模拟电路及数字电路基础知识教程

01单元半导体器件基础

由…夕节导体的导电特性

!；・••・♦导体、绝缘体和半导体

本征半导体的导电特性

心杂质半导体的导电特性

♦PN结

由■晶体二极管

!\-^二极管的结构与伏安特性

!—半导体：极管的主要参数

I；・,一/半导体：极管的等效电路与升：关特性

一・•一/稳压二极管

由…■晶体三极管

Ir二极管的结构与分类

I\-一极管内部载流子的运动规律、电流分配关系和放大作用

i—三极管的特性曲线

/、/三极管的主要参数

I二d三极管的开关特性

由•场效应管

iK结型场效应管

i二”.绝缘栅型场效应管

由…♦梆轴缉体器件

发光二极管

'光敏二极管和光敏三极管

02津元基本放大电路

由…■基本放大电路的工作原理

:…♦基本放大桢各的组成

!:…必直流通路与静态工作点

!卜.交流询各与/imrn

i二名放大电路的性能指标

由…6放大电路的图解分析法

I；..-、/放大电路的静态图解分析

i放大电路的动态图解分析

j输出电玉的最大幅度与非线性失真分析

由…■微变等效电路分析法

!4力晶体管的h参数

IX晶体管的微变等效电路

I二•必用微变等效।电路法分析放大电路

由…•静态工作点的稳定

I尹《温度变化对静态工作点的影响

「恪工作点稳定的电路

由■场效应管放大电路

场效应管放大电路的静态分析

由.多级放大电路

多级放大电路的级间耦合方式

多级放大电路的分析方法

由…•放大侬备的频率特性

K单级阻容耦合放大电路的频率特性

多级阻容耦合放大电路的频率特性

03单元负反

由….反馈的基本概念和分类

IK反馈的基本概念和一般表达式

I反馈放大段各的类型与判断

由一.负反馈放大电路基本类型举例

I竺♦电压串联负反馈放大电路

::

I电流并联负反馈放大电路

!\"^电流串联负反馈放大电路

I二”.电压并联负反馈放大电路

由…6负反馈对放大।瞬性能的影响

I留顺大储

!/提高放大倍数的稳定性

j展宽通频带

1；减小非线性失真

I二.,/改娜入电阻和输出电阻

由…•负反馈放大电路的分析方法

深度负反馈放大电路的近似计算

二*方框图法分析负反馈放大电路

04单元功率放大器

由…■功率放大电路的基本知识

I骏

::

I甲类单管功率放大电路

由…@互补对称功率放大火

j”"<OCL类互补放大电路

OTL甲乙类互补对称电路

■复合互补对称电路

@变压器耦合推挽功率放大।蹶

05耦合放大电路

由…6顺

…于直接耦合放大电路中的零点漂移

由…■基本差动放大电路的分析

基本差动放大电路

；基本差动放大电路抑伟零点漂移的原理

；・•勿基本差动放大电路的静态分析

基本差动放大电路的动态分析

二名差动放大邨各的刎

06集成运算放大器

由….知戈利备野陶识

!:

;救炖^的特点

IA/集成电路恒流源

!二-、/有源负载的基本概念

由….集成运放的典型电路及参数

I:…/财第=攵F007।幡简介

［二,•/集成运放的主要技术参数

加，期滋放的血口

概述

:…必磁的基本雌方式

集;照放在信号运算方面的应用

二”.集成运放在使用中应注意的问题

07单元直流电源

由…♦整流电路

/斗皱蟋各

加全波整流F幡

于桥超流棚各

i、,十倍压整流电路

由”■'滤被栈各

心电精缴邮各

:电^惑滤波电路

I复式滤波电路

!二”.有源滤波Ffcl路

由…⑥稳压叫

:…、/并联型硅稳压管稳压电路

串联型稳压越的檄I源

带有放大环节的串联型稳压电路

:…七夕稳压电源的质量指标

二”.提高稳压电源性能的措施

08正弦电路

由・・■自激振荡原理

心自激振荡的条件

…必自激振荡的建i和振幅的稳定

：正弦波振荡电路的组成

由-■LC正弦波振荡电路

I二▼变压器反馈式振荡电路

由…•三点式LC振荡电路

!三点式LC振荡电路的构成原则

K电感上点式振荡电路

电容三点式振荡Ft1路

j二“♦克拉泼可席勒振荡电路（改进型电容三点式振荡电路）

由,■石英品体振荡器

|石英晶体的基本特性和等效电路

!?•••・/石英晶振：并联型晶体振荡电路

!二-.石英晶振：串联型晶体振荡电路

由…•RC振荡电路

上".RC相移振荡电路

文氏电桥振荡电路

调制、解调和频

各调制方式

由…■调幅

i调幅原理

i;…调幅波的频谱

!—调幅波的功率

i二,必调幅电路

由,♦检波

!小信号平方律检波

i恪大信号直线性检波

由…■调频

ix调频的特点

iX调频波的表达式

I\~^调频电路：变容：极管调频电路

i二”、?调频与调幅的比较

由--鉴频

1:…必对称式比例鉴频刘

I二▼不又撒式比例鉴频利

由--变频

频原理

—变频电路

10^^无线广播与接受

6根司，播与脚攵

6无线电波的传播

由…6，勖卜差收音机

::

I留卜差收音机加II图

::

1二,〈,勖嗟收音机性能指标

由…6LC谐振回路

移LC串联谐振回路

…8LC并联谐振回路

6输入回路

@统调

■中频放大电路

•自动增益电路

■整机邨的析

半导

导体、物体和半导体

自然界的各种物质就其导电性能来说、可以分为导体、绝缘体和半导体三大类。

导体具有良好的导电特性，常温下，其内部存在着大量的自由电子，它们在外电场的作用下做定向运动形成

较大的电流。因而导体的电阻率很小，只有1。1（?".ctn金属..般为导体，如铜、铝、银等。

绝缘体几乎不导电，如橡胶、陶瓷、塑料等。在这类材料中，几乎没有自由电子，即使受外电场作用也不会

形成电流，所以，绝缘体的电阻率很大，在1010A,cm以上。

半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间，如硅、楮、硒等，它们的电阻率通常在I。'已,cm之间。

半导体之所以得到广泛应用是因为它的导电能力受掺杂、温度和光照的影响十分显著。如纯净的半导体单晶

硅在室温下电阻率约为214X1Q3A-ctn,若按百万分之•的比例掺入少量杂质（如磷）后，其电阻率急剧下

降为2X10-3。•加，几乎降低了一百万倍。半导体具有这种性能的根本原因在于半导体原子结构的特殊性。

本征半导体的导电特性

〃本•衽才字体的兵偷破鞋构4原子模型

及半导体中的我温于常用的半导体材料是单晶硅（Si）和单

晶铭（Gc）。所谓单晶，是指整块晶体中

的原子按•定规则整齐地排列着的晶体。

非常纯净的单晶半导体称为本征半导体。

价电J-

一、本征半导体的原子结构

•Q.半导体错和硅都是四价元素，其原子结构

“£》的简化模中示意图如图Z0I02所示。它们的最外层

---------—…都有4个电子，带4个单位负电荷。通常

图Z°101硅原子模型把原子核和内层电子看作一个整体,称为

惯性核，如图ZO1O1所示。

图Z0102硅本征半惯性核带有4个单位正电荷，最外层有4个价电子带有4个单位

负电荷，因此，整个原子为电中性。

二、本征激发

一般来说，共价键中的价电子不完全象绝缘体中价电子所受束缚那样强，如果能从外界获得一

定的能量（如光照、升温、电磁场激发等），•些价电子就可菖静脱共价键的束缚而成为自由电子。

理论和实验表明：在常温（T=3OOK）下,硅共价键中的价电子只要获得大于电离能EG（=LleV）

的能量便可激发成为自由电子。本征错的电离能更小，只有0.72eV。

当共价键中的一个价电子受激发挣脱原子核的束缚成为自由电子的同时，在共价键中便留下了

一个空位子，称为"空穴”。当空穴出现时，相邻原子的价电子比较容易离开它所在的共价键而填

补到这个空穴中来使该价电子原来所在共价键中出现一个新的空穴，这个空穴又可能被相邻原子

的价电子填补，再出现新的空穴。价电子填补空穴的这种运动无论在形式上还是效果上都相当于

带正电荷的空穴在运动，目运动方向与价电子运动方向相反。为了区别于自由电子的运动，把这

种运动称为空穴运动，并把空穴看成是一种带正点荷的载流子。

电子一空穴对

本征激发

复合：当自由电子在运动过程中遇到空穴时可能会填充进去从而恢复

一个共价键，与此同时消失个地子--空穴对，这相反过程称为复合。

动态平衡：在一定温度条件下，产生的"电子一空穴对"和复合的”电子一空穴对'数量相等时，形

成相对平衡，这种相对平衡属于动态平衡，避恸态平衡忖，电子一空穴对维持一定的数目。

可见，在半导体中存在着自由电子和空穴两种载流子，而金属导体中只有自由电子一种载流子,

这也是半导体与导体导电方式的不同之处。

半导体的导性

木征半导体的导电能力很弱，热稳定性也彳艮差，因此不宜直接用它制造

半导体器件。半导体器件多数是用含有一定数量的某种杂质的半导体制成。

根据掺入杂质性质的不同，杂质半导体分为N型半导体和P型半导体两种。

-、N型转体

在本征半导体硅（或错）中掺入微量的5价元素，例如磷，则磷原子就

取代了硅晶体中少量的硅原子，占据晶格上的某些位置。如图Z0103所示。

由图可见，磷原子最外层有5个价电子，其中4个价电子分别与邻近4

个硅原子形成共价键结构，多余的1个价电子在共价键之外，只受到磷原

子对它微弱的束缚，因此在室温下，即可获得挣脱束缚所需要的能量而成

为自由电子，游离于晶格之间。失去甩了的磷原子则成为不能移动的正离

子。磷原子由于可以释放1个电子而被称为施主原子，又秘施主杂质。

图Z0103N型半导体在本征半导体中每掺入1个磷原子就可产生1个自由电子，而本征激发

产生的空穴的数目不变。这样，在掺入磷的半导体中，自由电子的数目就

远远超过了空穴数目，成为多数载流子（简称多子），空穴则为少数载流子（简称少子）。显然，参与导电的主

要是电子，故这种半导体称为电子型半导体，简称N型半导体。

二、P型半导体

在本征半导体硅（或错）中，若掺入微量的3价元素，如硼，这时硼原子

就取代了晶体中的少量硅原子，占据品格上的某些位置，如图Z0104所示。

由图可知，硼原子的3个价电子分别与其邻近的3个硅原子中的3个价电子

组成完整的共价键,而与其相邻的另1个硅原子的共价键中贝啾少1个电子,

出现了1个空穴。这个空穴被附近硅原子中的价电子来填充后，使3价的硼

原子获得了1个电子而变成负离子。同时，邻近共价键上出现1个空穴。由

于硼原子起着接受电子的作用，故称为受主原子，又称受主杂质。

PN结的形成

在本征半导体中每掺入1个硼原子就可以提供1个空穴，当掺入一定数量

的硼原子时，就可以使半导体中空穴的数目远大于本征激发电子的数目，成

SZ0105PN醐缄

为多数我流于，而电了则成为少数载流已显然，参与导电的主要是空穴，

故这种半导体称为空穴型半导体，简称P型半导体。

PN结

空间电荷区一、PN结的形成

在一块完整的硅片

上，用不同的掺杂工艺

使其一边形成N型半

导体，另一边形成P

型半导体，那么在两种

受主杂助离子/篦主杂脑叶子半导体交界面附近就

PN结的形成形成了PN结，如图

Z0105所示。由于P

图Z0105PN结的形成区的多数载流子是空

穴，少数载流子是电

子；N区多数投流于是电子，少数载流子是空穴，这就使交界面

两侧明显地存在着两种载流子的浓度差。因此，N区的电子必然

越过界面向P区扩散，并与P区界面附近的空穴复合而消失，在

N区的一侧留下了一层不能移动的施主正离子；同样，P区的空

穴也越过界面向N区扩散，与N区界面附近的电子复合而消失，

在P区的一侧，留下一层不能移动的受主负离子。扩散的结果，使交界面两侧出现了由不能移

动的带电离子组成的空间电荷区，因而形成了个由N区指向P区的电场，称为内电场。随着

扩散的进行，空间电荷区加宽，内电场增强，由于内电场的作用是阻碍多子扩散，促使少子漂

移，所以，当扩散运动9漂移运动达到动态平衡时，将形成稳定的空间电荷区，称为PN结。

由于空间电荷区内缺少截流子，所以又称PN结为耗尽层或高阻区。

二、PN结的单向导电性

PN结在未加外加电压时，扩散运动与漂移运动处于动态平衡，

通过PN结的电流为零。当电源正极接P区，负极接N区时，称为

给pN结加正向电压或正向偏置，如图Z0106所示。由于PN结是

高阻区，而P区和N区的电阻很小，所以正向电压儿乎全部加在

PN结两端。在PN结上产生一个外电场，其方向与内电场相反，

在它的推动下，N区的电子要向左边扩散，并与原来空间电荷区的

正离子中和，使空间电荷区变窄。同样，P区的空穴也要向右边扩

散，并与原来空间电荷区的负离子中和，使空间电荷区变窄。结果

使内电场减弱，破坏了PN结原有的动态平衡。于是扩散运动超过

了漂移运动，扩散又继续进行。与此同时，电源不断向P区补充正

F反向偏置的PN结电荷，向N区补充负电荷，结果在电路中形成了较大的正向电流

/F。而且/F随着正向电压的增大而增大。

图Z0106单向导电性当电源正极接N区、负极接P区时，称为给PN结加反向电压

或反向偏置。反向电压产生的外加电场的方向与内电场的方向相

同，使PN结内电场加强，它把P区的多子（空穴）和N区的多子（自由电子）从PN结附近

拉走，使PN结进一步加宽，PN结的电阻增大，打破了PN结原来的平衡，在电场作用下的

漂移运动大于扩散运动。这时通过PN结的电流，主要是少子形成的漂移电流，称为反向电流

/R。由于在常温下，少数载流子的数量不多，故反向电流很小，而且当外加电压在一定范围内

变化时，它几乎不随外加电压的变化而变化，因此反向电流又称为反向饱和电流。当反向电流

可以忽略时，就可认为PN结处于截止状态。值得注意的是，由于本征激发随温度的升高而加

剧，导致电子一空穴对增多，因而反向电流将随温度的升高而成倍增长。反向电流是造成电路

噪声的主，要原因之一，因此，在设计电路时，必须考虑温度补偿问题。

综上所述，PN结正偏时，正向电流较大，相当于PN结导通，反偏时，反向电流很小，相

当于PN结截止。这就是PN结的单向导电性。

三、PN结的击穿特性

当PN结上加的反向电压增大到•定数值时，反向电流突然剧增，这种现象称为PN结的反

向击穿。PN结出现击穿时的反向电压称为反向击穿电压，用VB表示。反向击穿可分为雪崩

击穿和齐纳击穿两类。

1.雪崩击穿

当反向电压较高时，结内电场很强，使得在结内作漂移运动的少数载流子获得很大的动能。

当它与结内原子发生直接碰撞时，将原子电离，产生新的"电子一空穴对"。这些新的"电子一空

穴对"，又被强电场加速再去碰撞其它原子，产生更多的”电子一空穴对"。如此链锁反应，使结

内载流子数目剧增，并在反向电压作用下作漂移运动，形成很大的反向电流。这种击穿称为雪

崩击穿。显然雪崩击穿的物理本质是碰撞电离。

2.齐纳击穿

齐纳击穿通常发生在掺杂浓度很高的PN结内。由于掺杂浓度很高，PN结很窄，这样即使

施加较小的反向电压（5V以下），结层中的电场却很强（可达2$XI。5V/m左右在强电

场作用下，会强行促使PN结内原子的价电子从共价键中拉出来，形成"电子一空穴对"，从而

产生大量的载流子。它们在反向电压的作用下，形成很大的反向电流，出现了击穿。显然，齐

纳击穿的物理本质是场致电离。

采取适当的掺杂工艺，将硅PN结的雪崩击穿电压可控制在8〜1000V。而齐纳击穿电压低于

5V。在5〜8V之间两种击穿可能同时发生。

晶极管

评管的钠与伏靖性

晶体二极管也称半导体二极管，它是在

PN结上加接触电极、引线和管壳封装而

成的。按其结构，通常有点接触型和面结

型两类。常用符号如图Z0107中V、HD（本

资料用D）

半导体二极首

电路符号

图Z0111二极管伏安转性曲线示意图

图Z0107电路符号图Z0108点接触2

点接触型适用于工作电流小、工作频率高的场合；（如图Z0108）

面结合型适用于工作电流较大、工作频率较低的场合；（如图Z0109）

平面型适用于工作电流大、功率大、工作频率低的场合。（如图zono）

按使用的半导体材料分，有硅二极管和铭二极管；按用途分，有普通二极管、整

流二极管、检波二极管、混频二极管、稳压二极管、开关二极管、光敏二极管、变

容二极管、光电二极管等。

二极管是由一个PN结构成的，它的主要特性就是单向导电性，通常主要用它的

伏安特性来表示。

二极管的伏安特性是指流过二极管的电流ZD与加于二极管两端的电压〃D之间的

关系或曲线。用逐点测量的方法测绘出来或用晶体管图示仪显示出来的U〜I曲线，

称二极管的伏安特性曲线。图Z0111是二极管的伏安特性曲线示意图，依此为例说

明其特性。

一、正向特性

由图可以看出，当所加的正向电压为零时，电流为零；当正向电压较小时，由于外

电场远不足以克服PN结内电场对多数载流子扩散运动所造成的阻力，故正向电流

很小（几乎为零），二极管呈现出较大的电阻。这段曲线称为死区。

当正向电压升高到一定值Uy（Uth）以后内电场被显著减弱，正向电流才有明显

增加。Uy被称为门限电压或阀电压。Uy视二极管材料和温度的不同而不同，常温

下，硅管一般为0.5V左右，错管为0.1V左右。在实际应用中，常把正向特性较直

部分延长交于横轴的一点，定为门限电压Uy的值，如图中虚线与u轴的交点。

当正向电压大于勿以后，正向电流随正向电压几乎线性增长。把正向电流随正向

电压线性增长时所对应的正向电压，称为二极管的导通电压，用UF来表示。通常，

硅管的导通电压约为0.6〜0.8V（一般取为0.7V）,铸管的导通电压约为0.1〜0.3V

（一般取为0.2V）。

二、反向特性

当二极管两端外加反向电压时，PN结内电场进一步增强，使扩散更难进行。这时

只有少数载流子在反向电压作用下的漂移运动形成微弱的反向也流尿。反向电流很

小，且几乎不随反向电压的增大而增大（在一定的范围内），如图Z0111中所示。但

反向电流是温度的函数，将随温度的变化而变化。常温下，小功率硅管的反向电流

在nA数量级，错管的反向电流在nA数量级。

三、反向击穿特性

当反向电压增大到一定数值UBR时，反向电流剧增，这种现象称为二极管的击穿，

0BR（或用-B表示）称为击穿电压，UBR视不同二极管而定，普通二极管一般在几

十伏以上且硅管较错管为高。

击穿特性的特点是，虽然反向电流剧增，但二极管的端电压却变化很小，这特

点成为制作稳压二极管的依据。

四、二极管伏安特性的数学表达式

由理论分析可知，二极管的伏安特性可近似用卜湎的数学表达式来表示：

丐="到GS0101

式中，，。为流过二极管的电流，MD,为加在二极管两端的电压，片称为温度的电

压当量，与热力学温度成正比，表示为

>T=W/g其中T为热力学温度，单位是K；q是电子的电荷量，q=1602XlO-^C.

k为玻耳兹曼常数，k=L381xi（r23j/K室温下，可求得片=26mV。/R是

二极管的反向饱和电流。

五、温度对二极管伏安特性的影响

二极管是温度的敏感器件，温度的变化对其伏安特性的影响主要表现为：随着温

度的升高，其正向特性曲线左移，即正向压降减小；反向特性曲线下移，即反向电

流增大。一般在室温附近，温度每升高I。。其正向压降减小2〜2.5mV；温度每升

高10。€\,反向电流大约增大1倍左右。

综上所述，二极管的伏安特性具有以下特点：

①二极管具有单向导电性；

②二极管的伏安特性具有非线性;

③二极管的伏安特性与温度有关。

半导体二a管的型参数

描述二极管特性的物理量称为二极管的参数，它是反映二极管电性能的质量指标，

是合理选择和使用二极管的主要依据。在半导体器件手册或生产厂家的产品目录中，

对各种型号的二极管均用表格列出其参数。二极管的主要参数有以下几种：

1.最大平均整流电流IF64v；

/F是指二极管长期工作时，允许通过的最大正向平均电流。它与PN结的面

积、材料及散热条件有关。实际应用时，工作电流应小于IF(AV),否则，可能导

致结温过高而烧毁PN结。

2.最高反向工作电压VRM

■RM是指二极管反向运用时，所允许加的最大反向电压。实际应用时，当反向电

压增加到击穿电压KR时，二极管可能被击穿损坏，因而，JZRM通常取为(1/2〜

2/3)KBRo

3.反向电流”

/R是指二极管未被反向击穿时的反向电流。理论上/R=/R(sat),但考虑表面漏

电等因素，实际上/R稍大一些。/R愈小，表明二极管的单向导电性能愈好。另外，

/R与温度密切相关，使用时应注意。

4.最高工作频率亦I

亦1是指二极管正常工作时，允许通过交流信号的最高频率。实际应用时，不要超

过此值，否则二极管的单向导电性将显著退化。.人的大小主要由二极管的电容效应

来决定。

5.二极管的电阻

就二极管在电路中电流与电压的关系而言，可以把它看成一个等效电阻，且有直

流电阻与交流电阻之别。

(1)直流等效电阻RD

直流电阻定义为加在二极管两端的直流电压UD与流过二极管的直流电流ID之

比，即

RD=-GS0102

RD的大小与二极管的工作点有关。通常用万用表测出来的二极管电阻即直流电阻。

不过应注意的是，使用不同的欧姆档测出来的直流等效电阻不同。其原因是二极管

工作点的位置不同。一般二

•・“体♦住钠位*曲五学升•底极管的正向直流电阻在几

11

0*三例介，2*%¥»8部外7停得分十欧姆到几千欧姆之间，反

唾用汉•茶

向直流电阻在几十千欧姆

阳百技＜)»***界弓到几百千欧姆之间。正反向

用汉0(携*字****《«突W直流电阻差距越大，二极管

用汉“责*字R♦示

的单向导电性能越好。

用xmtm中♦**件的电11。

(2)交流等效电阻rd

■»ft*5HAn*tAX*X

Y)。

GS0103

山亦随工作点而变化，是

非线性电阻。通常，二极管

的交流正向电阻在儿〜儿

十欧姆之间。

需要指出的是，由于制造

表Z0101国产半导体器件型号的命名方法工艺的限制，即使是同类型

号的二极管，其参数的分散

性很大。通常半导体手册上

给出的参数都是在一定测试条件下测出的，使用时应注意条件。

半导体二极管的型号命名

二极管的型号命名通常根据国家标准GB-249-74规定，由五部分组成。第一一部分

用数字表示器件电极的数目；第二部分用汉语拼音字母表示器件材料和极性；第三

部分用汉语拼音字母表示器件的类型；第四部分用数字表示器件序号；第五部分用

汉语拼音字母表示规格号。如表Z101所示。

半导体二极管的等效电路与开关特性

一、二极管的电容效应

二极管具有电容效应。它的电容包却；势垒电容6和扩散电容6。

1.势垒电容OBCCr)

前面已经讲过，PN结内缺少导电的载流子，其电导率很低，相当于介质；而PN结两侧的P区、

N区的电导率高，相当于金属导体。从这一结构来看，PN结等效于一个电容器。

事实上，当PN结两端加正向电压时，PN结变窄，结中空间『(J荷量减少，相当于电容"放电"，

当PN结两端加反向电压时，PN结变宽，结中空间电荷量增多，相当于电容"充电"。这种现象可

以用个电容来模拟，称为势垒电容。势垒电容与普通也容不同之处，在于它的电容量并非常数,

而是与外加F[1压有关。当外加反向电压增大时，势垒电容

减小；反向电压减小时，势垒电容增大。目前广泛应用的

变容二极管，就是利用PN结电容随外加电压变化的特性

制成的。

2.扩散电容6

PN结正向偏置时，N区的电子向P区扩散，在P区形成

一定的非平衡载流子的浓度分布，即靠近PN结T则浓度

高，远离PN结的Tffl浓度低。显然，在P区积累了电子,

即存贮了一定数量的负电荷；同样,在N区也积累了空穴,

即存贮了一定数即正电荷。当正向电压加大时，扩散增强,

这时由N区扩散到P区的电子数和由P区扩散N区的空穴数将增多,致使在两个区域内形成了

电荷堆积，相当于电容器的充电。相反，当正向电^减小时，扩散减弱，即由N区扩散到P区的

电子数和由P区扩散到N区的空穴数减少，造成两个区域内电荷的减少,、这相当于电容器放电。

因此，可以用一个电容来模拟，称为扩散电容。

总之，二极管呈现出两种电容，它的总电容G相当于两者的并联，即0=6+6。二极管正

向偏置时，扩散电容远大于势垒电容Q=Cb；而反向偏置时，扩散电容可以忽略，势垒电容起主

要作用，。乜力。

二、二极管的翎螭

二极管是一个非线性器件，对于非线性电路的分析与计算是比较复杂的。为了使电路的分析简

化，可以用绿院件组成的邮各来模拟二极管。使线性।蹶的电压、卜蝴关系和二极管夕隋性S

似致那么这个线性।酹就称为二极管的等效电路。显然等效id路是在定条件下的近似。

二极管应用于直流电路时，常用一个理•想二极管模型来等效，可把它看成一个理想开关。正偏

时，相当于"开关"闭合(ON),电阻为零，压降为零；反偏时；相当于"开关惭开(OFF),电阻

为无限大，电流为零。由于理想二极管模型突出表现了二极管最基本的特性-单向导电性，所以广

泛应用于直流电路及开关电路中。

在直流电路中如果考虑到二极管的电阻和门限电压的影响。实际二极管可用图Z0112所示的电

螂钺

在二极管两端加直流偏置电压和工作在交流小信号的条件卜，可以用简化的电路来等效。图中

rs为二极管P区和N区的体电阻。

三、二极管的开关特性

二极管正偏时导通，相当于开关的接通；反偏时截止相当于开关的断开，表明二极管具有开关

特性。不过一个理想的开关，在接通时开关本身电阻为零，压降为零，而断开时电阻为无穷大，

电流为冬，而且要求在高速开关时仍具有以上特性，不需要开关时间。但实际二极管作为开关运

用，并不是太理想的。因为二极管正向导通时，其正向电阻和正向降压均不为零；反向戳止时，

其反向电阻也不是无穷大，反向电流也不为零。并且二极管开、关状态的转换需要一定时间.这

就限制了它的开关速度。因此作开关时，应选用正向电阻RF小、反向电阻&R大、开关时间小的

开关二极管。

稳压二极管

—硅稳压二极管（简称

，实物图片•型号•主要参数•符号小

硅稳压管）实质上是一

GM3Z6VP•使用时的注意事项

J.OV1,1W个硅晶体二极管。稳压

1.正负极的判定

-„_„2,反而接入电路二极管的实例和管子

Z7T27Vzn2.7V3.搂入限流电阻

（ITT1F2）Pv1W4.稔压管是联管的符号如图Z0113所

1.二极管的击穿现象

图Z10113稳压二极管

由二极管的伏安特

性可知，当加于它两端的反偏Ftl压超过反向击穿电压之后，二极管将发生击穿现象。二极管的击

穿通常有三不忖青况，即雪崩击穿、齐纳击穿和热击穿。

（1）雪崩击穿

对于掺杂浓度较低的PN结，结较厚，当外加反向电压高到一定数值时，因外出场过强，使PN

结内少数载流了获得很大的动能而直接与原子碰撞，将原子电离，产生新的电/空穴对，由于链

锁反应的结果，使少数载流「数目急剧增多，反向电流雪崩式地迅速增大，这种现象叫雪崩击穿。

雪崩击穿通常发生在高反压、低掺杂的情况下。

（2）齐纳击穿

对于采用高掺杂（即杂质浓度很大）形成的PN结，由于结很薄（如0.04阿）即使外加电压并

不高（如4V）,就可产生很强的电场（如।附'/cm）将结内共价键中的价电子拉出来，产生大

量的电子一空穴对，使反向电流剧增，这种现象叫齐纳击穿（因齐纳研究而得名）。齐纳击穿一般

发生在低反压、高掺杂的情况下。

（3）热击穿

在使用二极管的过程中，如由于PN结功耗（反向电流与反向电压之积）过大，使结温升高，电

流变大，循环反复的结果，超过PN结的允许功耗，使PN结击穿的现象叫热击穿。热击穿后二极

管将发生永久性损坏。

对于硅PN结，击穿电压在7V以上的为雪崩击穿；4V以下的为齐纳击穿；在。4〜7V之间的

两种情况都有。无论哪种击穿，只要控制反向电流的数值不致弓I起热击穿，当反向电压下降到击

穿电压以下，其性能可以恢复SU未击穿前的状况。

2.稳压管的击穿特性稳压管的正向特性与•般二极管相同，而反向击穿特性很陡峭。

3.触管的主要领

(1)稳定电压上

丘稳压管反向击穿后其电流为规定值时它两端的电压值。不同型号的稳压管其丘的范围不同；

同种型号的稳压管也常因工艺上的差异而有一定的分散性。所以，也一般给出的是范围值，例如

2CW11的正在3.2〜4.5V(测试电流为10mA)。当然，二极管(包括稳压管)的正向导通特性

也有稳压作用，稳定电压只有Q6718V,且随温度的变化较大，故一般不常用。

(2)稳定电流无

IZ是指稳压管正常工作时的参考电流。■/Z通常在最小稳定电流//min与最大稳定电流岳尔之间。

其中八n是指稳缶管开始起稳作用时的最小电流，电流低于此值时，稳压效果差；历.是指

稳田管稳定工作时的最大允许电流，超过此电流时，只要超过额定功耗，稳东管将发生永久性击

穿。故，一般要求/zmin<lz</zmax»

(3)动态电阻々

rz是指在稳压管正常工作的范围内，电压的微变量与电流的微变量之比。rz.越小，表明稳压

管性白健好。

(4)额定功耗Pz

及是由管子温升所决定的参数，PT尸VzM。

(5)温度系数a

a是指以受温度影响的程度。硅稳压管在改<4V时a<0；在上>7V时，a>0；在此=4〜

7V时,a很小

三极管的结构与分类

晶体三极管

晶体三极管又称半导体三极管，简称晶体管或三极管。在三极管内，有两种截流子：电广与空穴,

它们同时参与导电，故晶体三极管又称为双极型晶体三极管，简记为BJT(英文BipolarJunction

Transistor的缩写)。它的基本功能是具有电流放大作用。

一、钠

图Z0113和图Z0114给出了NPN和PNP型两类三极管的结构示意图和表示符号。它有两个PN

结（分别称为发射结和集电结），三个区（分别称为发射区、基区和集电区），从三个区域引出三

个电极（分别称为发射极e、基极b和集电极c）。发射极的箭头方向代表发射结正向导通时的电

流的实际流向。

为了保证二极管具有良好的电流放大作用，在制造三极管的工艺过程中，必须作到：

①使发射区的掺杂浓度最高，以有效地发射载流子；

②使基区掺杂浓度最小，且区最薄，以有效地传输载流子；

③使集电区面积最大，月掺杂浓度小于发I寸区，以有效地收集载流子。

一三良营ii的,东女国--------------------------------

图Z10H3三极管结构示意图

三微管的电路符号VT（V、T）

PNP型NPN■型

图Z10114三极管的电路符号

二、

在实际应用中，从不同的角度对三极管可有不同的分类方法。

按材料分，有硅管和精管；

按结构分，有NPN型管和PNP型管；

按工作频率分，有高频管和低频管；

按制诞工艺分，有合金管和平面管；

按功率分，有中、小功率管和大功率管等等。

三极管内部载流子的遨娜律、分配关系和放大作用

一、三极管的三种连接方式

三极管在电路中的连接方式有三种:①共基极接法;②共发射极接法,

③共集电极接法。如图Z0115所示。共什么极是指电路的输入端及输

出端以这个极作为公共端。必须注意，无论那种接法，为了使三极管

具有正常的电流放大作用，都必须外加大小和极性适当的电压。即必

须给发射结加正向偏置电压，发I寸区才能起到向基区注入载流子的作

用；必须给集电结加反向偏置电压（一般几〜几十伏），在集电结才能

形成较强的电场，才能把捌寸区注入基区，并扩散到集电结边缘的载

图Z115三种连接方式流子拉入集电区，使集电区起到收集载流子的作用。

二、三极管内部载流子的运动规律

在发射结正偏、集电结反偏的条件下，三极管内部载流子的运动，可分为3个过程，下面以NPN

型三极管为例来讨论（共射极接法）。

1.发射区向基区注入载流子的过程

由于发射结外加正向电压，发射区的电子载流子源源不断地注入基区，基区的多数载流子空穴,

也要注入发射区。如图Z0116所示，二者共同形成发势微电流正。但是，由于基区掺杂浓度比发

射区小2〜3个数量级，注入发射区的空穴流与注入基区的电子流相比，可略去。

三城管内部通位分配关系

影成的电子电流.

Ipe.基区亚子空穴向发里区

扩散而B成的空穴最流

Ipe<3CIne

Inb,Ine里与基区中空穴

复合的蟹少那余电了.

这是基板电指的主要

成分.

Inc,菜♦结反解,在结电

电躺撼藏人集

ICBO»集基反向饱和电流

IB=Ine+IpeIne

IB=Inb+Ipe-ICBO

HInb-ICBO

Ic=Inc+ICBO

(Ine=Inc+Inb)

IE=IB+Ic

图Z0116三极管内部电痴分配关系示意图

2.载流子在基区中扩散与复合的过程

由发射区注入基区的电子载流子，其浓度从发射结边缘到集电结边缘是逐渐递减的，即形成了一

定的浓度梯度，因而，电子便不断地向集电结方向扩散。由于基区宽度制乍制艮小，且掺杂浓度

也很低，从而大大地减小了复合的机会，使注入基区的95%以上的也了载流了都自例达集电结。

故基区中是以扩散电流为主的，且扩散与复合的比例决定了三极管的电流放大能力。

3.集电区收解漪子的过程

集电结外加较大的反向电压，使结内电场很强，基区中扩散到集电结边缘的电子，受强电场的

作用，迅速漂移越过集电结而进入集电区，形喊电极电流加c。另一方面，集电结两边的少数载

流子，也要经过集电结漂移，在c,b之间形成所谓反向饱和电流/CBO,不过，1fcB。一^艮小，因

而集电极电流

TNC+/CBO-INCGS0105

同时基极电流

加=/PB+/E-/CB8/PB-/CBOGS0106

反向饱和电流/CBO与发射区无关，对放大作用无贡献，但它是温度的函数，是管子工作不稳定

的主要因素。制谴时，总是尽量设法减小它。

三、三极管的电流分配关系与放大作用

1.电分配关系

由图Z0U6可知，三极管三个电极上的电流组成如下：

发射极电流/E

IE—/NE+IPE=/NEGS0107

基极电流/B

/B=+小E-/CBO~/PB-/CBO

集电极电流/C

/C=7NC+A:BO^/NC

同时由图Z0116也可看出