第一章 半导体器件
1.1 半导体与二极管
1.2 特殊二极管
1.3 半导体三极管
1.4 场效应管
1.1 半导体与二极管
1.1.1 半导体
半导体 — 导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。
本征半导体 — 纯净的半导体。如硅、锗单晶体。
载流子 — 自由运动的带电粒子。半导体中的载流子包括电子和空穴
根据物体导电能力 (电阻率 )的不同，来划分
导体、绝缘体和半导体。
一、半导体
典型的半导体有 硅 Si和 锗 Ge以及 砷化镓 GaAs等。
半导体之所以得到广泛应用是因为其
具有如下特性：
（ 1）掺杂特性
（ 2）热敏特性
（ 3）光敏特性
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 。
在 N型半导体中 自由 电子是多数载流子,它主要由杂质原
子提供 ； 空穴是少数载流子,由热激发形成。
在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。
2,P型半导体
在 N型半导体中 自由 电子是多数载流子,它主要由杂质原
子提供 ； 空穴是少数载流子,由热激发形成。
三, PN结及其单向导电性
1, PN结的形成
对于 P型半导体和 N型半导体结合面，离
子薄层形成的 空间电荷区 称为 PN结 。
在空间电荷区，由于缺少多子，所以也
称 耗尽层 。
2, PN结的单向导电性
当外加电压使 PN结中 P区的电位高于 N区的电位，称为
加 正向电压,简称 正偏 ；反之 称为加 反向电压, 简称 反偏 。
PN结加正向电压时，呈现低电阻，
PN结导通；
PN结加反向电压时，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。
1.1.2 二极管的结构和符号
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。
半导体二极管图片
1.1.3 二极管的伏安特性
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
理想二极管模型
R
I
10V
E 1kΩ
mA10K1 V10 ???I
0.7V
1.1.3 二极管的主要参数
(3) 反向电流 IR—— 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。
（ 2）最高反向工作电压 URM——— 是指二极
管在使用时所允许加的最大反向电压。为了
确保二极管安全运动，通常取二极管反向击
穿电压 UBR的一半作为 URM
(1) 最大整流电流 IF—— 是指二极管长期运动
时允许通过的最大正向平均电流，
小
技
巧
二极管的简易测量
根据二极管的单向导电性可知，二极管正向电阻
小，反向电阻大。利用这一特点，可以用万用表的电
阻挡大致测量出二极管的好坏和正负极性
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
1.2.1 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
－
1.2 特殊二极管
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
1.2.2 变容二极管
PN结具有电容效应，二极管存在结电容。二极管结电
容的大小除了与本身结构工艺有关，还与外加电压有关。
变容二极管的结电容 Cj与反偏电压 ?uD的关系曲线
变容二极管常用于高频电路中，例如，电调谐电路
和自动频率控制电路
1.2.3 光电二极管
光电二极管的结构与一般的二极管类似，在它的 PN结处，通过管壳
上的一个玻璃管窗口能接收外部的光照。这种器件的 PN结在反向偏
置状态下工作，它的反向电流随光照强度的增加而上升。
光电二极管的符号及其特性曲线
光电二极管可用于光的测量，是将光信号转换为
电信号的常用器件 。
1.2.4 发光二极管
发光二极管（简称 LED）是一种光发射器件，它是由砷
化镓、磷化镓等材料制成。当这种管子通以电流时将发出光
来。光的颜色主要取决于制造所用的材料 。
发光二极管的电路符号和伏安特性曲线
发光二极管是一种新型冷光源。由于它体积小、用
电省、工作电压低、寿命长、单色性好和响应速度快，
因此，常用来作为显示器。
1.3 半导体三极管
1.3.1 三极管的结构与分类
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 。 双极型晶体管 是由两个 PN结组成的 。
一,三极管 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
三极管分类,
按材料分,硅管、锗管
按功率分,小功率管 < 500 mW
按结构分,NPN,PNP
按使用频率分,低频管、高频管
大功率管 > 1 W
中功率管 0.5 ?1 W
1.3.2 三极管的电流分配关系与放大作用
1,放大的概念
电子电路中所说的放大，有两方面含
义：一是放大的对象是变化量，不是一个恒
定量。
例如，扩音机是把人讲话时声音的轻重
和高低放大出来；二是指对能量的控制作用，
即在输入端用一个小的变化量去控制能源，
使输出端产生一个与输入变化量相应的大的
变化量，体现了对能量的控制作用
2.三极管实现放大作用的条件
三极管实现放大作用的外部条件：
发射结加正向电压（正向偏置），在集电结
加反向电压（反向偏置）
对于 NPN管，要求 UC>UB>UE； PNP型管的情况
正好相反，即 UE>UB>UC。
发射结正偏，集电结反偏
3,三极管的电流分配关系与放大作用
μA
mA
mA
IB
IC
IE
RB
EC+
+
_
_EB
B C
E
3DG6
晶体管电流测量数据
IB/mA 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
IC/mA <0.001 0.70 1.50 2.30 3.10 3.95
IE/mA <0.001 0.72 1.54 2.36 3.18 4.05
由此实验及测量结果可得出如下结论：
（ 1） IE=IC+IB 符合基尔霍夫电流定律。
（ 2） IE和 IC比 IB 大的多。
（ 3） ?IC与 ?IB的比值几乎是一个常数，我们将这个比值
称为共发射极交流电流放大系数，
B
C
I
I
?
???
三极管集电极直流电流 IC和相应的
基极电流 IB的比值称为直流放大系数，
用表示，即
一般情况下,?与很接近，即 ?≈,通常
?与无须严格区分，可以混用。
B
C
I
I??
?
1.3.3 三极管在电路中的基本连接方式
三极管的三种组态
共集电极接法,集电极作为公共电极 ;
共基极接法, 基极作为公共电极。
共发射极接法,发射极作为公共电极；
三极管在电路中的三种基本连接方式
1.3.4 三极管的伏安特性
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
1.3.5 三极管的主要参数
1.电流放大系数
B
C
I
I??
B
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,反向饱和电流
（ 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,ICBO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
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
1.4 场效应管
三极管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 （ 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 。
1.4.1 绝缘栅场效应管简介
绝缘栅型场效应管 (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 UGS(th)—— 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 ＜ UGS(th),管子截止，
uGS ＞ UGS(th),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 uDS对
漏极电流 ID的影响。 （设 UGS(th)=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= UGS(th)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
UGS(th)
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。
1.4.2 场效应管的主要参数和使用注意事项
1,主要参数
(1）直流参数
① 开启电压 UGS(th),UGS(th)值是增强型场效应管
的重要参数。
② 夹断电压 UGS(off),它是耗尽型场效应管的重要参
数
③ 饱和漏电极电流 IDSS,它也是耗尽型场效应管的
重要参数。
④ 直流输入电阻 RGS,它是指栅源极间电压 UGS与
对应的栅极电流 IG之比。场效应管输入电阻 RGS值
很大，结型场效应管一般在 107?以上；绝缘栅型
场效应管 RGS值则更大，一般在 109?以上。
(2）交流参数
① 跨导 gm,跨导反映了栅源电压对漏极电流的控制
能力，它是标志场效应管放大能力的重要参数，单
位为 mS或 ?S。值得注意的是,gm与工作点有关，
它随工作点的变化而变化。
② 极间电容 指场效应管 3个电极之间的等效电容
CGS,CGD,CDS，一般为 0.1～ 3 pF，是影响管子高
频性能的参数。
（ 3）极限参数
① 漏极最大允许耗散功率 PDM,,,指 ID与 UDS的乘积不
应超过的极限值。
② 漏源击穿电压 U(BR)DS,指 ID开始急剧增加的漏源电
压 。
2,使用注意事项
（ 1）结型场效应管的栅源电压不能接反，各极可以
在开路状态下保存。
（ 2） MOS型场效应管不使用时，须将各电极短路，
以免由于外电场的作用而使管子损坏。
（ 3）焊接时，电烙铁外壳必须良好接地，或断电后
再焊。
本章小结
（ 1）半导体导电能力取决于其内部载流子的多少，半导体
有电子和空穴两种载流子。本征半导体有热敏特性、光敏特
性、掺杂特性。在本征半导体中掺入相应的杂质，便可制成
P型半导体和 N型半导体，它们内部都有空穴和电子两种载流
子，其中多子是由掺杂产生的，少子是由本征激发产生的 。
（ 2） PN结是构成各种半导体的基础，它具有单向导电性。
当接正向偏置时，有较大的正向电流，正向电阻较小；而接
反向偏置时，反向电流很小，反向电阻很大。
（ 3）半导体二极管的核心是一个 PN结，它的特性与 PN结基
本相同。二极管的伏安特性是非线性的，所以是非线性器件。
二极管的主要参数有最大整流电流、最高反向工作电压和反
向饱和电流。
（ 4）稳压二极管是一种特殊二极管，利用在反向击穿状
态下的恒压特性，常用它来构成简单的稳压电路。其他特
殊二极管，如变容二极管、发光二极管、光敏二极管等均
具有非线性的特点，它们均有不同于普通二极管的特殊用
途。
（ 5）晶体三极管是由两个 PN结构成的半导体器件，在集
电结反偏，发射结正偏的外部条件下，晶体管的基极电流
对集电极电流具有控制作用，即电流放大作用。晶体三极
管有三种连接方式，广泛采用的是共发射极连接。它有三
种工作状态，即截止状态、饱和状态和放大状态。三极管
的三个极的电流关系是 IE=IB+IC，在放大状态时，
IC=?IB+ICEO≈?IB，这表明三极管是一种电流控制型器件，
具有受控特性（指 IC与 IB的关系）和恒流特性（指 IC和 UCE
的关系）。
（ 6）晶体三极管是一种非线性器件，使用中应注意
分析方法，它的特性曲线和参数是正确运用晶体三极
管的重要依据。
（ 7）场效应管是一种电压控制型器件，即用栅源电
压来控制漏极电流，它具有输入阻抗高和低噪声的特
点。表征场效应管性能的有转移特性曲线、输出特性
曲线和跨导。它有结型场效应管和绝缘栅型场效应管
两大类。每类又有 P沟道和 N沟道的区分。绝缘栅型
场效应管有增强型和耗尽型两种 。
1.1 半导体与二极管
1.2 特殊二极管
1.3 半导体三极管
1.4 场效应管
1.1 半导体与二极管
1.1.1 半导体
半导体 — 导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。
本征半导体 — 纯净的半导体。如硅、锗单晶体。
载流子 — 自由运动的带电粒子。半导体中的载流子包括电子和空穴
根据物体导电能力 (电阻率 )的不同，来划分
导体、绝缘体和半导体。
一、半导体
典型的半导体有 硅 Si和 锗 Ge以及 砷化镓 GaAs等。
半导体之所以得到广泛应用是因为其
具有如下特性：
（ 1）掺杂特性
（ 2）热敏特性
（ 3）光敏特性
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 。
在 N型半导体中 自由 电子是多数载流子,它主要由杂质原
子提供 ； 空穴是少数载流子,由热激发形成。
在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。
2,P型半导体
在 N型半导体中 自由 电子是多数载流子,它主要由杂质原
子提供 ； 空穴是少数载流子,由热激发形成。
三, PN结及其单向导电性
1, PN结的形成
对于 P型半导体和 N型半导体结合面，离
子薄层形成的 空间电荷区 称为 PN结 。
在空间电荷区，由于缺少多子，所以也
称 耗尽层 。
2, PN结的单向导电性
当外加电压使 PN结中 P区的电位高于 N区的电位，称为
加 正向电压,简称 正偏 ；反之 称为加 反向电压, 简称 反偏 。
PN结加正向电压时，呈现低电阻，
PN结导通；
PN结加反向电压时，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。
1.1.2 二极管的结构和符号
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。
半导体二极管图片
1.1.3 二极管的伏安特性
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
理想二极管模型
R
I
10V
E 1kΩ
mA10K1 V10 ???I
0.7V
1.1.3 二极管的主要参数
(3) 反向电流 IR—— 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。
（ 2）最高反向工作电压 URM——— 是指二极
管在使用时所允许加的最大反向电压。为了
确保二极管安全运动，通常取二极管反向击
穿电压 UBR的一半作为 URM
(1) 最大整流电流 IF—— 是指二极管长期运动
时允许通过的最大正向平均电流，
小
技
巧
二极管的简易测量
根据二极管的单向导电性可知，二极管正向电阻
小，反向电阻大。利用这一特点，可以用万用表的电
阻挡大致测量出二极管的好坏和正负极性
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
1.2.1 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
－
1.2 特殊二极管
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
1.2.2 变容二极管
PN结具有电容效应，二极管存在结电容。二极管结电
容的大小除了与本身结构工艺有关，还与外加电压有关。
变容二极管的结电容 Cj与反偏电压 ?uD的关系曲线
变容二极管常用于高频电路中，例如，电调谐电路
和自动频率控制电路
1.2.3 光电二极管
光电二极管的结构与一般的二极管类似，在它的 PN结处，通过管壳
上的一个玻璃管窗口能接收外部的光照。这种器件的 PN结在反向偏
置状态下工作，它的反向电流随光照强度的增加而上升。
光电二极管的符号及其特性曲线
光电二极管可用于光的测量，是将光信号转换为
电信号的常用器件 。
1.2.4 发光二极管
发光二极管（简称 LED）是一种光发射器件，它是由砷
化镓、磷化镓等材料制成。当这种管子通以电流时将发出光
来。光的颜色主要取决于制造所用的材料 。
发光二极管的电路符号和伏安特性曲线
发光二极管是一种新型冷光源。由于它体积小、用
电省、工作电压低、寿命长、单色性好和响应速度快，
因此，常用来作为显示器。
1.3 半导体三极管
1.3.1 三极管的结构与分类
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 。 双极型晶体管 是由两个 PN结组成的 。
一,三极管 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
三极管分类,
按材料分,硅管、锗管
按功率分,小功率管 < 500 mW
按结构分,NPN,PNP
按使用频率分,低频管、高频管
大功率管 > 1 W
中功率管 0.5 ?1 W
1.3.2 三极管的电流分配关系与放大作用
1,放大的概念
电子电路中所说的放大，有两方面含
义：一是放大的对象是变化量，不是一个恒
定量。
例如，扩音机是把人讲话时声音的轻重
和高低放大出来；二是指对能量的控制作用，
即在输入端用一个小的变化量去控制能源，
使输出端产生一个与输入变化量相应的大的
变化量，体现了对能量的控制作用
2.三极管实现放大作用的条件
三极管实现放大作用的外部条件：
发射结加正向电压（正向偏置），在集电结
加反向电压（反向偏置）
对于 NPN管，要求 UC>UB>UE； PNP型管的情况
正好相反，即 UE>UB>UC。
发射结正偏，集电结反偏
3,三极管的电流分配关系与放大作用
μA
mA
mA
IB
IC
IE
RB
EC+
+
_
_EB
B C
E
3DG6
晶体管电流测量数据
IB/mA 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
IC/mA <0.001 0.70 1.50 2.30 3.10 3.95
IE/mA <0.001 0.72 1.54 2.36 3.18 4.05
由此实验及测量结果可得出如下结论：
（ 1） IE=IC+IB 符合基尔霍夫电流定律。
（ 2） IE和 IC比 IB 大的多。
（ 3） ?IC与 ?IB的比值几乎是一个常数，我们将这个比值
称为共发射极交流电流放大系数，
B
C
I
I
?
???
三极管集电极直流电流 IC和相应的
基极电流 IB的比值称为直流放大系数，
用表示，即
一般情况下,?与很接近，即 ?≈,通常
?与无须严格区分，可以混用。
B
C
I
I??
?
1.3.3 三极管在电路中的基本连接方式
三极管的三种组态
共集电极接法,集电极作为公共电极 ;
共基极接法, 基极作为公共电极。
共发射极接法,发射极作为公共电极；
三极管在电路中的三种基本连接方式
1.3.4 三极管的伏安特性
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
1.3.5 三极管的主要参数
1.电流放大系数
B
C
I
I??
B
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,反向饱和电流
（ 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,ICBO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
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
1.4 场效应管
三极管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 （ 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 。
1.4.1 绝缘栅场效应管简介
绝缘栅型场效应管 (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 UGS(th)—— 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 ＜ UGS(th),管子截止，
uGS ＞ UGS(th),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 uDS对
漏极电流 ID的影响。 （设 UGS(th)=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= UGS(th)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
UGS(th)
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。
1.4.2 场效应管的主要参数和使用注意事项
1,主要参数
(1）直流参数
① 开启电压 UGS(th),UGS(th)值是增强型场效应管
的重要参数。
② 夹断电压 UGS(off),它是耗尽型场效应管的重要参
数
③ 饱和漏电极电流 IDSS,它也是耗尽型场效应管的
重要参数。
④ 直流输入电阻 RGS,它是指栅源极间电压 UGS与
对应的栅极电流 IG之比。场效应管输入电阻 RGS值
很大，结型场效应管一般在 107?以上；绝缘栅型
场效应管 RGS值则更大，一般在 109?以上。
(2）交流参数
① 跨导 gm,跨导反映了栅源电压对漏极电流的控制
能力，它是标志场效应管放大能力的重要参数，单
位为 mS或 ?S。值得注意的是,gm与工作点有关，
它随工作点的变化而变化。
② 极间电容 指场效应管 3个电极之间的等效电容
CGS,CGD,CDS，一般为 0.1～ 3 pF，是影响管子高
频性能的参数。
（ 3）极限参数
① 漏极最大允许耗散功率 PDM,,,指 ID与 UDS的乘积不
应超过的极限值。
② 漏源击穿电压 U(BR)DS,指 ID开始急剧增加的漏源电
压 。
2,使用注意事项
（ 1）结型场效应管的栅源电压不能接反，各极可以
在开路状态下保存。
（ 2） MOS型场效应管不使用时，须将各电极短路，
以免由于外电场的作用而使管子损坏。
（ 3）焊接时，电烙铁外壳必须良好接地，或断电后
再焊。
本章小结
（ 1）半导体导电能力取决于其内部载流子的多少，半导体
有电子和空穴两种载流子。本征半导体有热敏特性、光敏特
性、掺杂特性。在本征半导体中掺入相应的杂质，便可制成
P型半导体和 N型半导体，它们内部都有空穴和电子两种载流
子，其中多子是由掺杂产生的，少子是由本征激发产生的 。
（ 2） PN结是构成各种半导体的基础，它具有单向导电性。
当接正向偏置时，有较大的正向电流，正向电阻较小；而接
反向偏置时，反向电流很小，反向电阻很大。
（ 3）半导体二极管的核心是一个 PN结，它的特性与 PN结基
本相同。二极管的伏安特性是非线性的，所以是非线性器件。
二极管的主要参数有最大整流电流、最高反向工作电压和反
向饱和电流。
（ 4）稳压二极管是一种特殊二极管，利用在反向击穿状
态下的恒压特性，常用它来构成简单的稳压电路。其他特
殊二极管，如变容二极管、发光二极管、光敏二极管等均
具有非线性的特点，它们均有不同于普通二极管的特殊用
途。
（ 5）晶体三极管是由两个 PN结构成的半导体器件，在集
电结反偏，发射结正偏的外部条件下，晶体管的基极电流
对集电极电流具有控制作用，即电流放大作用。晶体三极
管有三种连接方式，广泛采用的是共发射极连接。它有三
种工作状态，即截止状态、饱和状态和放大状态。三极管
的三个极的电流关系是 IE=IB+IC，在放大状态时，
IC=?IB+ICEO≈?IB，这表明三极管是一种电流控制型器件，
具有受控特性（指 IC与 IB的关系）和恒流特性（指 IC和 UCE
的关系）。
（ 6）晶体三极管是一种非线性器件，使用中应注意
分析方法，它的特性曲线和参数是正确运用晶体三极
管的重要依据。
（ 7）场效应管是一种电压控制型器件，即用栅源电
压来控制漏极电流，它具有输入阻抗高和低噪声的特
点。表征场效应管性能的有转移特性曲线、输出特性
曲线和跨导。它有结型场效应管和绝缘栅型场效应管
两大类。每类又有 P沟道和 N沟道的区分。绝缘栅型
场效应管有增强型和耗尽型两种 。
