三极管的结构及符号如图1.19所示。两种管子符号中箭头的方向不同，带箭头的电极为发射极，箭头的方向为发射结的正方向，即发射结加正偏电压时的电流方向。

三极管的内部结构特点为：发射区掺杂浓度高，基区很薄且掺杂浓度低,集电结面积大，这也是三极管具有放大作用的内部条件。

三极管型号的命名方法与二极管相似，见附录一。图1.19三极管的结构及符号(a)NPN型三极管；(b)PNP型三极管

3．三极管的分类

按照不同的分类方法，三极管可分为以下几种。

(1)按结构不同分为NPN型和PNP型；

(2)按材料不同分为硅管和锗管；

(3)按其功率大小分为大、中、小功率管；

(4)按频率高低分为低频、高频管。知识窗

什么叫单极型晶体管和双极型晶体管？

单极型和双极型晶体管的区别是半导体中参与导电的载流子是一种还是两种。单极型晶体管只有一种载流子(多数载流子)参与导电，例如后面讲到的场效应管；双极型晶体管中两种载流子(多数载流子和少数载流子)都参与导电，例如晶体三极管。1.3.2三极管的放大条件及电流放大作用

1．三极管放大的外部条件

三极管实现放大，除了满足内部结构要求外，还必须有合适的外部条件。三极管实现放大作用的外部条件是：发射结正向偏置，集电结反向偏置。对于NPN型三极管，集电极电压必须高于基极电压，基极电压高于发射极电压，即UC>UB>UE；而对于PNP型三极管，要求UC<UB<UE。NPN型三极管工作时电源接线如图1.20(a)所示，PNP型三极管工作时电源接线如图1.20(b)所示。图1.20三极管工作时电源接线图(a)NPN型；(b)PNP型

2.三极管各极电流的分配关系和电流放大作用

为了了解三极管各个电极的电流分配及它们之间的关系，我们先做一个实验，实验电路如图1.21所示。由于电路发射极是公共端，因此这种接法称为共发射极接法。图1.21测试三极管各极电流分配关系的电路图1.21中，UCC通过基极电阻Rb和电位器RP将正向电压加到基极和发射极之间，为发射结提供正向偏置，从而形成基极电流IB和发射极电流IE；UCC将电压加到集电极与发射极之间，为集电结提供反向偏置。

调节可变电阻RP改变基极电流IB，从而引起IC、IE的变化，测得各组数据如表1-1所示。表1-1三极管各电极电流测试值

表中所测数据表明：

IE=IB+IC(1.1)

此结果符合基尔霍夫电流定律，即发射极电流(流出电流)等于集电极电流(流入电流)与基极电流(流入电流)之和。

从表中的数据还可以看出：IC>>IB，而且当调节电位器RP使IB有一个微小的变化时，就能够引起集电极电流IC较大的变化，这就是三极管实现放大作用的实质，用小电流IB控制大电流IC。因此，三极管是一种电流控制的电流源(CCCS)。从表1-1中可以看出，当三极管外部工作条件满足并且处于放大状态时，其集电极电流和基极电流的比值基本为一常数。三极管接成共发射极电路时，集电极电流IC与基极电流IB的比值称为共发射极电流放大倍数，即直流电流放大倍数，用表示：

(1.2)

即直流电流放大倍数表示三极管的直流放大能力。

集电极电流的变化量ΔIC与基极电流的变化量ΔIB的比值称为交流电流放大倍数，用β表示：

(1.3)

交流电流放大倍数表明三极管的交流放大能力。

显然，和β的含义是不同的，但两者数值较为接近，≈β，今后在估算时，都用β表示。知识窗

三极管β值的标识

由于半导体器件的离散性较大，即使同型号管子的β数值也可能相差很大。为了便于选用三极管，国产管通常采用色标来表示β的大小，部分三极管色标对应的β值见表1-2。1.3.3三极管的特性曲线

三极管的伏安特性曲线，是指三极管各极电压与电流之间的关系曲线。三极管是非线性元件，所以其伏安特性曲线也是非线性的。三极管伏安特性曲线分为输入特性曲线和输出特性曲线。最常用的是共发射极接法时的输入特性曲线和输出特性曲线。图1.22为三极管特性曲线测试电路。图1.22三极管的特性曲线测试电路

1．输入特性曲线

集电极与发射极之间的电压UCE为常数时，输入回路中加在三极管基极与发射极之间的发射结电压UBE和基极电流IB之间的关系曲线，称为输入特性曲线，如图1.23(a)所示。函数关系式为

(1.4)当UCE=0时，从输入端看进去，相当于两个PN结并联且正向偏置，此时的特性曲线类似于二极管的正向伏安特性曲线。UCE增大时，输入特性曲线右移，这说明UCE对输入特性有影响。特性曲线右移表明，同样的UBE，IB将减小。UCE愈大，曲线愈向右移，但从UCE大于一定值(一般当UCE>1V，集电极反偏)后，曲线基本重合，因此只需测试一条UCE>1V的输入特性曲线。这说明，当三极管实现放大作用的外部工作条件满足时(发射结正向偏置，集电结反向偏置)，基极电流IB和发射结电压UBE之间的关系是基本确定的。输入特性曲线与二极管正向特性曲线一样，也有一段死区电压。一般硅管的死区电压约为0.5V，锗管约为0.1V。当发射结导通后，导通压降硅管为0.6～0.7V，锗管为0.2～0.3V。图1.23三极管的特性曲线(a)输入特性曲线；(b)输出特性曲线

2．输出特性曲线

当IB为常数时，输出回路中集电极电流IC与集-射极电压UCE之间的关系曲线，称为输出特性曲线。函数关系为

(1.5)

当IB取不同值时，可以测得不同曲线，所以输出特性曲线是一个曲线簇，如图1.23(b)所示。根据三极管集电结、发射结的偏置情况，可将输出特性曲线分成三个区域：放大区、饱和区、截止区。

1)放大区

将IB＞0、UCE＞1V、曲线比较平坦的区域称为放大区，即UCE＞UBE。在放大区，发射结正向偏置，集电结反向偏置，集电极电流IC与基极电流IB成正比，即IC=βIB。当UCE＞1V后，无论UCE怎样变化，IC几乎保持不变，具有恒流特性。

2)截止区

截止区指IB=0以下的区域，此时发射结、集电结均为反向偏置，三极管各极电流接近于0，e、b、c极之间可近似看做开路。

3)饱和区

饱和区指UCE≤UBE的区域。此时发射结和集电结均正偏，三极管中IB失去对IC的控制作用，即三极管失去放大作用。此时所对应的UCE值称为饱和压降，用UCES表示。一般小功率管的UCES在0.4V以下(硅管约为0.3V，锗管约为0.1V)，大功率管的UCES为1～3V。理想情况可以认为UCES≈0，c、e间相当于短路。知识窗

能否根据三极管输出特性曲线判断β的大小？

从三极管的输出特性曲线上可以看出，电流放大系数β相当于两条输出特性曲线间的纵向间距ΔIC

与所对应的基极电流增量ΔIB的比值。如果在同一测试条件下，还可以根据不同三极管的输出特性曲线疏密来比较β的大小，即输出特性曲线越密，β越小。所以，可以根据三极管输出特性曲线判断(或计算)β的大小。1.3.4三极管的主要参数及温度的影响

1.主要参数

三极管的主要参数，除了前面讨论的共射极直流电流放大倍数、共射极交流电流放大倍数β(≈β)以外，还有极间反向电流以及一些极限参数：

1)集电极—基极反向饱和电流ICBO

ICBO是晶体管发射极开路时，集电极和基极间的反向漏电流，在温度一定的情况下，ICBO接近于常数，所以又叫反向饱和电流。常温时，小功率硅管的ICBO小于1μA，锗管的ICBO约为10μA。

2)穿透电流ICEO

ICEO为基极开路时，由集电区穿过基区流入发射区的电流。ICEO＝ICBO+βICBO，即

ICEO=(1+β)ICBO

(1.6)

而集电极电流IC为

(1.7)

3)集电极最大耗散功率PCM

集电极最大耗散功率PCM指集电结允许功率损耗的最大值，其大小由集电结所允许的最高工作温度决定。一般硅管允许结温为150℃，锗管约为70℃，当温度过高时，管子容易烧坏。所以，当PC=UCEIC<PCM时，才能保证管子正常工作。

4)集电极最大允许电流ICM

集电极电流IC增大到一定程度时，β值下降。规定β下降到正常值的2/3时所对应的集电极电流为ICM。

5)反向击穿电压

当基极开路时，集电极与发射极之间所能承受的最高反向电压U(BR)CEO

称为集电极与发射极之间的反向击穿电压，实际使用时要求满足UCE<U(BR)CEO。

当发射极开路时，集电极与基极之间所能承受的最高反向电压U(BR)CBO称为集电极与基极之间的反向击穿电压。

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U(BR)EBO

称为发射极与基极之间的反向击穿电压。U(BR)EBO一般约为5V。

2.温度对三极管参数的影响

三极管的各种参数都受温度的影响，主要表现在ICBO、β和UBE。

1)温度对ICBO的影响

ICBO是由集电区的少子及基区的少子所形成的电流，温度越高，电子的热运动产生的少子就越多，所以ICBO增加。ICBO的增加导致ICEO增加,三极管输出特性曲线上移。实验测得温度每升高10℃，ICBO约增加一倍。

2)温度对UBE的影响

三极管在IB相同的条件下，输入特性曲线随温度升高而左移，UBE减小。一般温度每升高1℃，UBE减小2～2.5mV。

3)温度对放大倍数β的影响

温度升高时，三极管放大倍数β增大。

为了使三极管放大电路工作稳定，应尽量减小温度变化，以提高放大电路的稳定性。1.3.5三极管的引脚判别及性能测试

1.基极的判别

我们知道，每个三极管都有发射结和集电结两个PN结，所以根据PN结的单向导电性，就可以很快把基极判别出来。将万用表欧姆挡选到R×1k或R×100，如图1.24(a)所示。先假定某一管脚为基极，以黑表笔相接，用红表笔分别接触另外两个电极，当发现测得的两阻值都很小(或都很大)时，将黑、红表笔对调，重复测量一次，如果阻值都很大(或都很小)，则此假定正确，该电极为基极。

在上述的测量中其实已经包括了三极管类型的判定。若最初是用黑表笔与假定的基极相接，且阻值都小的情况，为NPN型；反之，为PNP型。

如果测得阻值一大一小，重新假定另一个电极为基极，继续测量，直到确定基极为止。

2.集电极、发射极的判断

万用表欧姆挡仍处于R×1k或R×100，以NPN型管为例，假定另两个管脚中一个为集电极，在集电极和基极间接一个大电阻R(100kΩ左右)，如图1.24(b)所示，用黑表笔接假定的集电极，红表笔接发射极，测得一阻值，并记录；重新假定另一个电极为集电极，重复上述过程，测得另一阻值。比较两次测量阻值的大小，阻值小的那次测量中，假设是正确的。其中R也可以用手指(人体电阻)代替，但由于手指接触松紧不同，要特别注意防止误判，如图1.24(c)所示。图1.24三极管管脚测试电路图(a)基极的测量；(b)集电极、发射极的测量；(c)用手指充当电阻如果万用表具有测量三极管β值的功能，则可以利用此功能判断三极管的管脚。可以假定除基极之外的另两个管脚中一个为集电极，一个为发射极，插入万用表中测量β值的插孔中，测量管子的β值，如果测量值较大，说明假定是正确的。如果测量β的值较小，重新假定集电极和发射极，插入插孔重新测量。如果两次测量结果均较小，说明管子可能已经损坏。

3．三极管的选择

根据电路的需要选择三极管，一般会考虑工作频率、集电极电流、电流放大倍数、反向击穿电压、耗散功率和热稳定性等因素。选择时应注意以下两点：

(1)尽量选择硅管，因为锗管的热稳定性差，只有在需要低电压导通的场合才会考虑。

(2)三极管工作时，不能超越三极管的极限参数ICM、PCM、U(BR)CEO等，要留些余量，避免损坏管子。当功率较大时，应加装散热片。复习与讨论

1.3-1按极性可将三极管分为哪两类？从符号上怎么区别？

1.3-2三极管电流IB、IC和IE之间有什么关系？

1.3-3三极管实现放大的内部条件和外部条件分别是什么？

1.3-4如何理解三极管的电流放大作用？

1.3-5画出三极管的输入、输出特性曲线，并叙述其特点。

1.3-6用万用表如何判定三极管的管脚和类型？

本节内容对应本章练习题1.1中的(5)～(7)，1.2中的(7)、(8)，1.9～1.14。1.4场效应管

场效应管也是由PN结组成的半导体有源器件，是利用输入电压产生的电场效应来控制输出电流的，所以称为电压控制型器件。它在现代电子计算机和超大规模集成电路中得到广泛应用。其工作过程中只有一种载流子(多数载流子)参与导电，又称为单极型场效应管。知识窗

与三极管相比，场效应管有哪些主要特点？

(1)场效应管的输入电阻远远大于三极管，可高达1015Ω；

(2)场效应管的热稳定性好，噪声小，而且抗辐射能力强；

(3)制造工艺简单、成本低、寿命长而且体积小，便于大规模集成。场效应管根据结构不同，可以分为结型场效应管(JFET)和绝缘栅型场效应管(IGFET)(即MOS管)两大类；依其材料和制造工艺的不同，可分为N沟道场效应管和P沟道场效应管。1.4.1结型场效应管

1.结构和符号

结型场效应管的结构、符号及实物外形如图1.25所示。N沟道结型场效应管的结构，是在一块N型硅半导体材料两端各引出一个电极，一端称做源极S，一端称做漏极D，在N形材料两侧采用特殊工艺制作两个高掺杂的P区，形成两个PN结。两侧P区从内部相连后引出一个电极，称为栅极G。源极S和漏极D之间的电流沟道，称为导电沟道(N沟道)，该沟道的多数载流子是自由电子。这种结构称为N沟道结型场效应管。图1.25

N沟道结型场效应管的结构、符号及实物外形(a)N沟道结构示意图；(b)N沟道符号及实物外形同理，在P型硅半导体材料两端各引出一电极，并制作两个N区，则构成P沟道结型场效应管，其符号如表1-4所示。

2．工作原理

场效应管工作在放大状态时，外加电压也需要满足一定的条件，其工作原理如图1.26所示。对于N沟道结型场效应管，栅极和导电沟道之间的PN结上的电压必须为反向电压，即UGS≤0，UGD≤0。当UGS的大小改变时，PN结的宽度改变，导电沟道的宽度及沟道电阻也随之变化。当UDS

不变时，UGS可以控制漏极电流ID的变化。所以场效应管为电压控制型器件，可以等效为一个电压控制的电流源(VCCS)。图1.26

N沟道场效应管的工作原理

P沟道结型场效应管的工作原理相同，只是UDS为负电压，UGS为正电压，它也是利用UGS电压来控制漏极电流

ID的。

3．特性曲线

场效应管的特性曲线分为转移特性曲线和输出特性曲线。

1)转移特性曲线

当UDS一定时，漏极电流ID与栅源电压UGS之间的关系曲线称为转移特性曲线，即

(1.8)

N沟道结型场效应管的转移特性曲线如图1.27(a)所示。图1.27

N沟道JFET的伏安特性曲线(a)转移特性曲线；(b)输出特性曲线当UGS=0时，ID最大，称为饱和漏电流IDSS。

当|UGS|增大时，沟道电阻增大，漏极电流ID减小。当UGS=UGS(off)时，沟道夹断，ID=0。UGS(off)称为夹断电压。

当UGS(off)≤UGS≤0时，漏极电流ID为

(1.9)

2)输出特性曲线

当栅源电压一定，即UGS为定值时，漏极电流ID与漏—源极电压UDS之间的关系曲线，称为输出特性曲线，即

(1.10)

实验测得，N沟道结型场效应管的输出特性曲线如图1.27(b)所示。正常工作时，场效应管可以分为3个工作区：

(1)可变电阻区。当UGS不变时，UDS由零逐渐增加且较小时，ID随UDS的增加而线性上升，场效应管导电沟道畅通，漏源之间相当于一个线性电阻RDS，这个电阻在UDS

较小时，主要由UGS决定，此时，沟道电阻近似为定值。当UGS改变时，RDS随之改变，故称为可变电阻区。

(2)放大区(恒流区)。当UDS≥UGS-UGS(off)，即UGD=UGS-UDS≤UGS(off)时，导电沟道将发生预夹断，沟道的电流几乎不受沟道两端的电压UDS控制。在该区域ID几乎不随UDS

的增大而增大，而是随着UGS的增大而增大，ID只受UGS的控制，体现出场效应管电压控制电流的控制作用。当UGS

一定时，ID具有恒流特性。场效应管构成放大电路时，应该工作在该区域。

(3)截止区。当UGS＜UGS(off)时，场效应管的导电沟道将全部夹断，漏极电流ID近似为0，无电流流过，场效应管截止。

如果UDS继续增大到一定值时，漏极电流ID急速加大，漏极D和源极S之间将会击穿，若不限制，场效应管将被损坏。该区域叫击穿区，此时，场效应管已不能正常工作。1.4.2绝缘栅型场效应管

结型场效应管输入电阻一般为106～109Ω，而绝缘栅型场效应管的输入电阻可超过109Ω，最高达1015Ω，故该类场效应管应用较为广泛。绝缘栅型场效应管又称为MOS管，按导电沟道可分为N沟道和P沟道两种，按工作方式可分为增强型和耗尽型两类。

1．N沟道增强型场效应管

1)结构和符号

N沟道增强型绝缘栅型场效应管简称增强型NMOS管，其结构如图1.28(a)所示。它是以一块掺杂浓度较低，电阻率较高的P型硅为衬底，在衬底表面制作两个掺杂浓度高的N区(用N+表示)作为源极S和漏极D，再在硅片上覆盖一层二氧化硅绝缘层，喷镀一层铝作栅极G，最后引出电极封装而成。由于栅极与漏源之间绝缘，故称为绝缘栅型。因为是用金属(Metal)、氧化物(Oxide)和半导体(Semiconductor)制成，所以它又称为金属—氧化物—半导体场效应管，简称MOS管。图1.28(b)是增强型N沟道绝缘栅型场效应管的图形符号，箭头向内表示N沟道。若采用N型硅作衬底，源极、漏极为P+型，则导电沟道为P沟道，增强型P沟道场效应管的电路符号如图1.28(c)所示。其符号与N沟道类似，只是箭头方向朝外。图1.28

N沟道增强型场效应管的结构及图形符号

(a)N沟道结构示意图；(b)N沟道符号；(c)P沟道符号

2)工作原理

如图1.29所示，给N沟道增强型场效应管加漏源电压UDD、栅源电压UGS，当UGS=0时，漏极和源极之间相当于两个PN结背靠背串联，其中一个PN结是反向的，漏极和源极间的电流很小，几乎为0。当UGS>0时，在栅极与衬底间将形成一个指向衬底的电场，此电场排斥P型衬底中的空穴，而吸引P型衬底中的自由电子到栅极下面。当UGS足够大时，在栅极下面形成一个高密度的电子层，由于电子层与P型衬底中多数载流子(空穴)的极性相反，所以称为反型层。它将两个N+区连接在一起，称为N型导电沟道，在外加电压UDS的作用下，形成漏极电流ID。通常，把形成导电沟道时所需的最小栅源电压称为开启电压，用UGS(th)表示。改变UGS可以控制沟道宽度，进而控制漏极电流ID。图1.29

N沟道增强型场效应管的工作原理(a)结构示意图；(b)N沟道电路图

3)特性曲线

(1)转移特性曲线。增强型N沟道MOS管的转移特性曲线如图1.30(a)所示。若UDS足够大(例如UDS＝10V)，使场效应管工作在放大区，则其转移特性曲线基本不变。图1.30

N沟道增强型场效应管的伏安特性曲线

(a)转移特性曲线；(b)输出特性曲线当UGS<UGS(th)时，ID≈0，这相当于晶体管输入特性曲线的死区；当UGS=UGS(th)时，导电沟道开始形成，随着UGS的增大，ID也增大，这说明ID开始受到UGS的控制。它们之间的关系可用下式近似表示：

(1.11)

式中，ID0是UGS=2UGS(th)时的ID值。

(2)输出特性曲线。N沟道增强型绝缘栅型场效应管的输出特性曲线如图1.30(b)所示。UGS(th)=2V，当UGS>2V时，才开始产生ID电流，正常工作时也分为可变电阻区、放大区(恒流区)和截止区，当UDS太大时，场效应管也会被击穿，对应的区域叫做击穿区。

2．N沟道耗尽型场效应管

N沟道耗尽型场效应管的结构如图1.31(b)所示,图1.31(c)为其电路符号。制造该管时，在二氧化硅绝缘层中就掺入了大量的正离子，所产生的电场使场效应管在UGS=0时，就已经形成了原始的导电沟道。图1.31

N沟道耗尽型场效应管的结构和符号(a)外形图；(b)结构图；(c)N沟道图形符号在UDS为常数的条件下，当UGS=0时，漏、源极间已经导通，流过的是原始导电沟道的漏极电流IDSS。当UGS<0时，即加反向电压时，导电沟道变窄，ID减小。UGS负值愈高，沟道愈窄，ID也就愈小。当UGS达到一定的负值时，导电沟道被夹断，ID≈0，这时的UGS称为夹断电压，用UGS(off)表示。

图1.32(a)和(b)分别为N沟道耗尽型场效应管的转移特性曲线和输出特性曲线。由图可见，耗尽型绝缘栅型场效应管不论栅－源电压UGS是正是负或零，都能控制漏极电流ID，这个特点使它的应用具有较大的灵活性。一般情况下，这类管子还是工作在负栅－源电压的状态。图1.32

N沟道耗尽型场效应管特性曲线(a)转移特性曲线；(b)输出特性曲线实验表明，当UGS≥UGS(off)时，ID与UGS的关系可用下式表示：

(1.12)

式中：IDSS为UGS=0的漏极电流；UGS(off)为夹断电压。知识窗

使用MOS管有什么注意事项？

(1)保存:要将MOS管各电极短路保存，以免感应电压过高造成击穿，可以给各极加短路环，放在金属盒子里或插在导电泡沫上；

(2)测试：不能用万用表，必须用测试仪，而且在测试时应先接入测试仪，再去除短路线，在任何时候，栅极都不能悬空；

(3)焊接：电烙铁要有良好接地，在焊接时保持各极短路状态。

各种场效应管的符号和特性曲线比较如表1-4所示。表1-4各种场效应管的符号和特性曲线比较

续表一

续表二

复习与讨论

1.4-1什么是场效应管？根据结构不同，场效应管可分为哪几类？根据材料不同，可分为哪几类？

1.4-2画出N沟通增强型和N沟通耗尽型场效应管的符号。

1.4-3场效应管的三个电极，分别相当于三极管的哪个电极？

本节内容对应本章练习题1.1(8)，1.2中的(9)、(10)，1.15～1.17。

本章小结

1.半导体的特性

导电性能介于导体和绝缘体之间的物质叫做半导体，常用的半导体有硅、锗等材料。半导体中有自由电子和空穴两种载流子。纯净的不含杂质的导体(本征半导体)，在常温下，载流子数目较少，导电能力较差。半导体具有热敏特性、光敏特性和掺杂特性。

2.PN结及单向导电特性

在纯净的半导体中掺入三价或五价元素，可形成P型和N型半导体。经特殊工艺制作形成PN结，是构成半导体器件的核心。单个PN结具有单向导电性，正偏时导通，反偏时截止。小功率二极管的正向导通压降由其构成材料决定，一般硅管为0.7V，锗管约为0.3V。理想二极管的导通电压为零，反向电流为零。

3.晶体三极管的放大条件

三极管是由三个区、两个PN结组成的，按极性可分为NPN型和PNP型两大类。三极管内部三个区的特点分别是：基区很薄，发射区掺杂浓度很高，集电结面积大。这也是三极管的内部放大条件。三极管之所以具有电流放大作用，是由其内部结构和外部工作条件共同决定的。三极管处在放大状态的外部工作条件是：发射结正偏，集电结反偏。三极管是一种电流控制型器件。

4.晶体三极管的三个工作区(三种工作状态)

晶体三极管正常工作时有三种工作状态，即三个工作区。

1)放大区(放大状态)

三极管处于放大区的条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。

三极管处于放大区的特点：IC=βIB。

2)饱和区(饱和状态)

饱和条件：发射结和集电结均为正向偏置。

饱和时的特点：IB失去对IC的控制作用，即失去放大作用，IC＜βIB；三极管饱和时，饱和压降UCES≈0.3V，理想状态时，可以认为UCES等于零。

3)截止区(截止状态)

截止条件：发射结和集电结均为反向偏置。

截止时的特点：IB≈0，IC≈0，IE≈0。

三极管在模拟电路中作为放大器件使用时，必须工作在放大区；在数字电路中作为电子开关使用时，工作在饱和区和截止区。知识窗

模拟电路和数字电路

电子技术中所讲的“信号”是指变化的电压或电流，即电信号。电信号分为模拟信号和数字信号两大类。

模拟信号是指在时间上信号的幅度连续变化的信号，如温度、压力、语音等物理量的信号。工作在模拟信号下的电子电路称为模拟电子线路，简称模拟电路。例如，常用的调幅、调频收音机，目前通用的电视发射系统和电视接收机，指针式万用表等。

数字信号指时间上和数值上都是离散的、不连续的信号。数字信号所表现的形式是信号在“有”和“无”两种状态间快速转换，是一系列矩形脉冲串。工作在数字信号下的电子电路称为数字电子线路，简称数字电路。例如，数字显示万用表、数字显示电子表等均为数字电路。模拟信号和数字信号的波形图如图1.33所示。图1.33模拟信号和数字信号波形图

(a)模拟信号波形；(b)数字信号波形

5.晶体三极管的伏安特性曲线和参数

三极管的特性可以用伏安特性曲线来描述，三极管的参数是正确运用三极管的重要依据，根据它们可以判断三极管的质量好坏，以及正确使用的范围。

6.场效应管及其分类

场效应管是一种电压控制型器件。场效应管分为结型和绝缘栅型，其中绝缘栅型场效应管又分为增强型和耗尽型，每一种都包含N沟道和P沟道两种类型。场效应管正常工作时有三个工作区域，即可变电阻区、放大区、夹断区，分别相当于三极管的饱和区、放大区、截止区。练习题

1.1判断题

(1)P型半导体是在纯净的半导体中掺入微量五价元素(例如磷)后形成的，自由电子数远大于空穴数。(

)

(2)在半导体中掺入杂质的意义不是为了提高其导电能力，而是为了形成P型半导体和N型半导体，从而构成半导体器件。(

)

(3)正向电阻越大，反向电阻越小，表明二极管的单向导电特性越好。(

)

(4)二极管正向导通时电阻很小，反向截止时电阻极大，所以理想二极管相当于一个内阻为零的开关。(

)

(5)三极管对电流的放大作用实质是对能量的控制作用。

(

)

(6)当三极管处于截止区时，发射结、集电结均反向偏置，近似看做开路。(

)

(7)既然三极管由两个PN结组成，那么用两个二极管串联就可以组成三极管。(

)

1.2填空题

(1)纯净的半导体掺入微量杂质后，电阻率将__________，温度升高和受到光的照射时，导电能力将明显__________。

(2)PN结的基本特性是__________。PN结加正向电压，是指__________区电位高，__________区电位低。

(3)N型半导体的多子是__________，P型半导体的多子是__________。

(4)若二极管正反向电阻均趋于无穷大，表明二极管__________，若正反向电阻均趋于零，表明二极管__________。

(5)二极管的正向压降由其构成材料决定，一般硅管为_________V，锗管为___________V。

(6)稳压二极管稳压时工作在__________区。

(7)三极管放大的内部条件是__________很薄，__________掺杂浓度很高，__________面积较大，外部条件是__________正偏，__________反偏。

(8)三极管输入特性是指__________之间的函数关系，输出特性是指__________之间的函数关系。

(9)场效应管三个电极D、G和S分别称为__________极、__________极和__________极，相当于三极管的__________极、__________极和__________极。

(10)场效应管与三极管相比，主要特点是__________远高于三极管，__________稳定性比三极管好。

1.3在实验室某同学用万用表测量二极管的反向电阻时，用两只手捏紧被测二极管管脚与表笔接触的地方，以保证表笔和管脚接触良好，当发现测量的反向阻值较小时，就判定管子的性能不好。实际上，该二极管在电路中却可以正常工作，试问原因何在？怎样正确用万用表判断二极管的好坏与极性？

1.4现有甲、乙、丙三个二极管，通过实验测得，当对二极管加0.5V的正向电压时，甲管电流为0.5mA,乙管为5mA，丙管为3mA；当对二极管加反向电压时，甲管电流为1μA,乙管为0.1μA，丙管为5μA。根据实验数据，试判断哪一个二极管的性能最好？

1.5由理想二极管组成的电路如图1.34所示，R＝3kΩ，试确定输出电压UO。图1.34题1.5图

1.6电路如图1.35所示。已知VD为理想二极管，R=3kΩ，试根据图中的电路判断二极管是否导通，并求UO。

1.7电路如图1.36所示。已知VD1和VD2均为理想二极管，R=3kΩ，试根据图中的电路判断二极管是否导通，并求输出电压UO。图1.35题1.6图图1.36题1.7图

1.8电路如图1.37所示。若稳压二极管VD和VD的稳定电压分别为6V和8V，R=2kΩ，求电路的输出电压UO。图1.37题1.8图

1.9从电路符号上看，如何区分NPN和PNP型三极管？3DG6是什么类型的元器件？

1.10在某次三极管放大电路测试中，测得三极管三个电极对地电压U1、U2、U3的数值如下：

(1)U1=3.5V，U2=2.8V，U3=1.5V；

(2)U1=11.8V，U2=12V，U3=5V；

(3)U1=6V，U2=11.3V，U3=12V；

(4)U1=3V，U2=9V，U3=9V；

(5)U1=－11V，U2=－6V，U3=－6.7V。

判断它们是NPN型管还是PNP型管,是硅管还是锗管，并确定各电极。

1.11用万用表测得某一电极对另两个电极的正向电阻均较小，反向电阻均较大，能否判断这个三极管两个PN结均好？若又测得c和e两极间正反向电阻均趋向于无穷大，能否初步判断这个三极管的好坏？

1.12电路如图1.38所示。根据三极管各管脚对地电压，判断哪个管子已经损坏，正常工作的管子各工作在什么状态。图1.38题1.12图

1.13已知三极管处于放大工作状态，β＝80，ICBO=1μA，IB=15μA，求IC及IE。

1.14电路如图1.39所示。在测试某二极管时，出现了图1.39所示的两种实验结果。

(1)两次测量中哪一次指针偏转的角度大？偏转角度大时，阻值大还是阻值小？

(2)按照(a)、(b)图中红黑表笔的连接方式，测量的是二极管的正向电阻，还是反向电阻?

(3)根据实验结果判断二极管的好坏。

(4)区分(a)图中二极管的P极和N极。

(5)区分(b)图中二极