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第 15章 半导体二极管和三极管
15.3 半导体二极管
15.4 稳压二极管
15.5 半导体三极管
15.2 PN结
15.1 半导体的导电特性
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第 15章 半导体二极管和三极管
本章要求：
一、理解 PN结的单向导电性，三极管的电流分配和
电流放大作用；
二、了解二极管、稳压管和三极管的基本构造、工
作原理和特性曲线，理解主要参数的意义；
三、会分析含有二极管的电路。
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学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况，
对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近
似，以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结
果。
对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标，
就不要过分追究精确的数值。
器件是非线性的、特性有分散性,RC 的值有误
差、工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。
对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和
正确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器
件的目的在于应用。
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15.1 半导体的导电特性
半导体的导电特性：
(可做成温度敏感元件，如热敏电阻 )。
掺杂性, 往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电
能力明显改变 (可做成各种不同用途的半导
体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。
光敏性,当受到光照时，导电能力明显变化 (可做
成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极
管、光敏三极管等 )。
热敏性,当环境温度升高时，导电能力显著增强
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15.1.1 本征半导体
完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征
半导体。
晶体中原子的排列方式 硅单晶中的共价健结构
共价健
共价键中的两个电子，称为 价电子 。
Si Si
SiSi
价电子
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Si Si
SiSi
价电子
价电子在获得一定能量
（温度升高或受光照）后，
即可挣脱原子核的束缚，
成为 自由电子 （带负电），
同时共价键中留下一个空
位，称为 空穴 （带正电） 。
本征半导体的导电机理
这一现象称为本征激发。
空穴 温度愈高，晶体中产
生的自由电子便愈多。
自由电子
在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子
来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当
于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。
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本征半导体的导电机理
当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出
现两部分电流
(1)自由电子作定向运动 ?电子电流
(2)价电子递补空穴 ?空穴电流
注意：
(1) 本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差；
(2) 温度愈高,载流子的数目愈多,半导体的导电性
能也就愈好。 所以，温度对半导体器件性能影响很大。
自由电子和 空穴都称为载流子。
自由电子和 空穴成对地产生的同时，又不断复
合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态
平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。
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15.1.2 N型半导体和 P 型半导体
掺杂后自由电子数目
大量增加，自由电子导电
成为这种半导体的主要导
电方式，称为电子半导体
或 N型半导体。
掺入五价元素
Si Si
SiSip+
多
余
电
子
磷原子
在常温下即可
变为自由电子
失去一个
电子变为
正离子
在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）,
形成杂质半导体。
在 N 型半导体中 自由电子
是多数载流子，空穴是少数
载流子。
动画
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15.1.2 N型半导体和 P 型半导体
掺杂后空穴数目大量
增加，空穴导电成为这
种半导体的主要导电方
式，称为空穴半导体或
P型半导体。
掺入三价元素
Si Si
SiSi
在 P 型半导体中 空穴是多
数载流子，自由电子是少数
载流子。
B–
硼原子
接受一个
电子变为
负离子
空穴
动画
无论 N型或 P型半导体都是中性的，对外不显电性。
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1,在杂质半导体中多子的数量与
（ a,掺杂浓度,b.温度）有关。
2,在杂质半导体中少子的数量与
（ a,掺杂浓度,b.温度）有关。
3,当温度升高时，少子的数量
（ a,减少,b,不变,c,增多）。
a
b
c
4,在外加电压的作用下,P 型半导体中的电流
主要是, N 型半导体中的电流主要是 。
（ a,电子电流,b.空穴电流）
b a
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15.2 PN结
15.2.1 PN结的形成
多子的扩散运动
内电场
少子的漂移运动
浓度差
P 型半导体 N 型半导体
内电场越强，漂移运
动越强，而漂移使空间
电荷区变薄。
扩散的结果使
空间电荷区变宽。
空间电荷区也称 PN 结
扩散和漂移
这一对相反的
运动最终达到
动态平衡，空
间电荷区的厚
度固定不变。
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
+
+
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+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
－
－
－
－
－
－
－
－动画
形成空间电荷区
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15.2.2 PN结的单向导电性
1,PN 结加正向电压 （正向偏置）
PN 结变窄
P接正,N接负
外电场IF
内电场被
削弱，多子
的扩散加强，
形成较大的
扩散电流。
PN 结加正向电压时,PN结变窄，正向电流较
大，正向电阻较小,PN结处于导通状态。
内电场P N
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
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－
－
－
－
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
动画
+ –
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2,PN 结加反向电压 （反向偏置）
外电场
P接负,N接正
内电场P N
+
+
+
－
－
－
－
－
－
+
+
+
+
+
+
+
+
+
－
－
－
－
－
－
－
－
－
+
+
+
+
+
+
－
－
－
动画
– +
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PN 结变宽
2,PN 结加反向电压 （反向偏置）
外电场
内电场被加
强，少子的漂
移加强，由于
少子数量很少，
形成很小的反
向电流。IR
P接负,N接正
温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。
动画
– +
PN 结加反向电压时,PN结变宽，反向电流较小，
反向电阻较大,PN结处于截止状态。
内电场P N
+
+
+
－
－
－
－
－
－
+
+
+
+
+
+
+
+
+
－
－
－
－
－
－
－
－
－
+
+
+
+
+
+
－
－
－
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15.3 半导体二极管
15.3.1 基本结构
(a) 点接触型 (b)面接触型
结面积小、
结电容小、正
向电流小。用
于检波和变频
等高频电路。
结面积大、
正向电流大、
结电容大，用
于工频大电流
整流电路。
(c) 平面型
用于集成电路制作工艺中。 PN结结面积可大可
小，用于高频整流和开关电路中。
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阴极引线
阳极引线
二氧化硅保护层
P型硅
N型硅
(c ) 平面型
金属触丝
阳极引线
N型锗片
阴极引线
外壳(a) 点接触型
铝合金小球
N型硅
阳极引线
PN结
金锑合金
底座
阴极引线
(b) 面接触型
图 1 – 12 半导体二极管的结构和符号
15.3 半导体二极管
二极管的结构示意图
阴极阳极
(d) 符号
D
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15.3.2 伏安特性
硅管 0.5V,
锗管 0.1V。
反向击穿
电压 U(BR) 导通压降
外加电压大于死区
电压二极管才能导通。外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，
失去单向导电性。
正向特性
反向特性
特点：非线性
硅 0.6~0.8V
锗 0.2~0.3V
U
I
死区电压P N
+–
P N–+
反向电流
在一定电压
范围内保持
常数。
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15.3.3 主要参数
1,最大整流电流 IOM
二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向
平均电流。
2,反向工作峰值电压 URWM
是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，
一般是二极管反向击穿电压 UBR的一半或三分之二。
二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。
3,反向峰值电流 IRM
指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反
向电流大，说明管子的单向导电性差,IRM受温度的
影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小,
锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。
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二极管 的单向导电性
1,二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴
极接负 ）时,二极管处于正向导通状态，二极管正
向电阻较小，正向电流较大。
2,二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴
极接正 ）时,二极管处于反向截止状态，二极管反
向电阻较大，反向电流很小。
3,外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失
去单向导电性。
4,二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反
向电流愈大。
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二极管电路分析举例
定性分析,判断二极管的工作状态 导通截止
否则，正向管压降 硅 0.6~0.7V锗 0.2~0.3V
分析方法,将二极管断开，分析二极管两端电位
的高低或所加电压 UD的正负。
若 V阳 >V阴 或 UD为正 ( 正向偏置 )，二极管导通
若 V阳 <V阴 或 UD为负 ( 反向偏置 )，二极管截止
若二极管是理想的,正向导通时正向管压降为零，
反向截止时二极管相当于断开。
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电路如图，求,UAB
V阳 =－ 6 V V阴 =－ 12 V
V阳 >V阴 二极管导通
若忽略管压降，二极管可看作短路,UAB =－ 6V
否则,UAB低于－ 6V一个管压降，为－ 6.3Ｖ或－ 6.7V
例 1：
取 B 点作参考点，
断开二极管，分析二
极管阳极和阴极的电
位。
在这里，二极管起钳位作用。
D
6V
12V
3k?
B
A
UAB
+
–
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两个二极管的阴极接在一起
取 B 点作参考点，断开二极
管，分析二极管阳极和阴极
的电位。
V1阳 =－ 6 V,V2阳 =0 V,V1阴 = V2阴 = － 12 V
UD1 = 6V,UD2 =12V
∵ UD2 >UD1 ∴ D2 优先导通,D1截止。
若忽略管压降，二极管可看作短路,UAB = 0 V
例 2:
D1承受反向电压为 － 6 V
流过 D2 的电流为
mA43122D ??I
求,UAB
在这里,D2 起
钳位作用,D1起
隔离作用。
B
D1
6V
12V
3k?
A
D2
UAB
+
–
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ui > 8V，二极管导通，可看作短路 uo = 8V
ui < 8V，二极管截止，可看作开路 uo = ui
已知：
二极管是理想的，试画
出 uo 波形。
V s i n18i tu ??
8V
例 3：
二极管的用途：
整流、检波、
限幅、钳位、开
关、元件保护、
温度补偿等。
ui
t ?
18V
参考点
二极管阴极电位为 8 V
D
8V
R
uoui
+ +
– –
动画
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15.4 稳压二极管
1,符号
UZ
IZ
IZM? UZ
? IZ
2,伏安特性
稳压管正常工作
时加反向电压
使用时要加限流电阻
稳压管反向击穿
后，电流变化很大，
但其两端电压变化
很小，利用此特性，
稳压管在电路中可
起稳压作用。
_ +
U
I
O
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3,主要参数
(1) 稳定电压 UZ
稳压管正常工作 (反向击穿 )时管子两端的电压。
(2) 电压温度系数 ?ｕ
环境温度每变化 1?C引起 稳压值变化的 百分数 。
(3) 动态电阻
Z
Z
Z I
Ur
?
??
(4) 稳定电流 IZ,最大稳定电流 IZM
(5) 最大允许耗散功率 PZM = UZ IZM
rZ愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。
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光电二极管
反向电流随光照强度的增加而上升。
I
U
照度增加
符号
发光二极管
有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目
前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的
电特性与一般二极管类似，正向电压较一般二极管
高，电流为几 ~ 几十 mA
光电二极管 发光二极管
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15.5 半导体三极管
15.5.1 基本结构
N NP
基极
发射极集电极
NPN型
B
EC
B
EC
PNP型
P PN
基极
发射极集电极
符号：
B
E
C
IB I
E
IC
B
E
C
IB I
E
IC
NPN型三极管 PNP型三极管
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基区：最薄，
掺杂浓度最低
发射区：掺
杂浓度最高
发射结
集电结
B
E
C
N
N
P基极
发射极
集电极
结构特点：
集电区：
面积最大
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15,5,2 电流分配和放大原理
1,三极管放大的外部条件
B
E
C
N
N
P
EB
RB
EC
RC
发射结正偏、集电结反偏
PNP
发射结正偏 VB<VE
集电结反偏 VC<VB
从电位的角度看：
NPN
发射结正偏 VB>VE
集电结反偏 VC>VB
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2,各电极电流关系及电流放大作用
IB(mA)
IC(mA)
IE(mA)
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
<0.001 0.70 1.50 2.30 3.10 3.95
<0.001 0.72 1.54 2.36 3.18 4.05
结论, 1）三电极电流关系 IE = IB + IC
2） IC ?? IB, IC? IE
3） ? IC ??? IB
把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变
化的特性称为晶体管的电流放大作用。
实质,用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的
变化，是 CCCS器件 。
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3.三极管内部载流子的运动规律
B
E
C
N
N
P
EB
RB
EC
IE
IBE
ICEICBO
基区空穴
向发射区的
扩散可忽略。
发射结正偏，
发射区电子不断
向基区扩散，形
成发射极电流 IE。
进入 P 区的电
子少部分与基区
的空穴复合，形
成电流 IBE,多
数扩散到集电结。
从基区扩散来的
电子作为集电结
的少子，漂移进
入集电结而被收
集，形成 ICE。
集电结反偏，
有少子形成的
反向电流 ICBO。
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3,三极管内部载流子的运动规律
IC = ICE+ICBO ? ICE IC
IB
B
E
C
N
N
P
EB
RB
EC
IE
IBE
ICEICBOIB = IBE- ICBO ? IBE
ICE 与 IBE 之比称为共
发射极电流放大倍数
B
C
C B OB
C B OC
BE
CE
I
I
II
II
I
I ?
?
????
C E OBC B OBC )(1 IIIII ????? ???
BC C E O III ??，有忽略
集－射极穿透电流,温度 ??ICEO?
(常用公式 )
若 IB =0,则 IC? ICE0
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15.5.3 特性曲线
即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子
内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，
是分析放大电路的依据。
为什么要研究特性曲线：
1）直观地分析管子的工作状态
2）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的
电路
重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线
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发射极是输入回路、输出回路的公共端
共发射极电路
输入回路 输出回路
测量晶体管特性的实验线路 IC
EB
mA
?A
V
UCE
UBERB
IB
ECV
+
+
– ––
–
+
+
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1,输入特性
常数?? CE)( BEB UUfI
特点,非线性
死区电压：
硅管 0.5V，
锗管 0.1V。
正常工作时发射结电压：
NPN型硅管
UBE ? 0.6~0.7V
PNP型锗管
UBE ??0.2 ~ ? 0.3V
IB(?A)
UBE(V)
20
40
60
80
0.4 0.8
UCE?1V
O
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2,输出特性
IB=0
20?A
40?A
60?A
80?A
100?A
常数?? B)( CEC IUfI
3 6
IC(mA )
1
2
3
4
UCE(V)9 12O
放大区
输出特性曲线通常分三个工作区：
(1) 放大区
在放大区有 IC=? IB,
也 称为线性区，具有恒
流特性。
在放大区,发射结处
于正向偏置、集电结处
于反向偏置，晶体管工
作于放大状态。
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IB=0
20?A
40?A
60?A
80?A
100?A
3 6
IC(mA )
1
2
3
4
UCE(V)9 12O
（ 2）截止区
IB < 0 以下区域为 截止区，有 IC ? 0 。
在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反
向偏置，晶体管工作于截止状态。
饱
和
区
截止区
（ 3）饱和区
当 UCE? UBE时, 晶
体管工作于饱和状态。
在饱和区,?IB ?IC，
发射结处于正向偏置，
集电结也处于正 偏。
深度饱和时，
硅管 UCES ? 0.3V，
锗管 UCES ? 0.1V。
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15.5.4 主要参数
1,电流放大系数 ??
直流电流放大系数
B
C
I
I_ _ _ ??
B
CIIΔΔ??
交流电流放大系数
当晶体管接成发射极电路时，
表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体
管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。
注意：
和 ?的含义不同，但在特性曲线近于平行等
距并且 ICE0 较小的情况下，两者数值接近。
?
常用晶体管的 ? 值在 20 ~ 200之间。
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例：在 UCE= 6 V时,在 Q1 点 IB=40?A,IC=1.5mA；
在 Q2 点 IB=60 ?A,IC=2.3mA。
537040 51
B
C,.,II ????
40040060 5132
B
C ?
?
???
..
..
I
I
Δ
Δ?
在以后的计算中，一般作近似处理,? = 。?
IB=0
20?A
40?A
60?A
80?A
100?A
3 6
IC(mA )
1
2
3
4
UCE(V)9 120
Q1
Q2
在 Q1 点，有
由 Q1 和 Q2点，得
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2.集 -基极反向截止电流 ICBO
ICBO是由少数载流子的
漂移运动所形成的电流，
受温度的影响大。
温度 ??ICBO?
ICBO
?A +– EC
3.集 -射极反向截止电流 (穿透电流 )ICEO
?A
ICEO
IB=0
+– I
CEO受温度的影响大。
温度 ??ICEO?,所以 IC
也相应增加。 三极管的
温度特性较差。
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4,集电极最大允许电流 ICM
5,集 -射极反向击穿电压 U(BR)CEO
集电极电流 IC上升会导致三极管的 ?值的下降，
当 ?值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即
为 ICM。
当集 —射极之间的电压 UCE 超过一定的数值时，
三极管就会被击穿。手册上给出的数值是 25?C、
基极开路时的击穿电压 U(BR) CEO。
6,集电极最大允许耗散功耗 PCM
PCM取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，
温升过高会烧坏三极管。
PC ? PCM =IC UCE
硅 管允许结温约为 150?C,锗 管约为 70?90?C。
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ICUCE=PCM
ICM
U(BR)CEO
安全工作区
由三个极限参数可画出三极管的安全工作区
IC
UCEO
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晶体管参数与温度的关系
1、温度每增加 10?C,ICBO增大一倍。硅管优
于锗管。
2、温度每升高 1?C,UBE将减小 –(2~2.5)mV，
即晶体管具有负温度系数。
3、温度每升高 1?C,?增加 0.5%~1.0%。
第 15章 半导体二极管和三极管
15.3 半导体二极管
15.4 稳压二极管
15.5 半导体三极管
15.2 PN结
15.1 半导体的导电特性
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第 15章 半导体二极管和三极管
本章要求：
一、理解 PN结的单向导电性，三极管的电流分配和
电流放大作用；
二、了解二极管、稳压管和三极管的基本构造、工
作原理和特性曲线，理解主要参数的意义；
三、会分析含有二极管的电路。
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学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况，
对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近
似，以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结
果。
对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标，
就不要过分追究精确的数值。
器件是非线性的、特性有分散性,RC 的值有误
差、工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。
对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和
正确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器
件的目的在于应用。
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15.1 半导体的导电特性
半导体的导电特性：
(可做成温度敏感元件，如热敏电阻 )。
掺杂性, 往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电
能力明显改变 (可做成各种不同用途的半导
体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。
光敏性,当受到光照时，导电能力明显变化 (可做
成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极
管、光敏三极管等 )。
热敏性,当环境温度升高时，导电能力显著增强
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15.1.1 本征半导体
完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征
半导体。
晶体中原子的排列方式 硅单晶中的共价健结构
共价健
共价键中的两个电子，称为 价电子 。
Si Si
SiSi
价电子
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Si Si
SiSi
价电子
价电子在获得一定能量
（温度升高或受光照）后，
即可挣脱原子核的束缚，
成为 自由电子 （带负电），
同时共价键中留下一个空
位，称为 空穴 （带正电） 。
本征半导体的导电机理
这一现象称为本征激发。
空穴 温度愈高，晶体中产
生的自由电子便愈多。
自由电子
在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子
来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当
于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。
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本征半导体的导电机理
当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出
现两部分电流
(1)自由电子作定向运动 ?电子电流
(2)价电子递补空穴 ?空穴电流
注意：
(1) 本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差；
(2) 温度愈高,载流子的数目愈多,半导体的导电性
能也就愈好。 所以，温度对半导体器件性能影响很大。
自由电子和 空穴都称为载流子。
自由电子和 空穴成对地产生的同时，又不断复
合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态
平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。
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15.1.2 N型半导体和 P 型半导体
掺杂后自由电子数目
大量增加，自由电子导电
成为这种半导体的主要导
电方式，称为电子半导体
或 N型半导体。
掺入五价元素
Si Si
SiSip+
多
余
电
子
磷原子
在常温下即可
变为自由电子
失去一个
电子变为
正离子
在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）,
形成杂质半导体。
在 N 型半导体中 自由电子
是多数载流子，空穴是少数
载流子。
动画
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15.1.2 N型半导体和 P 型半导体
掺杂后空穴数目大量
增加，空穴导电成为这
种半导体的主要导电方
式，称为空穴半导体或
P型半导体。
掺入三价元素
Si Si
SiSi
在 P 型半导体中 空穴是多
数载流子，自由电子是少数
载流子。
B–
硼原子
接受一个
电子变为
负离子
空穴
动画
无论 N型或 P型半导体都是中性的，对外不显电性。
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1,在杂质半导体中多子的数量与
（ a,掺杂浓度,b.温度）有关。
2,在杂质半导体中少子的数量与
（ a,掺杂浓度,b.温度）有关。
3,当温度升高时，少子的数量
（ a,减少,b,不变,c,增多）。
a
b
c
4,在外加电压的作用下,P 型半导体中的电流
主要是, N 型半导体中的电流主要是 。
（ a,电子电流,b.空穴电流）
b a
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15.2 PN结
15.2.1 PN结的形成
多子的扩散运动
内电场
少子的漂移运动
浓度差
P 型半导体 N 型半导体
内电场越强，漂移运
动越强，而漂移使空间
电荷区变薄。
扩散的结果使
空间电荷区变宽。
空间电荷区也称 PN 结
扩散和漂移
这一对相反的
运动最终达到
动态平衡，空
间电荷区的厚
度固定不变。
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
－
－
－
－
－
－
－
－动画
形成空间电荷区
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15.2.2 PN结的单向导电性
1,PN 结加正向电压 （正向偏置）
PN 结变窄
P接正,N接负
外电场IF
内电场被
削弱，多子
的扩散加强，
形成较大的
扩散电流。
PN 结加正向电压时,PN结变窄，正向电流较
大，正向电阻较小,PN结处于导通状态。
内电场P N
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
－
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
动画
+ –
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2,PN 结加反向电压 （反向偏置）
外电场
P接负,N接正
内电场P N
+
+
+
－
－
－
－
－
－
+
+
+
+
+
+
+
+
+
－
－
－
－
－
－
－
－
－
+
+
+
+
+
+
－
－
－
动画
– +
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PN 结变宽
2,PN 结加反向电压 （反向偏置）
外电场
内电场被加
强，少子的漂
移加强，由于
少子数量很少，
形成很小的反
向电流。IR
P接负,N接正
温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。
动画
– +
PN 结加反向电压时,PN结变宽，反向电流较小，
反向电阻较大,PN结处于截止状态。
内电场P N
+
+
+
－
－
－
－
－
－
+
+
+
+
+
+
+
+
+
－
－
－
－
－
－
－
－
－
+
+
+
+
+
+
－
－
－
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15.3 半导体二极管
15.3.1 基本结构
(a) 点接触型 (b)面接触型
结面积小、
结电容小、正
向电流小。用
于检波和变频
等高频电路。
结面积大、
正向电流大、
结电容大，用
于工频大电流
整流电路。
(c) 平面型
用于集成电路制作工艺中。 PN结结面积可大可
小，用于高频整流和开关电路中。
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阴极引线
阳极引线
二氧化硅保护层
P型硅
N型硅
(c ) 平面型
金属触丝
阳极引线
N型锗片
阴极引线
外壳(a) 点接触型
铝合金小球
N型硅
阳极引线
PN结
金锑合金
底座
阴极引线
(b) 面接触型
图 1 – 12 半导体二极管的结构和符号
15.3 半导体二极管
二极管的结构示意图
阴极阳极
(d) 符号
D
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15.3.2 伏安特性
硅管 0.5V,
锗管 0.1V。
反向击穿
电压 U(BR) 导通压降
外加电压大于死区
电压二极管才能导通。外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，
失去单向导电性。
正向特性
反向特性
特点：非线性
硅 0.6~0.8V
锗 0.2~0.3V
U
I
死区电压P N
+–
P N–+
反向电流
在一定电压
范围内保持
常数。
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15.3.3 主要参数
1,最大整流电流 IOM
二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向
平均电流。
2,反向工作峰值电压 URWM
是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，
一般是二极管反向击穿电压 UBR的一半或三分之二。
二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。
3,反向峰值电流 IRM
指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反
向电流大，说明管子的单向导电性差,IRM受温度的
影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小,
锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。
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二极管 的单向导电性
1,二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴
极接负 ）时,二极管处于正向导通状态，二极管正
向电阻较小，正向电流较大。
2,二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴
极接正 ）时,二极管处于反向截止状态，二极管反
向电阻较大，反向电流很小。
3,外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失
去单向导电性。
4,二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反
向电流愈大。
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二极管电路分析举例
定性分析,判断二极管的工作状态 导通截止
否则，正向管压降 硅 0.6~0.7V锗 0.2~0.3V
分析方法,将二极管断开，分析二极管两端电位
的高低或所加电压 UD的正负。
若 V阳 >V阴 或 UD为正 ( 正向偏置 )，二极管导通
若 V阳 <V阴 或 UD为负 ( 反向偏置 )，二极管截止
若二极管是理想的,正向导通时正向管压降为零，
反向截止时二极管相当于断开。
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电路如图，求,UAB
V阳 =－ 6 V V阴 =－ 12 V
V阳 >V阴 二极管导通
若忽略管压降，二极管可看作短路,UAB =－ 6V
否则,UAB低于－ 6V一个管压降，为－ 6.3Ｖ或－ 6.7V
例 1：
取 B 点作参考点，
断开二极管，分析二
极管阳极和阴极的电
位。
在这里，二极管起钳位作用。
D
6V
12V
3k?
B
A
UAB
+
–
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两个二极管的阴极接在一起
取 B 点作参考点，断开二极
管，分析二极管阳极和阴极
的电位。
V1阳 =－ 6 V,V2阳 =0 V,V1阴 = V2阴 = － 12 V
UD1 = 6V,UD2 =12V
∵ UD2 >UD1 ∴ D2 优先导通,D1截止。
若忽略管压降，二极管可看作短路,UAB = 0 V
例 2:
D1承受反向电压为 － 6 V
流过 D2 的电流为
mA43122D ??I
求,UAB
在这里,D2 起
钳位作用,D1起
隔离作用。
B
D1
6V
12V
3k?
A
D2
UAB
+
–
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ui > 8V，二极管导通，可看作短路 uo = 8V
ui < 8V，二极管截止，可看作开路 uo = ui
已知：
二极管是理想的，试画
出 uo 波形。
V s i n18i tu ??
8V
例 3：
二极管的用途：
整流、检波、
限幅、钳位、开
关、元件保护、
温度补偿等。
ui
t ?
18V
参考点
二极管阴极电位为 8 V
D
8V
R
uoui
+ +
– –
动画
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15.4 稳压二极管
1,符号
UZ
IZ
IZM? UZ
? IZ
2,伏安特性
稳压管正常工作
时加反向电压
使用时要加限流电阻
稳压管反向击穿
后，电流变化很大，
但其两端电压变化
很小，利用此特性，
稳压管在电路中可
起稳压作用。
_ +
U
I
O
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3,主要参数
(1) 稳定电压 UZ
稳压管正常工作 (反向击穿 )时管子两端的电压。
(2) 电压温度系数 ?ｕ
环境温度每变化 1?C引起 稳压值变化的 百分数 。
(3) 动态电阻
Z
Z
Z I
Ur
?
??
(4) 稳定电流 IZ,最大稳定电流 IZM
(5) 最大允许耗散功率 PZM = UZ IZM
rZ愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。
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光电二极管
反向电流随光照强度的增加而上升。
I
U
照度增加
符号
发光二极管
有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目
前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的
电特性与一般二极管类似，正向电压较一般二极管
高，电流为几 ~ 几十 mA
光电二极管 发光二极管
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15.5 半导体三极管
15.5.1 基本结构
N NP
基极
发射极集电极
NPN型
B
EC
B
EC
PNP型
P PN
基极
发射极集电极
符号：
B
E
C
IB I
E
IC
B
E
C
IB I
E
IC
NPN型三极管 PNP型三极管
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基区：最薄，
掺杂浓度最低
发射区：掺
杂浓度最高
发射结
集电结
B
E
C
N
N
P基极
发射极
集电极
结构特点：
集电区：
面积最大
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15,5,2 电流分配和放大原理
1,三极管放大的外部条件
B
E
C
N
N
P
EB
RB
EC
RC
发射结正偏、集电结反偏
PNP
发射结正偏 VB<VE
集电结反偏 VC<VB
从电位的角度看：
NPN
发射结正偏 VB>VE
集电结反偏 VC>VB
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2,各电极电流关系及电流放大作用
IB(mA)
IC(mA)
IE(mA)
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
<0.001 0.70 1.50 2.30 3.10 3.95
<0.001 0.72 1.54 2.36 3.18 4.05
结论, 1）三电极电流关系 IE = IB + IC
2） IC ?? IB, IC? IE
3） ? IC ??? IB
把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变
化的特性称为晶体管的电流放大作用。
实质,用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的
变化，是 CCCS器件 。
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3.三极管内部载流子的运动规律
B
E
C
N
N
P
EB
RB
EC
IE
IBE
ICEICBO
基区空穴
向发射区的
扩散可忽略。
发射结正偏，
发射区电子不断
向基区扩散，形
成发射极电流 IE。
进入 P 区的电
子少部分与基区
的空穴复合，形
成电流 IBE,多
数扩散到集电结。
从基区扩散来的
电子作为集电结
的少子，漂移进
入集电结而被收
集，形成 ICE。
集电结反偏，
有少子形成的
反向电流 ICBO。
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3,三极管内部载流子的运动规律
IC = ICE+ICBO ? ICE IC
IB
B
E
C
N
N
P
EB
RB
EC
IE
IBE
ICEICBOIB = IBE- ICBO ? IBE
ICE 与 IBE 之比称为共
发射极电流放大倍数
B
C
C B OB
C B OC
BE
CE
I
I
II
II
I
I ?
?
????
C E OBC B OBC )(1 IIIII ????? ???
BC C E O III ??，有忽略
集－射极穿透电流,温度 ??ICEO?
(常用公式 )
若 IB =0,则 IC? ICE0
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15.5.3 特性曲线
即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子
内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，
是分析放大电路的依据。
为什么要研究特性曲线：
1）直观地分析管子的工作状态
2）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的
电路
重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线
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发射极是输入回路、输出回路的公共端
共发射极电路
输入回路 输出回路
测量晶体管特性的实验线路 IC
EB
mA
?A
V
UCE
UBERB
IB
ECV
+
+
– ––
–
+
+
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1,输入特性
常数?? CE)( BEB UUfI
特点,非线性
死区电压：
硅管 0.5V，
锗管 0.1V。
正常工作时发射结电压：
NPN型硅管
UBE ? 0.6~0.7V
PNP型锗管
UBE ??0.2 ~ ? 0.3V
IB(?A)
UBE(V)
20
40
60
80
0.4 0.8
UCE?1V
O
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2,输出特性
IB=0
20?A
40?A
60?A
80?A
100?A
常数?? B)( CEC IUfI
3 6
IC(mA )
1
2
3
4
UCE(V)9 12O
放大区
输出特性曲线通常分三个工作区：
(1) 放大区
在放大区有 IC=? IB,
也 称为线性区，具有恒
流特性。
在放大区,发射结处
于正向偏置、集电结处
于反向偏置，晶体管工
作于放大状态。
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IB=0
20?A
40?A
60?A
80?A
100?A
3 6
IC(mA )
1
2
3
4
UCE(V)9 12O
（ 2）截止区
IB < 0 以下区域为 截止区，有 IC ? 0 。
在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反
向偏置，晶体管工作于截止状态。
饱
和
区
截止区
（ 3）饱和区
当 UCE? UBE时, 晶
体管工作于饱和状态。
在饱和区,?IB ?IC，
发射结处于正向偏置，
集电结也处于正 偏。
深度饱和时，
硅管 UCES ? 0.3V，
锗管 UCES ? 0.1V。
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15.5.4 主要参数
1,电流放大系数 ??
直流电流放大系数
B
C
I
I_ _ _ ??
B
CIIΔΔ??
交流电流放大系数
当晶体管接成发射极电路时，
表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体
管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。
注意：
和 ?的含义不同，但在特性曲线近于平行等
距并且 ICE0 较小的情况下，两者数值接近。
?
常用晶体管的 ? 值在 20 ~ 200之间。
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例：在 UCE= 6 V时,在 Q1 点 IB=40?A,IC=1.5mA；
在 Q2 点 IB=60 ?A,IC=2.3mA。
537040 51
B
C,.,II ????
40040060 5132
B
C ?
?
???
..
..
I
I
Δ
Δ?
在以后的计算中，一般作近似处理,? = 。?
IB=0
20?A
40?A
60?A
80?A
100?A
3 6
IC(mA )
1
2
3
4
UCE(V)9 120
Q1
Q2
在 Q1 点，有
由 Q1 和 Q2点，得
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2.集 -基极反向截止电流 ICBO
ICBO是由少数载流子的
漂移运动所形成的电流，
受温度的影响大。
温度 ??ICBO?
ICBO
?A +– EC
3.集 -射极反向截止电流 (穿透电流 )ICEO
?A
ICEO
IB=0
+– I
CEO受温度的影响大。
温度 ??ICEO?,所以 IC
也相应增加。 三极管的
温度特性较差。
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4,集电极最大允许电流 ICM
5,集 -射极反向击穿电压 U(BR)CEO
集电极电流 IC上升会导致三极管的 ?值的下降，
当 ?值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即
为 ICM。
当集 —射极之间的电压 UCE 超过一定的数值时，
三极管就会被击穿。手册上给出的数值是 25?C、
基极开路时的击穿电压 U(BR) CEO。
6,集电极最大允许耗散功耗 PCM
PCM取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，
温升过高会烧坏三极管。
PC ? PCM =IC UCE
硅 管允许结温约为 150?C,锗 管约为 70?90?C。
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ICUCE=PCM
ICM
U(BR)CEO
安全工作区
由三个极限参数可画出三极管的安全工作区
IC
UCEO
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晶体管参数与温度的关系
1、温度每增加 10?C,ICBO增大一倍。硅管优
于锗管。
2、温度每升高 1?C,UBE将减小 –(2~2.5)mV，
即晶体管具有负温度系数。
3、温度每升高 1?C,?增加 0.5%~1.0%。
