第一章 半导体器件基础
1.1 半导体的基本知识
1.2 半导体二极管
1.3 半导体三极管
1.4 BJT模型
1.5 场效应管
1.1 半导体的基本知识
在物理学中。根据材料的导电能力，可以将他们划分导
体、绝缘体和半导体。
典型的半导体是 硅 Si和 锗 Ge,它们都是 4价元素 。
si
si
硅原子
Ge
锗原子
Ge +4+4
硅和锗最外层轨道上的
四个电子称为 价电子 。
本征半导体的共价键结构
束缚电子
+4
+4
+4
+4+4
+4+4
+4 +4
在绝对温度 T=0K时，
所有的价电子都被共价键
紧紧束缚在共价键中，不
会成为 自由电子, 因此本
征半导体的导电能力很弱
，接近绝缘体。
一, 本征半导体
本征半导体 —— 化学成分纯净的半导体晶体 。
制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到 99.9999999%,常
称为, 九个 9”。
这一现象称为 本征激发, 也称 热激发 。
当温度升高或受到
光的照射时, 束缚
电子能量增高, 有
的电子可以挣脱原
子核的束缚, 而参
与导电, 成为 自由
电子 。
自由电子
+4
+4 +4
+4
+4
+4
+4 +4+4
空穴 自由电子产生的
同时，在其原来的共
价键中就出现了一个
空位，称为 空穴 。
可见本征激发同时产生
电子空穴对。
外加能量越高（ 温度
越高），产生的电子空
穴对越多。
动画 演示
与本征激发相反的
现象 —— 复合
在一定温度下，本征激
发和复合同时进行，达
到动态平衡。电子空穴
对的浓度一定。
常温 300K时：
电子空穴对的浓度
硅：
3
10 cm104.1 ?
锗：
3
13 cm105.2 ?
自由电子
+4
+4 +4
+4
+4
+4
+4 +4+4
空穴
电子空穴对
自由电子 带负电荷 电子流
动画演示
+4
+4
+4
+4+4
+4+4
+4 +4
自由电子
E ＋－
＋总电流载流子 空穴 带正电荷 空穴流
本征半导体的导电性取决于外加能量：
温度变化，导电性变化；光照变化，导电性变化。
导电机制
二, 杂质半导体
在本征半导体中掺入某些微量杂质元素后的
半导体称为 杂质半导体 。
1,N型半导体
在本征半导体中掺入五价杂质元素，例
如磷，砷等，称为 N型半导体 。
N型半导体
多余电子
磷原子
硅原子 +4
+4
+4 +4
+4
+4
+4
+4
+5
多数载流子 —— 自由电子
少数载流子 —— 空穴
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
N型半导体
施主离子
自由电子电子空穴对
在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。
空穴
硼原子
硅原子
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+3
+4
+4
多数载流子 —— 空穴
少数载流子 —— 自由电子
－
－
－ －
－
－
－
－
－ －
－
－
P型半导体
受主离子
空穴
电子空穴对
2,P型半导体
杂质半导体的示意图
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
N型半导体
多子 — 电子
少子 — 空穴
－
－
－ －
－
－
－
－
－ －
－
－
P型半导体
多子 — 空穴
少子 — 电子
少子浓度 —— 与温度有关
多子浓度 —— 与温度无关
内电场 E
?因多子浓度差
?形成内电场
?多子的扩散 ?空间电荷区
?阻止多子扩散，促使少子漂移。
PN结合
－ －
－
－－
－
－
+
+
++－
+
+
+
－
+
P 型半导体
－
－
+
+
N 型半导体
+
－
+
空间电荷区
多子扩散电流
少子漂移电流
耗尽层
三, PN结及其单向导电性
1, PN结的形成
动画演示
少子飘移
补充耗尽层失去的多子，耗尽层窄,E
多子扩散
又失去多子，耗尽层宽,EP 型半导体
+
－ +－
N 型半导体
++ +
+
+
－
+
+－
－ +
+－ +－
－
－
－
－
－
内电场 E
多子扩散电流
少子漂移电流
耗尽层
动态平衡,扩散电流 ＝ 漂移电流 总电流＝ 0
势垒 UO 硅 0.5V锗 0.1V
2,PN结的单向导电性
(1) 加正向电压（正偏） —— 电源正极接 P区，负极接 N区
外电场的方向与内电场方向相反。
外电场削弱内电场 →耗尽层变窄 →扩散运动＞漂移运动
→多子 扩散形成正向电流 I F
－ －
－
－－
－
－
+
+
++－
+
+
+
－
+
P 型半导体
－
－
+
+
N 型半导体
+
－
+
W
E
R
空间电荷区
内电场 E正向电流
(2) 加反向电压 —— 电源正极接 N区，负极接 P区
外电场的方向与内电场方向相同。
外电场加强内电场 →耗尽层变宽 →漂移运动＞扩散运动
→少子漂移形成反向电流 I R
+
－－
－
+
－
－
内电场
+
+
－
+
+－
E
+
－
E
W
－
－
+－
空 间 电 荷 区
+
－
R
+
+ +
I
R
P N
在一定的温度下，由本
征激发产生的少子浓度是
一定的，故 IR基本上与外
加反压的大小无关，所以
称为 反向饱和电流 。但 IR
与温度有关。
PN结加正向电压时，具有较大的正向
扩散电流，呈现低电阻,PN结导通；
PN结加反向电压时，具有很小的反向
漂移电流，呈现高电阻,PN结截止。
由此可以得出结论,PN结具有单向导
电性。
动画演示 1 动画演示 2
3,PN结 的伏安特性曲线及表达式
根据理论推导,PN结的伏安特性曲线如图
正偏
IF（多子扩散）
IR（少子漂移）
反偏
反向饱和电流
反向击穿电压
反向击穿
热击穿 —— 烧坏 PN结
电击穿 —— 可逆
)1(e TS ?? U
u
Ii
根据理论分析：
u 为 PN结两端的电压降
i 为流过 PN结的电流
IS 为反向饱和电流
UT =kT/q
称为温度的电压当量
其中 k为玻耳兹曼常数
1.38× 10－ 23
q 为电子电荷量 1.6× 10－ 9
T 为热力学温度
对于室温（相当 T=300 K）
则有 UT=26 mV。
当 u>0 u>>UT时
1e T ??Uu
Te
S
U
u
Ii ?
当 u<0 |u|>>|U T |时 1e
T ??
? Uu
SIi ??
4,PN结的电容效应
当外加电压发生变化时，耗尽层的宽度要相应
地随之改变，即 PN结中存储的电荷量要随之变化
，就像电容充放电一样。
(1) 势垒电容 CB
空间电荷区
－
－
W
－ +
+
－
－ －
+
R
+
E
+
+
P N
(2) 扩散电容 CD
当外加正向电压
不同时,PN结两
侧堆积的少子的
数量及浓度梯度
也不同，这就相
当电容的充放电
过程 。
+ －
N
P
pL
x
浓度分布
耗尽层 NP 区
区中空穴
区中电子
区
浓度分布
nL
电容效应在交流信号作用下才会明显表现出来
极间电容（结电容）
1.2 半导体二极管
二极管 = PN结 + 管壳 + 引线
NP
结构
符号
阳极
+
阴极
-
二极管按结构分三大类：
(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。
N 型锗
正极引线 负极引线
外壳
金属触丝
(3) 平面型二极管
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 PN结面积大，用
于工频大电流整流电路。 S i O 2
正极引线
负极引线
N 型硅
P 型硅
负极引线
正极引线
N 型硅
P 型硅
铝合金小球
底座
半导体二极管的型号
国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：
2AP9
用数字代表同类器件的不同规格。
代表器件的类型,P为普通管,Z为整流管,K为开关管。
代表器件的材料,A为 N型 Ge,B为 P型 Ge,C为 N
型 Si,D为 P型 Si。
2代表二极管,3代表三极管。
一,半导体二极管的 V— A特性曲线
硅,0.5 V
锗,0.1 V
(1) 正向特性
导通压降反向饱和电流
(2) 反向特性 死区
电压
i
u
0
击穿电压 UBR
实验曲线
u
E
i
V
mA
u
E
i
V
uA
锗
硅,0.7 V 锗,0.3V
二, 二极管的模型及近似分析计算
例：
I
R
10V
E 1kΩ
)1(e TS ?? UuIi
D— 非线性器件
i
u0
i
u
RLC— 线性器件
Riu ?
二极管的模型 i
u
D
U
+
-
u
i
D
U
DU
串联电压源模型
DUu? DUu?
U D 二极管的导通压降。硅管 0.7V；锗管 0.3V。
理想二极管模型
u
i 正偏 反偏
-
+
iu
导通压降
二极管的 V— A特性
-
+
iu
i
u0
二极管的近似分析计算
I
R
10V
E 1kΩ I
R
10V
E 1kΩ
例,串联电压源模型
mA3.9K1 V)7.010( ????I测量值 9.32mA
相对误差
0000 2.01 0 032.9
9, 332.9 ?????
理想二极管模型
R
I
10V
E 1kΩ
mA10K1 V10 ???I
相对误差
0000 710032.9
32.910 ?????
0.7V
例,二极管构成的限幅电路如图所示, R＝ 1kΩ,
UREF=2V,输入信号为 ui。
(1)若 ui为 4V的直流信号, 分别采用理想二极管模型,
理想二极管串联电压源模型计算电流 I和输出电压 uo
+
- -
+
U
I
u
R E F
R
i u
O
解, （ 1） 采用理想模型分析 。
采用理想二极管串联电压源模型分析 。
mA2k1 2VV4R EFi ???? RUuI ＝
V2R E Fo ?? Uu
mA31k1 V702VV4DR E Fi,.R UUuI ????? －＝
2, 7 V0, 7 VV2DR EFo ????? UUu
（ 2） 如果 ui为幅度 ± 4V的交流三角波, 波形如图 （ b） 所
示, 分别采用理想二极管模型和理想二极管串联电压源模
型分析电路并画出相应的输出电压波形 。
+
- -
+
U
I
u
R E F
R
i u O
解,① 采用理想二极管
模型分析 。 波形如图所示 。
0
-4V
4V
ui
t2V
2V
uo
t
0
2.7V
uo
t
0
-4V
4V
ui
t2.7V
② 采用理想二极管串联
电压源模型分析, 波形
如图所示 。
+
- -
+
U
I
u
R E F
R
i u O
三, 二极管的主要参数
(1) 最大整流电流 IF——
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。
(2) 反向击穿电压 UBR——— 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。(3) 反向电流 I
R——
在室温下，在规定的反向电压下的反向电流值。
硅二极管的反向电流一般在纳安 (nA)级；锗二极
管在微安 (?A)级。
当稳压二极管工作在
反向击穿状态下,工作
电流 IZ在 Izmax和 Izmin
之间变化时,其两端电
压近似为常数
稳定
电压
四、稳压二极管
稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊二极管
+
-
D
Z
i
u
U
Z
△I
△ U
I
z m i n
I
z m a x
正向同
二极管
反偏电压 ≥UZ
反向击穿
＋
UZ
－
限流电阻
稳压二极管的主要 参数
(1) 稳定电压 UZ ——
(2) 动态电阻 rZ ——
在规定的稳压管反向工作电流 IZ下，所对应的反向工作电压。
rZ =?U/?I
rZ愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。
(3) 最小稳定工作 电流 IZmin——
保证稳压管击穿所对应的电流，若 IZ＜ IZmin则不能稳压。
(4) 最大稳定工作电流 IZmax——
超过 Izmax稳压管会因功耗过大而烧坏。
i
u
U
Z
△I
△ U
I
z m i n
I
z m a x
1.3 半导体三极管
半导体三极管, 也叫晶体三极管 。 由
于工作时, 多数载流子和少数载流子都
参与运行, 因此, 还被称为 双极型晶体
管 （ Bipolar Junction Transistor,简称
BJT） 。
BJT是由两个 PN结组成的 。
一,BJT的结构
NPN型 PNP型
符号,
-
-
-
b
ce
-
-
-e
b
c
三极管的结构特点,
（ 1）发射区的掺杂浓度＞＞集电区掺杂浓度。
（ 2）基区要制造得很薄且浓度很低。
-
-
N NP
发射区 集电区基区
发射结 集电结
e c
b
发射极 集电极
基极
-
-
P PN
发射区 集电区基区
发射结 集电结
e c
b
发射极 集电极
基极
二,BJT的内部工作原理 （ NPN管）
三极管在工作时要
加上适当的直流偏
置电压。
若在放大工作状态：
发射结正偏：
+
UCE
－
＋
UBE
－
＋
UCB
－
集电结反偏：
由 VBB保证
由 VCC,VBB保证
UCB=UCE - UBE > 0
N
N
P
BB
V
CC
V
R
b
R
C
e
b
c
共发射极接法
c区
b区
e区
（ 1）因为发射结正偏，所以发
射区向基区注入电子, 形成了扩
散电流 IEN 。同时从基区向发射区
也有空穴的扩散运动，形成的电
流为 IEP。 但其数量小，可忽略 。
所以发射极电流 IE ≈I EN 。
（ 2）发射区的电子注
入基区后，变成了少数载
流子。少部分遇到的空穴
复合掉，形成 IBN。所以 基
极电流 IB ≈I BN 。大部分
到达了集电区的边缘。
1,BJT内部的载流子传输过程
N
N
P
BB
V
CC
V
R
b
R
C
e
b
c
I
EN EP
I
I
E
BI
（ 3）因为集电结
反偏，收集扩散到
集电区边缘的电子，
形成电流 ICN 。
N
N
P
BB
V
CC
V
R
b
R
C
e
b
c
I
EN EP
I
I
E
BI
CN
I
C
I
CBOI
另外，集电结区
的少子形成漂移
电流 ICBO。
2．电流分配关系
三个电极上的电流关系, IE =IC+IB
N
N
P
BB
V
CC
V
R
b
R
C
e
b
c
I
EN EP
I
I
E
BI
CN
I
C
I
CBOI
定义：
E
CN
I
I＝?
E
CBOEC
I
III
?
?
?
＋＝
(1)IC与 IE之间的关系,
所以,
E
C
I
I??
其值的大小约为 0.9～ 0.99。
(2)IC与 I B之间的关系：
N
N
P
BB
V
CC
V
R
b
R
C
e
b
c
I
EN EP
I
I
E
CN
I
C
I
CBOI
联立以下两式,
C B OEC III ＋＝ ? BCE III ＋＝
得：
C B OBCC B OEC IIIIII ）＋＋（＝＋＝ ??
所以,
C B OBC 1
1
1 III ??
?
－＋－＝
BC E OBC IIII ?? ?＋＝得：
?
??
－＝ 1
令,
C B OC E O 1
1 II
?－＝
BI
三, BJT的特性曲线（ 共发射极接法）
(1) 输入特性曲线 iB=f(uBE)? uCE=const
+
+
+
+
i
-
u
BE
+
-
u
B T
CE
+
C
i
（ 1） uCE=0V时，相当于两个 PN结并联。
0.40.2
i
(V )
(u A )
BE
80
40
0.80.6
B
u
= 0 VuCE
＞ 1VCEu
（ 3） uCE ≥1V再增加时，曲线右移很不明显。
（ 2）当 uCE=1V时,集电结已进入反偏状态，开始收集电子，所以基区复
合减少,在同一 uBE电压下,iB 减小。特性曲线将向右稍微移动一些。
死区电压
硅 0.5V
锗 0.1V
导通压降
硅 0.7V
锗 0.3V
(2)输出特性曲线 iC=f(uCE)? iB=const
现以 iB=60uA一条加以说明。
（ 1）当 uCE=0V时，因集电极无收集作用,iC=0。
（ 2） uCE ↑ → Ic ↑ 。
（ 3） 当 uCE ＞ 1V后，
收集电子的能力足够强。
这时，发射到基区的电
子都被集电极收集，形
成 iC。所以 uCE再增加，
iC基本保持不变。
同理，可作出 iB=其他值的曲线。
i
C
CE ( V )
( m A )
= 6 0 u AI B
u=0B
B
I
I
= 2 0 u A
B
I = 4 0 u A
B = 8 0 u A
I
= 1 0 0 u AI B
输出特性曲线可以分为三个区域,
饱和区 —— iC受 uCE显著控制的区域，该区域内 uCE＜ 0.7V。
此时发射结正偏，集电结也正偏。
截止区 —— iC接近零的区域，相当 iB=0的曲线的下方。
此时，发射结反偏，集电结反偏。
放大区 ——
曲线基本平行等
距。 此时，发
射结正偏，集电
结反偏。
该区中有：
BC II ?? ?＝
i
C
I
B
I
B =0
u
CE ( V )
( m A )
= 2 0 u A
B
I = 4 0 u A
B
I = 6 0 u A
B
I = 8 0 u A
B
I = 1 0 0 u A
饱和区 放大区
截止区
四, BJT的主要参数
1.电流放大系数
（ 2）共基极电流放大系数：
B
C
I
I??
B
C
i
i
?
?＝?
E
C
I
I＝?
E
C
i
i
?
?＝?
i
CE
△
=20uA
(mA)
B
=40uA
I
C
u=0 (V)
=80uA
I△
B
B
BI
Bi
IB
I =100uA
C
BI
=60uA
i
一般取 20~200之间
2.3
1.5
38A60 mA3.2
B
C ???
?? I
I
40A4 0 )-( 6 0 mA)5.13.2(
B
C ???
?
?
?? i
i＝
（ 1）共发射极电流放大系数：
2.极间反向电流
（ 2）集电极发射极间的穿
透电流 ICEO
基极开路时，集电极到发射
极间的电流 —— 穿透电流 。
其大小与温度有关。
（ 1）集电极基极间反向饱和电流 ICBO
发射极开路时，在其集电结上加反向电压，得到反向电流。
它实际上就是 一个 PN结的反向电流。 其大小与温度有关。
锗管,I CBO为微安数量级，
硅管,ICBO为纳安数量级。
C B OC EO )1( II ??＝
+
+
ICBO
e
c
b ICEO
3.极限参数
Ic增加时,?要下降。当 ?值 下降到线性放大区 ?值
的 70％时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许
电流 ICM。
（ 1）集电极最大允许电流 ICM
（ 2）集电极最大允
许功率损耗 PCM
集电极电流通过集
电结时所产生的功耗，
PC= ICUCE
B
I
CE
u
i
( V )
I
B
C
= 1 0 0 u A
B = 8 0 u A
= 6 0 u A
( m A )
I
I
B
=0
B
= 4 0 u A
= 2 0 u A
B
I
I
PCM
< PCM
（ 3）反向击穿电压
BJT有两个 PN结，其反向击穿电压有以下几种：
① U（ BR） EBO—— 集电极开路时，发射极与基极之间允许的最大
反向电压。其值一般几伏～十几伏。
② U（ BR） CBO—— 发射极开路时，集电极与基极之间允许的最大
反向电压。其值一般为几十伏～几百伏。
③ U（ BR） CEO—— 基极开路
时, 集电极与发射极之间
允许的最大反向电压 。
在实际使用时, 还有
U（ BR） CER,U（ BR） CES
等击穿电压 。
-
-
(BR)CEOU
(BR)CBOU
(BR)EBOU
1.4 三极管的模型及分析方法
0.40.2
i
(V )
(u A )
BE
80
40
0.80.6
B
u
iC
IB
IB=0 u
CE (V)
(mA)
=20uA
BI =40uA
BI =60uA
BI =80uA
BI =100uA
非线性器件
BC II ?＝
UD=0.7V UCES=0.3V iB≈0 iC≈0
一, BJT的模型
+
+
+
+
i
-
u BE
+
-
u
B
CE
+
C
i
b
e e
c
截止状态
e
cb
放大状态 U
D βIB
ICIB
e
cb 发射结导通压降 U
D
硅管 0.7V
锗管 0.3V
饱和状态
e
cb
UD UCES
饱和压降 UCES
硅管 0.3V
锗管 0.1V
直流模型
二, BJT电路的分析方法（直流）
1,模型分析法（近似估算法） (模拟 p58~59)
VCC
VBB
Rb
Rc
12V
6V
4KΩ
150KΩ
+
UBE
—
+
UCE
—
IB
IC
+VCC
+VBB
Rb
Rc
(+12V)
(+6V)
4KΩ
150KΩ
+
UBE
—
+
UCE
—
IB
IC
例：共射电路如图，已知三极管为硅管,β=40，试
求电路中的直流量 IB,IC, UBE, UCE。
+VCC
+VBB
Rb
Rc
(+12V)
(+6V)
4KΩ
150KΩ
+
UBE
—
+
UCE
—
IB
IC
0.7V βIB
e
cb
IC
+VCC
Rc
(+12V)
4KΩ
+
UBE
—
IB+VBB
Rb
(+6V)
150KΩ
+
UCE
—
解：设三极管工作在放大状态，用放大模型代替三极管。
UBE=0.7V
A40K150 V6K150 V)7.06(
b
BEBB
B ?????
???
R
UVI ＝
mA6.1A4040BC ??? ?? II ＝
V6.546.112CCCCCE ????? RIVU ＝
2,图解法 模拟 (p54~56)
VCC
VBB
Rb Rc
12V6V
4KΩ150KΩ
+
uCE
—
IB=40μA
iC
非线性部分 线性部分
iC=f(uCE)? iB=40μA
CCCCCE RiVu ?＝
M(VCC,0)
(12,0)
(0,3)
),0(
C
CCRVN
iC
CE (V)
(mA)
=60uAIB
u=0B
BI
I
=20uA
BI =40uA
B =80uAI
=100uAIB
直流负载线
斜率：
CCC
C
CC
1
RV
R
V
tgK ????? ?＝
UCEQ
6V
ICQ
1.5mA I
B=40μA
IC=1.5mA
UCEQ=6V
直流
工作点
Q
半导体三极管的型号
第二位,A锗 PNP管,B锗 NPN管、
C硅 PNP管,D硅 NPN管
第三位,X低频小功率管,D低频大功率管、
G高频小功率管,A高频大功率管,K开关管
用字母表示材料
用字母表示器件的种类
用数字表示同种器件型号的序号
用字母表示同一型号中的不同规格
三极管
国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：
3DG110B
1.5 场效应管
BJT是一种电流控制元件 (iB~ iC),工作时, 多数载流子和
少数载流子都参与运行, 所以被称为双极型器件 。
增强型
耗尽型
N沟道
P沟道
N沟道
P沟道
N沟道
P沟道
FET分类：
绝缘栅场效应管
结型场效应管
场效应管 （ Field Effect Transistor简称 FET） 是一种电压控
制器件 (uGS~ iD), 工作时, 只有一种载流子参与导电, 因此它
是单极型器件 。
FET因其制造工艺简单, 功耗小, 温度特性好, 输入电阻极
高等优点, 得到了广泛应用 。
一, 绝缘栅场效应三极管
绝缘栅型场效应管 ( Metal Oxide Semiconductor FET)，
简称 MOSFET。 分为：
增强型 ? N沟道,P沟道
耗尽型 ? N沟道,P沟道
1.N沟道增强型 MOS管
（ 1） 结构
4个电极：漏极 D，
源极 S，栅极 G和 衬底 B。
-
-
-
-
g
s
d
b符号：
-
-
-
-
N
+ +
N
P 衬底
s g d
b
源极 栅极 漏极
衬底
当 uGS＞ 0V时 →纵向电场
→将靠近栅极下方的空穴向
下排斥 →耗尽层。
（ 2）工作原理
当 uGS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的 二极管，在
d,s之间加上电压也不会形成电流，即管子截止。
再增加 uGS→纵向电场 ↑
→将 P区少子电子聚集到
P区表面 →形成导电沟道，
如果此时加有漏源电压，
就可以形成漏极电流 id。
① 栅源电压 uGS的控制作用
-
-
-
P 衬底
s
g
N
+
b
d
V
DD
二氧化硅
+
N
-
-
-
s
二氧化硅
P 衬底
g
DD
V
+
N
d
+
b
N
V
GG
i
d
定义：
开启电压（ UT） —— 刚刚产生沟道所需的
栅源电压 UGS。
N沟道增强型 MOS管的基本特性：
uGS ＜ UT，管子截止，
uGS ＞ UT，管子导通。
uGS 越大，沟道越宽，在相同的漏源电压 uDS作
用下，漏极电流 ID越大。
② 漏源电压 uDS对漏极电流 id的控制作用
当 uGS＞ UT，且固定为某一值时，来分析漏源电
压 VDS对漏极电流 ID的影响。 （设 UT=2V,uGS=4V）
（ a） uds=0时,id=0。
（ b） uds ↑→id↑；
同时沟道靠漏区变窄。
（ c）当 uds增加到使 ugd=UT时，
沟道靠漏区夹断，称为 预夹断 。
（ d） uds再增加，预夹断区
加长,uds增加的部分基本降
落在随之加长的夹断沟道上
,id基本不变。
-
-
-
s
二氧化硅
P 衬底
g
DD
V
+
N
d
+
b
N
V
GG
i
d
-
-
-
二氧化硅
N
i
s
d
N
V
b
++
DD
d
V
P 衬底
GG g
二氧化硅
N
+
-
-
-
P 衬底
d
+
d
DD
Vs
+
二氧化硅
N N
b
i
GG
V
g
（ 3）特性曲线
四个区：
（ a）可变电阻区
（预夹断前）。
① 输出特性曲线,iD=f(uDS)?uGS=const
i
( V )
( m A )D
DS
u
GS = 6V
u
u
= 5VGS
= 4V
u
GS
u
= 3VGS
（ b）恒流区也称饱和
区（预夹断 后）。
（ c）夹断区（截止区）。
（ d）击穿区。
可变电阻区 恒流区
截止区
击穿区
② 转移特性曲线, iD=f(uGS)?uDS=const
可根据输出特性曲线作出 移特性曲线 。
例：作 uDS=10V的一条 转移特性曲线：
i
( m A )D
GS = 6V
u
u
= 5VGS
= 4V
u
GS
u
= 3VGS
u
DS ( V )
D
i
( m A )
1 0V
1
2
3
4
1
4
3
2
( V )
u
GS
2 4 6
UT
一个重要参数 —— 跨导 gm：
gm=?iD/?uGS? uDS=const (单位 mS)
gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。
在转移特性曲线上,gm为的曲线的斜率。
在输出特性曲线上也可求出 gm。
1
( m A )
DS
u
= 6V
= 3V
u
u
GS ( V )
1
D
6
2
4
i
4
3
= 5V
( m A )
2
4
3
i
D
GS
2
1 0 V
( V )
△ u GS
i△
D
GS
u△
i△
D
2.N沟道耗尽型 MOSFET
特点：
当 uGS=0时，就有沟道，
加入 uDS,就有 iD。
当 uGS＞ 0时，沟道增宽，
iD进一步增加。
当 uGS＜ 0时，沟道变窄，
iD减小。
在栅极下方的 SiO2层中掺入了大量的金属正离子。所以当
uGS=0时，这些正离子已经感应出反型层，形成了沟道。
定义：
夹断电压（ UP） —— 沟道刚刚消失所需的栅源电压 uGS。
-
-
-
-
g 漏极s
+
N
衬底
P 衬底
源极 d栅极
b
N
+
+++ +
+
+
+
+
+ + +
-
-
- -
s
b
g
d
N沟道耗尽型 MOSFET的 特性曲线
输出特性曲线 转移特性曲线
1 GS
u
0
1
D
(V)-1
2-2
(mA)
4
3
2
i
4
2
u
u
3
10V
=+2V
1
DS
GS
D (mA)i
= -1V
u
GS
GS
GS =0V
=+1V
u
u
(V)= -2V＝ U
PGSu
UP
3,P沟道耗尽型 MOSFET
P沟道 MOSFET的工作原理与 N沟道
MOSFET完全相同，只不过导电的载流
子不同，供电电压极性不同而已。这如
同双极型三极管有 NPN型和 PNP型一样。
4,MOS管的主要参数
（ 1）开启电压 UT
（ 2）夹断电压 UP
（ 3）跨导 gm,gm=?iD/?uGS? uDS=const
（ 4）直流输入电阻 RGS—— 栅源间的等效
电阻。由于 MOS管 栅源间有 sio2绝缘层，
输入电阻可达 109～ 1015。
本章小结
1,半导体材料中有两种载流子：电子和空穴 。 电子带负电, 空穴带正电
。 在纯净半导体中掺入不同的杂质, 可以得到 N型半导体和 P型半导体 。
2,采用一定的工艺措施, 使 P型和 N型半导体结合在一起, 就形成了 PN
结 。 PN结的基本特点是单向导电性 。
3,二极管是由一个 PN结构成的 。 其特性可以用伏安特性和一系列参数来
描述 。 在研究二极管电路时, 可根据不同情况, 使用不同的二极管模型 。
4,BJT是由两个 PN结构成的 。 工作时, 有两种载流子参与导电, 称为双
极性晶体管 。 BJT是一种电流控制电流型的器件, 改变基极电流就可以控
制集电极电流 。 BJT的特性可用输入特性曲线和输出特性曲线来描述 。 其
性能可以用一系列参数来表征 。 BJT有三个工作区：饱和区, 放大器和截
止区 。
6,FET分为 JFET和 MOSFET两种 。 工作时只有一种载流子参与导电, 因
此称为单极性晶体管 。 FET是一种电压控制电流型器件 。 改变其栅源电压
就可以改变其漏极电流 。 FET的特性可用转移特性曲线和输出特性曲线来
描述 。 其性能可以用一系列参数来表征 。
1.1 半导体的基本知识
1.2 半导体二极管
1.3 半导体三极管
1.4 BJT模型
1.5 场效应管
1.1 半导体的基本知识
在物理学中。根据材料的导电能力，可以将他们划分导
体、绝缘体和半导体。
典型的半导体是 硅 Si和 锗 Ge,它们都是 4价元素 。
si
si
硅原子
Ge
锗原子
Ge +4+4
硅和锗最外层轨道上的
四个电子称为 价电子 。
本征半导体的共价键结构
束缚电子
+4
+4
+4
+4+4
+4+4
+4 +4
在绝对温度 T=0K时，
所有的价电子都被共价键
紧紧束缚在共价键中，不
会成为 自由电子, 因此本
征半导体的导电能力很弱
，接近绝缘体。
一, 本征半导体
本征半导体 —— 化学成分纯净的半导体晶体 。
制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到 99.9999999%,常
称为, 九个 9”。
这一现象称为 本征激发, 也称 热激发 。
当温度升高或受到
光的照射时, 束缚
电子能量增高, 有
的电子可以挣脱原
子核的束缚, 而参
与导电, 成为 自由
电子 。
自由电子
+4
+4 +4
+4
+4
+4
+4 +4+4
空穴 自由电子产生的
同时，在其原来的共
价键中就出现了一个
空位，称为 空穴 。
可见本征激发同时产生
电子空穴对。
外加能量越高（ 温度
越高），产生的电子空
穴对越多。
动画 演示
与本征激发相反的
现象 —— 复合
在一定温度下，本征激
发和复合同时进行，达
到动态平衡。电子空穴
对的浓度一定。
常温 300K时：
电子空穴对的浓度
硅：
3
10 cm104.1 ?
锗：
3
13 cm105.2 ?
自由电子
+4
+4 +4
+4
+4
+4
+4 +4+4
空穴
电子空穴对
自由电子 带负电荷 电子流
动画演示
+4
+4
+4
+4+4
+4+4
+4 +4
自由电子
E ＋－
＋总电流载流子 空穴 带正电荷 空穴流
本征半导体的导电性取决于外加能量：
温度变化，导电性变化；光照变化，导电性变化。
导电机制
二, 杂质半导体
在本征半导体中掺入某些微量杂质元素后的
半导体称为 杂质半导体 。
1,N型半导体
在本征半导体中掺入五价杂质元素，例
如磷，砷等，称为 N型半导体 。
N型半导体
多余电子
磷原子
硅原子 +4
+4
+4 +4
+4
+4
+4
+4
+5
多数载流子 —— 自由电子
少数载流子 —— 空穴
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
N型半导体
施主离子
自由电子电子空穴对
在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。
空穴
硼原子
硅原子
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+3
+4
+4
多数载流子 —— 空穴
少数载流子 —— 自由电子
－
－
－ －
－
－
－
－
－ －
－
－
P型半导体
受主离子
空穴
电子空穴对
2,P型半导体
杂质半导体的示意图
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
N型半导体
多子 — 电子
少子 — 空穴
－
－
－ －
－
－
－
－
－ －
－
－
P型半导体
多子 — 空穴
少子 — 电子
少子浓度 —— 与温度有关
多子浓度 —— 与温度无关
内电场 E
?因多子浓度差
?形成内电场
?多子的扩散 ?空间电荷区
?阻止多子扩散，促使少子漂移。
PN结合
－ －
－
－－
－
－
+
+
++－
+
+
+
－
+
P 型半导体
－
－
+
+
N 型半导体
+
－
+
空间电荷区
多子扩散电流
少子漂移电流
耗尽层
三, PN结及其单向导电性
1, PN结的形成
动画演示
少子飘移
补充耗尽层失去的多子，耗尽层窄,E
多子扩散
又失去多子，耗尽层宽,EP 型半导体
+
－ +－
N 型半导体
++ +
+
+
－
+
+－
－ +
+－ +－
－
－
－
－
－
内电场 E
多子扩散电流
少子漂移电流
耗尽层
动态平衡,扩散电流 ＝ 漂移电流 总电流＝ 0
势垒 UO 硅 0.5V锗 0.1V
2,PN结的单向导电性
(1) 加正向电压（正偏） —— 电源正极接 P区，负极接 N区
外电场的方向与内电场方向相反。
外电场削弱内电场 →耗尽层变窄 →扩散运动＞漂移运动
→多子 扩散形成正向电流 I F
－ －
－
－－
－
－
+
+
++－
+
+
+
－
+
P 型半导体
－
－
+
+
N 型半导体
+
－
+
W
E
R
空间电荷区
内电场 E正向电流
(2) 加反向电压 —— 电源正极接 N区，负极接 P区
外电场的方向与内电场方向相同。
外电场加强内电场 →耗尽层变宽 →漂移运动＞扩散运动
→少子漂移形成反向电流 I R
+
－－
－
+
－
－
内电场
+
+
－
+
+－
E
+
－
E
W
－
－
+－
空 间 电 荷 区
+
－
R
+
+ +
I
R
P N
在一定的温度下，由本
征激发产生的少子浓度是
一定的，故 IR基本上与外
加反压的大小无关，所以
称为 反向饱和电流 。但 IR
与温度有关。
PN结加正向电压时，具有较大的正向
扩散电流，呈现低电阻,PN结导通；
PN结加反向电压时，具有很小的反向
漂移电流，呈现高电阻,PN结截止。
由此可以得出结论,PN结具有单向导
电性。
动画演示 1 动画演示 2
3,PN结 的伏安特性曲线及表达式
根据理论推导,PN结的伏安特性曲线如图
正偏
IF（多子扩散）
IR（少子漂移）
反偏
反向饱和电流
反向击穿电压
反向击穿
热击穿 —— 烧坏 PN结
电击穿 —— 可逆
)1(e TS ?? U
u
Ii
根据理论分析：
u 为 PN结两端的电压降
i 为流过 PN结的电流
IS 为反向饱和电流
UT =kT/q
称为温度的电压当量
其中 k为玻耳兹曼常数
1.38× 10－ 23
q 为电子电荷量 1.6× 10－ 9
T 为热力学温度
对于室温（相当 T=300 K）
则有 UT=26 mV。
当 u>0 u>>UT时
1e T ??Uu
Te
S
U
u
Ii ?
当 u<0 |u|>>|U T |时 1e
T ??
? Uu
SIi ??
4,PN结的电容效应
当外加电压发生变化时，耗尽层的宽度要相应
地随之改变，即 PN结中存储的电荷量要随之变化
，就像电容充放电一样。
(1) 势垒电容 CB
空间电荷区
－
－
W
－ +
+
－
－ －
+
R
+
E
+
+
P N
(2) 扩散电容 CD
当外加正向电压
不同时,PN结两
侧堆积的少子的
数量及浓度梯度
也不同，这就相
当电容的充放电
过程 。
+ －
N
P
pL
x
浓度分布
耗尽层 NP 区
区中空穴
区中电子
区
浓度分布
nL
电容效应在交流信号作用下才会明显表现出来
极间电容（结电容）
1.2 半导体二极管
二极管 = PN结 + 管壳 + 引线
NP
结构
符号
阳极
+
阴极
-
二极管按结构分三大类：
(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。
N 型锗
正极引线 负极引线
外壳
金属触丝
(3) 平面型二极管
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 PN结面积大，用
于工频大电流整流电路。 S i O 2
正极引线
负极引线
N 型硅
P 型硅
负极引线
正极引线
N 型硅
P 型硅
铝合金小球
底座
半导体二极管的型号
国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：
2AP9
用数字代表同类器件的不同规格。
代表器件的类型,P为普通管,Z为整流管,K为开关管。
代表器件的材料,A为 N型 Ge,B为 P型 Ge,C为 N
型 Si,D为 P型 Si。
2代表二极管,3代表三极管。
一,半导体二极管的 V— A特性曲线
硅,0.5 V
锗,0.1 V
(1) 正向特性
导通压降反向饱和电流
(2) 反向特性 死区
电压
i
u
0
击穿电压 UBR
实验曲线
u
E
i
V
mA
u
E
i
V
uA
锗
硅,0.7 V 锗,0.3V
二, 二极管的模型及近似分析计算
例：
I
R
10V
E 1kΩ
)1(e TS ?? UuIi
D— 非线性器件
i
u0
i
u
RLC— 线性器件
Riu ?
二极管的模型 i
u
D
U
+
-
u
i
D
U
DU
串联电压源模型
DUu? DUu?
U D 二极管的导通压降。硅管 0.7V；锗管 0.3V。
理想二极管模型
u
i 正偏 反偏
-
+
iu
导通压降
二极管的 V— A特性
-
+
iu
i
u0
二极管的近似分析计算
I
R
10V
E 1kΩ I
R
10V
E 1kΩ
例,串联电压源模型
mA3.9K1 V)7.010( ????I测量值 9.32mA
相对误差
0000 2.01 0 032.9
9, 332.9 ?????
理想二极管模型
R
I
10V
E 1kΩ
mA10K1 V10 ???I
相对误差
0000 710032.9
32.910 ?????
0.7V
例,二极管构成的限幅电路如图所示, R＝ 1kΩ,
UREF=2V,输入信号为 ui。
(1)若 ui为 4V的直流信号, 分别采用理想二极管模型,
理想二极管串联电压源模型计算电流 I和输出电压 uo
+
- -
+
U
I
u
R E F
R
i u
O
解, （ 1） 采用理想模型分析 。
采用理想二极管串联电压源模型分析 。
mA2k1 2VV4R EFi ???? RUuI ＝
V2R E Fo ?? Uu
mA31k1 V702VV4DR E Fi,.R UUuI ????? －＝
2, 7 V0, 7 VV2DR EFo ????? UUu
（ 2） 如果 ui为幅度 ± 4V的交流三角波, 波形如图 （ b） 所
示, 分别采用理想二极管模型和理想二极管串联电压源模
型分析电路并画出相应的输出电压波形 。
+
- -
+
U
I
u
R E F
R
i u O
解,① 采用理想二极管
模型分析 。 波形如图所示 。
0
-4V
4V
ui
t2V
2V
uo
t
0
2.7V
uo
t
0
-4V
4V
ui
t2.7V
② 采用理想二极管串联
电压源模型分析, 波形
如图所示 。
+
- -
+
U
I
u
R E F
R
i u O
三, 二极管的主要参数
(1) 最大整流电流 IF——
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。
(2) 反向击穿电压 UBR——— 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。(3) 反向电流 I
R——
在室温下，在规定的反向电压下的反向电流值。
硅二极管的反向电流一般在纳安 (nA)级；锗二极
管在微安 (?A)级。
当稳压二极管工作在
反向击穿状态下,工作
电流 IZ在 Izmax和 Izmin
之间变化时,其两端电
压近似为常数
稳定
电压
四、稳压二极管
稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊二极管
+
-
D
Z
i
u
U
Z
△I
△ U
I
z m i n
I
z m a x
正向同
二极管
反偏电压 ≥UZ
反向击穿
＋
UZ
－
限流电阻
稳压二极管的主要 参数
(1) 稳定电压 UZ ——
(2) 动态电阻 rZ ——
在规定的稳压管反向工作电流 IZ下，所对应的反向工作电压。
rZ =?U/?I
rZ愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。
(3) 最小稳定工作 电流 IZmin——
保证稳压管击穿所对应的电流，若 IZ＜ IZmin则不能稳压。
(4) 最大稳定工作电流 IZmax——
超过 Izmax稳压管会因功耗过大而烧坏。
i
u
U
Z
△I
△ U
I
z m i n
I
z m a x
1.3 半导体三极管
半导体三极管, 也叫晶体三极管 。 由
于工作时, 多数载流子和少数载流子都
参与运行, 因此, 还被称为 双极型晶体
管 （ Bipolar Junction Transistor,简称
BJT） 。
BJT是由两个 PN结组成的 。
一,BJT的结构
NPN型 PNP型
符号,
-
-
-
b
ce
-
-
-e
b
c
三极管的结构特点,
（ 1）发射区的掺杂浓度＞＞集电区掺杂浓度。
（ 2）基区要制造得很薄且浓度很低。
-
-
N NP
发射区 集电区基区
发射结 集电结
e c
b
发射极 集电极
基极
-
-
P PN
发射区 集电区基区
发射结 集电结
e c
b
发射极 集电极
基极
二,BJT的内部工作原理 （ NPN管）
三极管在工作时要
加上适当的直流偏
置电压。
若在放大工作状态：
发射结正偏：
+
UCE
－
＋
UBE
－
＋
UCB
－
集电结反偏：
由 VBB保证
由 VCC,VBB保证
UCB=UCE - UBE > 0
N
N
P
BB
V
CC
V
R
b
R
C
e
b
c
共发射极接法
c区
b区
e区
（ 1）因为发射结正偏，所以发
射区向基区注入电子, 形成了扩
散电流 IEN 。同时从基区向发射区
也有空穴的扩散运动，形成的电
流为 IEP。 但其数量小，可忽略 。
所以发射极电流 IE ≈I EN 。
（ 2）发射区的电子注
入基区后，变成了少数载
流子。少部分遇到的空穴
复合掉，形成 IBN。所以 基
极电流 IB ≈I BN 。大部分
到达了集电区的边缘。
1,BJT内部的载流子传输过程
N
N
P
BB
V
CC
V
R
b
R
C
e
b
c
I
EN EP
I
I
E
BI
（ 3）因为集电结
反偏，收集扩散到
集电区边缘的电子，
形成电流 ICN 。
N
N
P
BB
V
CC
V
R
b
R
C
e
b
c
I
EN EP
I
I
E
BI
CN
I
C
I
CBOI
另外，集电结区
的少子形成漂移
电流 ICBO。
2．电流分配关系
三个电极上的电流关系, IE =IC+IB
N
N
P
BB
V
CC
V
R
b
R
C
e
b
c
I
EN EP
I
I
E
BI
CN
I
C
I
CBOI
定义：
E
CN
I
I＝?
E
CBOEC
I
III
?
?
?
＋＝
(1)IC与 IE之间的关系,
所以,
E
C
I
I??
其值的大小约为 0.9～ 0.99。
(2)IC与 I B之间的关系：
N
N
P
BB
V
CC
V
R
b
R
C
e
b
c
I
EN EP
I
I
E
CN
I
C
I
CBOI
联立以下两式,
C B OEC III ＋＝ ? BCE III ＋＝
得：
C B OBCC B OEC IIIIII ）＋＋（＝＋＝ ??
所以,
C B OBC 1
1
1 III ??
?
－＋－＝
BC E OBC IIII ?? ?＋＝得：
?
??
－＝ 1
令,
C B OC E O 1
1 II
?－＝
BI
三, BJT的特性曲线（ 共发射极接法）
(1) 输入特性曲线 iB=f(uBE)? uCE=const
+
+
+
+
i
-
u
BE
+
-
u
B T
CE
+
C
i
（ 1） uCE=0V时，相当于两个 PN结并联。
0.40.2
i
(V )
(u A )
BE
80
40
0.80.6
B
u
= 0 VuCE
＞ 1VCEu
（ 3） uCE ≥1V再增加时，曲线右移很不明显。
（ 2）当 uCE=1V时,集电结已进入反偏状态，开始收集电子，所以基区复
合减少,在同一 uBE电压下,iB 减小。特性曲线将向右稍微移动一些。
死区电压
硅 0.5V
锗 0.1V
导通压降
硅 0.7V
锗 0.3V
(2)输出特性曲线 iC=f(uCE)? iB=const
现以 iB=60uA一条加以说明。
（ 1）当 uCE=0V时，因集电极无收集作用,iC=0。
（ 2） uCE ↑ → Ic ↑ 。
（ 3） 当 uCE ＞ 1V后，
收集电子的能力足够强。
这时，发射到基区的电
子都被集电极收集，形
成 iC。所以 uCE再增加，
iC基本保持不变。
同理，可作出 iB=其他值的曲线。
i
C
CE ( V )
( m A )
= 6 0 u AI B
u=0B
B
I
I
= 2 0 u A
B
I = 4 0 u A
B = 8 0 u A
I
= 1 0 0 u AI B
输出特性曲线可以分为三个区域,
饱和区 —— iC受 uCE显著控制的区域，该区域内 uCE＜ 0.7V。
此时发射结正偏，集电结也正偏。
截止区 —— iC接近零的区域，相当 iB=0的曲线的下方。
此时，发射结反偏，集电结反偏。
放大区 ——
曲线基本平行等
距。 此时，发
射结正偏，集电
结反偏。
该区中有：
BC II ?? ?＝
i
C
I
B
I
B =0
u
CE ( V )
( m A )
= 2 0 u A
B
I = 4 0 u A
B
I = 6 0 u A
B
I = 8 0 u A
B
I = 1 0 0 u A
饱和区 放大区
截止区
四, BJT的主要参数
1.电流放大系数
（ 2）共基极电流放大系数：
B
C
I
I??
B
C
i
i
?
?＝?
E
C
I
I＝?
E
C
i
i
?
?＝?
i
CE
△
=20uA
(mA)
B
=40uA
I
C
u=0 (V)
=80uA
I△
B
B
BI
Bi
IB
I =100uA
C
BI
=60uA
i
一般取 20~200之间
2.3
1.5
38A60 mA3.2
B
C ???
?? I
I
40A4 0 )-( 6 0 mA)5.13.2(
B
C ???
?
?
?? i
i＝
（ 1）共发射极电流放大系数：
2.极间反向电流
（ 2）集电极发射极间的穿
透电流 ICEO
基极开路时，集电极到发射
极间的电流 —— 穿透电流 。
其大小与温度有关。
（ 1）集电极基极间反向饱和电流 ICBO
发射极开路时，在其集电结上加反向电压，得到反向电流。
它实际上就是 一个 PN结的反向电流。 其大小与温度有关。
锗管,I CBO为微安数量级，
硅管,ICBO为纳安数量级。
C B OC EO )1( II ??＝
+
+
ICBO
e
c
b ICEO
3.极限参数
Ic增加时,?要下降。当 ?值 下降到线性放大区 ?值
的 70％时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许
电流 ICM。
（ 1）集电极最大允许电流 ICM
（ 2）集电极最大允
许功率损耗 PCM
集电极电流通过集
电结时所产生的功耗，
PC= ICUCE
B
I
CE
u
i
( V )
I
B
C
= 1 0 0 u A
B = 8 0 u A
= 6 0 u A
( m A )
I
I
B
=0
B
= 4 0 u A
= 2 0 u A
B
I
I
PCM
< PCM
（ 3）反向击穿电压
BJT有两个 PN结，其反向击穿电压有以下几种：
① U（ BR） EBO—— 集电极开路时，发射极与基极之间允许的最大
反向电压。其值一般几伏～十几伏。
② U（ BR） CBO—— 发射极开路时，集电极与基极之间允许的最大
反向电压。其值一般为几十伏～几百伏。
③ U（ BR） CEO—— 基极开路
时, 集电极与发射极之间
允许的最大反向电压 。
在实际使用时, 还有
U（ BR） CER,U（ BR） CES
等击穿电压 。
-
-
(BR)CEOU
(BR)CBOU
(BR)EBOU
1.4 三极管的模型及分析方法
0.40.2
i
(V )
(u A )
BE
80
40
0.80.6
B
u
iC
IB
IB=0 u
CE (V)
(mA)
=20uA
BI =40uA
BI =60uA
BI =80uA
BI =100uA
非线性器件
BC II ?＝
UD=0.7V UCES=0.3V iB≈0 iC≈0
一, BJT的模型
+
+
+
+
i
-
u BE
+
-
u
B
CE
+
C
i
b
e e
c
截止状态
e
cb
放大状态 U
D βIB
ICIB
e
cb 发射结导通压降 U
D
硅管 0.7V
锗管 0.3V
饱和状态
e
cb
UD UCES
饱和压降 UCES
硅管 0.3V
锗管 0.1V
直流模型
二, BJT电路的分析方法（直流）
1,模型分析法（近似估算法） (模拟 p58~59)
VCC
VBB
Rb
Rc
12V
6V
4KΩ
150KΩ
+
UBE
—
+
UCE
—
IB
IC
+VCC
+VBB
Rb
Rc
(+12V)
(+6V)
4KΩ
150KΩ
+
UBE
—
+
UCE
—
IB
IC
例：共射电路如图，已知三极管为硅管,β=40，试
求电路中的直流量 IB,IC, UBE, UCE。
+VCC
+VBB
Rb
Rc
(+12V)
(+6V)
4KΩ
150KΩ
+
UBE
—
+
UCE
—
IB
IC
0.7V βIB
e
cb
IC
+VCC
Rc
(+12V)
4KΩ
+
UBE
—
IB+VBB
Rb
(+6V)
150KΩ
+
UCE
—
解：设三极管工作在放大状态，用放大模型代替三极管。
UBE=0.7V
A40K150 V6K150 V)7.06(
b
BEBB
B ?????
???
R
UVI ＝
mA6.1A4040BC ??? ?? II ＝
V6.546.112CCCCCE ????? RIVU ＝
2,图解法 模拟 (p54~56)
VCC
VBB
Rb Rc
12V6V
4KΩ150KΩ
+
uCE
—
IB=40μA
iC
非线性部分 线性部分
iC=f(uCE)? iB=40μA
CCCCCE RiVu ?＝
M(VCC,0)
(12,0)
(0,3)
),0(
C
CCRVN
iC
CE (V)
(mA)
=60uAIB
u=0B
BI
I
=20uA
BI =40uA
B =80uAI
=100uAIB
直流负载线
斜率：
CCC
C
CC
1
RV
R
V
tgK ????? ?＝
UCEQ
6V
ICQ
1.5mA I
B=40μA
IC=1.5mA
UCEQ=6V
直流
工作点
Q
半导体三极管的型号
第二位,A锗 PNP管,B锗 NPN管、
C硅 PNP管,D硅 NPN管
第三位,X低频小功率管,D低频大功率管、
G高频小功率管,A高频大功率管,K开关管
用字母表示材料
用字母表示器件的种类
用数字表示同种器件型号的序号
用字母表示同一型号中的不同规格
三极管
国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：
3DG110B
1.5 场效应管
BJT是一种电流控制元件 (iB~ iC),工作时, 多数载流子和
少数载流子都参与运行, 所以被称为双极型器件 。
增强型
耗尽型
N沟道
P沟道
N沟道
P沟道
N沟道
P沟道
FET分类：
绝缘栅场效应管
结型场效应管
场效应管 （ Field Effect Transistor简称 FET） 是一种电压控
制器件 (uGS~ iD), 工作时, 只有一种载流子参与导电, 因此它
是单极型器件 。
FET因其制造工艺简单, 功耗小, 温度特性好, 输入电阻极
高等优点, 得到了广泛应用 。
一, 绝缘栅场效应三极管
绝缘栅型场效应管 ( Metal Oxide Semiconductor FET)，
简称 MOSFET。 分为：
增强型 ? N沟道,P沟道
耗尽型 ? N沟道,P沟道
1.N沟道增强型 MOS管
（ 1） 结构
4个电极：漏极 D，
源极 S，栅极 G和 衬底 B。
-
-
-
-
g
s
d
b符号：
-
-
-
-
N
+ +
N
P 衬底
s g d
b
源极 栅极 漏极
衬底
当 uGS＞ 0V时 →纵向电场
→将靠近栅极下方的空穴向
下排斥 →耗尽层。
（ 2）工作原理
当 uGS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的 二极管，在
d,s之间加上电压也不会形成电流，即管子截止。
再增加 uGS→纵向电场 ↑
→将 P区少子电子聚集到
P区表面 →形成导电沟道，
如果此时加有漏源电压，
就可以形成漏极电流 id。
① 栅源电压 uGS的控制作用
-
-
-
P 衬底
s
g
N
+
b
d
V
DD
二氧化硅
+
N
-
-
-
s
二氧化硅
P 衬底
g
DD
V
+
N
d
+
b
N
V
GG
i
d
定义：
开启电压（ UT） —— 刚刚产生沟道所需的
栅源电压 UGS。
N沟道增强型 MOS管的基本特性：
uGS ＜ UT，管子截止，
uGS ＞ UT，管子导通。
uGS 越大，沟道越宽，在相同的漏源电压 uDS作
用下，漏极电流 ID越大。
② 漏源电压 uDS对漏极电流 id的控制作用
当 uGS＞ UT，且固定为某一值时，来分析漏源电
压 VDS对漏极电流 ID的影响。 （设 UT=2V,uGS=4V）
（ a） uds=0时,id=0。
（ b） uds ↑→id↑；
同时沟道靠漏区变窄。
（ c）当 uds增加到使 ugd=UT时，
沟道靠漏区夹断，称为 预夹断 。
（ d） uds再增加，预夹断区
加长,uds增加的部分基本降
落在随之加长的夹断沟道上
,id基本不变。
-
-
-
s
二氧化硅
P 衬底
g
DD
V
+
N
d
+
b
N
V
GG
i
d
-
-
-
二氧化硅
N
i
s
d
N
V
b
++
DD
d
V
P 衬底
GG g
二氧化硅
N
+
-
-
-
P 衬底
d
+
d
DD
Vs
+
二氧化硅
N N
b
i
GG
V
g
（ 3）特性曲线
四个区：
（ a）可变电阻区
（预夹断前）。
① 输出特性曲线,iD=f(uDS)?uGS=const
i
( V )
( m A )D
DS
u
GS = 6V
u
u
= 5VGS
= 4V
u
GS
u
= 3VGS
（ b）恒流区也称饱和
区（预夹断 后）。
（ c）夹断区（截止区）。
（ d）击穿区。
可变电阻区 恒流区
截止区
击穿区
② 转移特性曲线, iD=f(uGS)?uDS=const
可根据输出特性曲线作出 移特性曲线 。
例：作 uDS=10V的一条 转移特性曲线：
i
( m A )D
GS = 6V
u
u
= 5VGS
= 4V
u
GS
u
= 3VGS
u
DS ( V )
D
i
( m A )
1 0V
1
2
3
4
1
4
3
2
( V )
u
GS
2 4 6
UT
一个重要参数 —— 跨导 gm：
gm=?iD/?uGS? uDS=const (单位 mS)
gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。
在转移特性曲线上,gm为的曲线的斜率。
在输出特性曲线上也可求出 gm。
1
( m A )
DS
u
= 6V
= 3V
u
u
GS ( V )
1
D
6
2
4
i
4
3
= 5V
( m A )
2
4
3
i
D
GS
2
1 0 V
( V )
△ u GS
i△
D
GS
u△
i△
D
2.N沟道耗尽型 MOSFET
特点：
当 uGS=0时，就有沟道，
加入 uDS,就有 iD。
当 uGS＞ 0时，沟道增宽，
iD进一步增加。
当 uGS＜ 0时，沟道变窄，
iD减小。
在栅极下方的 SiO2层中掺入了大量的金属正离子。所以当
uGS=0时，这些正离子已经感应出反型层，形成了沟道。
定义：
夹断电压（ UP） —— 沟道刚刚消失所需的栅源电压 uGS。
-
-
-
-
g 漏极s
+
N
衬底
P 衬底
源极 d栅极
b
N
+
+++ +
+
+
+
+
+ + +
-
-
- -
s
b
g
d
N沟道耗尽型 MOSFET的 特性曲线
输出特性曲线 转移特性曲线
1 GS
u
0
1
D
(V)-1
2-2
(mA)
4
3
2
i
4
2
u
u
3
10V
=+2V
1
DS
GS
D (mA)i
= -1V
u
GS
GS
GS =0V
=+1V
u
u
(V)= -2V＝ U
PGSu
UP
3,P沟道耗尽型 MOSFET
P沟道 MOSFET的工作原理与 N沟道
MOSFET完全相同，只不过导电的载流
子不同，供电电压极性不同而已。这如
同双极型三极管有 NPN型和 PNP型一样。
4,MOS管的主要参数
（ 1）开启电压 UT
（ 2）夹断电压 UP
（ 3）跨导 gm,gm=?iD/?uGS? uDS=const
（ 4）直流输入电阻 RGS—— 栅源间的等效
电阻。由于 MOS管 栅源间有 sio2绝缘层，
输入电阻可达 109～ 1015。
本章小结
1,半导体材料中有两种载流子：电子和空穴 。 电子带负电, 空穴带正电
。 在纯净半导体中掺入不同的杂质, 可以得到 N型半导体和 P型半导体 。
2,采用一定的工艺措施, 使 P型和 N型半导体结合在一起, 就形成了 PN
结 。 PN结的基本特点是单向导电性 。
3,二极管是由一个 PN结构成的 。 其特性可以用伏安特性和一系列参数来
描述 。 在研究二极管电路时, 可根据不同情况, 使用不同的二极管模型 。
4,BJT是由两个 PN结构成的 。 工作时, 有两种载流子参与导电, 称为双
极性晶体管 。 BJT是一种电流控制电流型的器件, 改变基极电流就可以控
制集电极电流 。 BJT的特性可用输入特性曲线和输出特性曲线来描述 。 其
性能可以用一系列参数来表征 。 BJT有三个工作区：饱和区, 放大器和截
止区 。
6,FET分为 JFET和 MOSFET两种 。 工作时只有一种载流子参与导电, 因
此称为单极性晶体管 。 FET是一种电压控制电流型器件 。 改变其栅源电压
就可以改变其漏极电流 。 FET的特性可用转移特性曲线和输出特性曲线来
描述 。 其性能可以用一系列参数来表征 。
