?主编 魏汉勇
? 制作 谭新秀
?2005年 1月
电子技术
课程的性质与任务
?电子技术是一门理论性很强的专业基础
理论课，它是学好各类电专业理论课的
桥梁。为使学生学好本课程，在教学过
程中尽量以基本概念、电路的基本分析
方法、基本运算方法入手，让学生由浅
入深地掌握该课程内容，为学好专业课
程打下良好的基础。
第 1章 半导体器件
学习要点
?了解半导体的特性和导电方式, 理解
PN结的单向导电特性
?了解半导体二极管, 三极管的结构
?理解二极管的工作原理, 伏安特性和
主要参数
?理解双极型三极管的放大作用, 输入
和输出特性曲线及主要参数
?了解 MOS场效应管的伏安特性, 主要
参数及其与双极型三极管的性能比较
?.1 PN结 1
?1.2 半导体二极管
?1.3 特殊二极管
?1.4 双极型三极管
?1.5 场效应晶体管
第 1章 半导体器件
1.1 PN结
半导体器件是用半导体材料制成的电子器
件。常用的半导体器件有二极管、三极管、
场效应晶体管等。半导体器件是构成各种
电子电路最基本的元件。
1.1.1 半导体的导电特征
半导体,导电性能介于导体和绝缘体之
间的物质，如硅 (Si),锗 (Ge)。 硅和锗是
4价元素，原子的最外层轨道上有 4个价
电子。
室温下，由于热运动少数价电子挣脱共价键的
束缚成为自由电子，同时在共价键中留下一个
空位这个空位称为 空穴 。失去价电子的原子成
为正离子，就好象空穴带正电荷一样。
在电子技术中，将空穴看成带正电荷的载流子。
每个原子周围有四个相邻的原子，原子之间通
过 共价键 紧密结合在一起。两个相邻原子共用
一对电子。
1,激发产生自由电子和空穴
（与自由电子的运动不同）
有了空穴，邻近共价键中的价电子很容易过来填补这个
空穴，这样空穴便转移到邻近共价键中。新的空穴又会
被邻近的价电子填补。带负电荷的价电子依次填补空穴
的运动，从效果上看，相当于带正电荷的空穴作相反方
向的运动。
本征半导体中有两种载流子：带负电荷的自由电子和带正
电荷的空穴
热激发产生的自由电子和空穴是成对出现的，电子和空穴
又可能重新结合而成对消失，称为 复合 。在一定温度下自
由电子和空穴维持一定的浓度。
2,空穴的运动
3.在纯净半导体中掺入某些微量杂质，其
导电能力将大大增强
在纯净半导体硅或锗中掺入磷、砷等 5价元素，由于这
类元素的原子最外层有 5个价电子，故在构成的共价键
结构中，由于存在多余的价电子而产生大量自由电子，
这种半导体主要靠自由电子导电，称为电子半导体或 N
型半导体，其中自由电子为多数载流子，热激发形成的
空穴为少数载流子。
（ 1） N型半导体
自由电子 多数载流子（简称多子）
空 穴 少数载流子（简称少子）
（ 2） P型半导体
在纯净半导体硅或锗中掺入硼, 铝等 3价元素, 由于
这类元素的原子最外层只有 3个价电子, 故在构成的
共价键结构中, 由于缺少价电子而形成大量空穴,
这类掺杂后的半导体其导电作用主要靠空穴运动,
称为空穴半导体或 P型半导体, 其中空穴为多数载流
子, 热激发形成的自由电子是少数载流子 。
自由电子
多数载流子（简称多子）空 穴
少数载流子（简称少子）
P 型半导体N 型半导体
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
无论是 P型半导体还是 N型半导体都是中
性的，对外不显电性。
掺入的杂质元素的浓度越高，多数载流
子的数量越多。
少数载流子是热激发而产生的，其数量
的多少决定于温度。
?半导体中载流子有扩散运动和漂移运动两
种运动方式。载流子在电场作用下的定向运
动称为 漂移运动 。在半导体中，如果载流子
浓度分布不均匀，因为浓度差，载流子将会
从浓度高的区域向浓度低的区域运动，这种
运动称为 扩散运动 。
?将一块半导体的一侧掺杂成 P型半导体，
另一侧掺杂成 N型半导体，在两种半导体的
交界面处将形成一个特殊的薄层 → PN结 。
1,PN结的形成
1.1.2 PN结及其单向导电性
P 区 空间电荷区 N 区
PN 结及其内电场
内电场方向
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
P 区 N 区
载流子的扩散运动
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
多子
扩散
形成空间电荷区
产生内电场 少子漂移
促使
阻止
扩散与漂移达到动态平衡
形成一定宽度的 PN结
?①外加正向电压（也叫正向偏置）
?外加电场与内电场方向相反，内电场削弱，扩散运
动大大超过漂移运动,N区电子不断扩散到 P区,P
区空穴不断扩散到 N区，形成较大的正向电流，这
时称 PN结处于 导通 状态。
空间电荷区
变窄
E R
内电场
外电场
P N
I
＋
＋
＋
2,PN结的单向导电性
E R
内电场
外电场
空间电荷区
变宽
P N
I
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
?②外加反向电压（也叫反向偏置）
?外加电场与内电场方向相同，增强了内电
场，多子扩散难以进行，少子在电场作用
下形成反向电流, 因为是少子漂移运动产
生的，反向电流很小，这时称 PN结处于 截
止 状态。
一个 PN结加上相应的电极引线并用管壳封装起来, 就构
成了半导体二极管, 简称二极管 。
半导体二极管按其结构不同可分为点接触型和面接
触型两类 。
点接触型二极管 PN结面积很小, 结电容很小, 多用
于高频检波及脉冲数字电路中的开关元件 。
面接触型二极管 PN结面积大, 结电容也小, 多用在
低频整流电路中 。
阳极 阴极
1.2 半导体二极管
1.2.1 半导体二极管的结构
- 60 - 40 - 20
0.4 0.8 U /V
40
30
20
10
I / m A
0
正向特性
反向特性
（ 1）正向特性
外加正向电压较小时，外
电场不足以克服内电场对
多子扩散的阻力,PN结仍
处于截止状态 。
正向电压大于死区电压后
，正向电流 随着正向电压
增大迅速上升。通常死区
电压硅管约为 0.5V,锗管
约为 0.2V。
外加反向电压时,PN结处于截止状态，反向电流 很小。
反向电压大于击穿电压时，反向电流急剧增加。
（ 2）反向特性
1.2.2 半导体二极管的伏安特性
（ 1）最大整流电流 IOM,指管子长期运行时，允许通过
的最大正向平均电流。
（ 2）反向击穿电压 UB,指管子反向击穿时的电压值。
（ 3）最大反向工作电压 UDRM,二极管运行时允许承受的
最大反向电压（约为 UB 的一半）。
（ 4）最大反向电流 IRM,指管子未击穿时的反向电流，其
值越小，则管子的单向导电性越好。
（ 5）最高工作频率 fm,主要取决于 PN结结电容的大小。
理想二极管,正向电阻为零，正向导通时为短路特性，
正向压降忽略不计；反向电阻为无穷大，反向截止时为
开路特性，反向漏电流忽略不计。
1.2.3 半导体二极管的主要参数
稳压管的主要参数：
（ 1） 稳定电压 UZ。 反向击穿后稳定工作的电压 。
（ 2） 稳定电流 IZ。 工作电压等于稳定电压时的电流 。
（ 3） 动态电阻 rZ。 稳定工作范围内, 管子两端电压的变
化量与相应电流的变化量之比 。 即,rZ=ΔUZ/ΔIZ
（ 4） 额定功率 PZ和最大稳定电流 IZM。 额定功率 PZ是在
稳压管允许结温下的最大功率损耗 。 最大稳定电流 IZM是
指稳压管允许通过的最大电流 。 它们之间的关系是：
PZ=UZIZM
稳压管是一种用特殊工艺制造的半导体二极管，稳压管
的稳定电压就是反向击穿电压。稳压管的稳压作用在于：
电流增量很大，只引起很小的电压变化。
阳极 阴极
1.3 特殊二极管
1.3.1 稳压管
1.3.2 发光二极管
当发光二极管的 PN结加上正向电压时，电子与空穴
复合过程以光的形式放出能量。
不同材料制成的发光二极管会发出不同颜色的光。
发光二极管具有亮度高、清晰度高、电压低（ 1.5～
3V）,反应快、体积小、可靠性高、寿命长等特点，
是一种很有用的半导体器件，常用于信号指示、数
字和字符显示。
阳极 阴极
(a ) ( b)
LED
LED
R
E
1.3.3 光电二极管
光电二极管的又称为光敏二极管，其工作原理恰好与
发光二极管相反。当光线照射到光电二极管的 PN结时，
能激发更多的电子，使之产生更多的电子空穴对，从
而提高了少数载流子的浓度。在 PN结两端加反向电压
时反向电流会增加，所产生反向电流的大小与光的照
度成正比，所以光电二极管正常工作时所加的电压为
反向电压。为使光线能照射到 PN结上，在光电二极管
的管壳上设有一个小的通光窗口。
阳极 阴极
1.4 双极型三极管
1.4.1 三极管的结构及类型
半导体三极管是由两个背靠背的 PN结构成
的。在工作过程中，两种载流子（电子和空
穴）都参与导电，故又称为 双极型晶体管,
简称晶体管或三极管。
两个 PN结，把半导体分成三个区域。
这三个区域的排列，可以是 N-P-N,也可以
是 P-N-P。 因此，三极管有两种类型,NPN
型 和 PNP型 。
集电结
B
发射结
N
P
N
集电区
基区
发射区
C
C
E
E
B
集电结
B
发射结
P
N
P
C
C
E
E
B
集电区
基区
发射区
NPN型
PNP型
箭
头
方
向
表
示
发
射
结
加
正
向
电
压
时
的
电
流
方
向
1.4.2 电流分配和电流放大作用
（ 1）产生放大作用的条件
内部,a） 发射区杂质浓度 >>基区 >>集电区
b） 基区很薄
外部：发射结正偏，集电结反偏
N
P
N
I
C
I
E
I
B
R
B
U
BB
U
CC
R
C
（ 2）三极管内部载流子的
传输过程
a） 发射区向基区注入电子
，形成发射极电流 iE
b） 电子在基区中的扩散与
复合，形成基极电流 iB
c） 集电区收集扩散过来的
电子，形成集电极电流 iC
（ 3）电流分配关系：
iE = iC + iB
实验表明 IC比 IB大数十至数百倍，因而有。 IB虽然很
小，但对 IC有控制作用,IC随 IB的改变而改变，即基
极电流较小的变化可以引起集电极电流较大的变化，
表明基极电流对集电极具有小量控制大量的作用，这
就是三极管的电流放大作用。
1.4.3 三极管的特性曲线
I
C
I
B
R
B
U
BB
U
CC
R
C
V
V
μ A
mA
+
U
CE
－
+
U
BE
－ 0.4 0.8 U BE / V
40
30
20
10
I
B
/mA
0
U
CE
≥ 1V
测量三极管特性的实验电路 三极管的输入特性曲线
1,输入特性曲线 与二极管类似
4
3
2
1
I
B
=0
0
3 6 9 1 2 U
CE
/V
20 μ A
4 0 μ A
6 0 μ A
8 0 μ A
10 0 μ A饱和区
截止区
放
大
区
I
C
/ m A
2,输出特性曲线
（ 1）放大区：发射极正向偏置，集电结反向偏置
BECEBEB uuui ???,0,0
BC ii ??
0,0 ?? CB ii
BC ii ??（ 2）截止区：发射结反向偏置，集电结反向偏置
（ 3）饱和区：发射结正向偏置，集电结正向偏置
此时
1.4.4 三极管的主要参数
1、电流放大系数 β,iC= β iB
2、极间反向电流 iCBO,iCEO,iCEO=（ 1+ β ） iCBO
3、极限参数
（ 1）集电极最大允许电流 ICM,?下降到额定值 的
2/3时所允许的最大集电极电流。
（ 2）反向击穿电压 U（ BR） CEO,基极开路时，集电
极、发射极间的最大允许电压。
（ 3）集电极最大允许功耗 PCM 。
1.5 场效应晶体管
1.5.1 绝缘栅型场效应管的结构
N 沟道
P 型硅衬底
N + N +
源极 S 栅极 G 漏极 D S i O
2
绝缘层金属铝
D
S
G
衬底
D
S
G
衬底
N 沟道绝缘栅型场效应管的结构
N 沟道耗尽型场
效应管的符号
N 沟道增强型场
效应管的符号
P 沟道
N 型硅衬底
P + P+
源极 S 栅极 G 漏极 D S i O
2
绝缘层金属铝
D
S
G
衬底
D
S
G
衬底
P 沟道绝缘栅型场效应管的结构
P 沟道耗尽型场效
应管的符号
P 沟道增强型场
效应管的符号
耗尽型, UGS=0时漏, 源极之间已经存在原始导电沟道 。
增强型, UGS>0才能在漏, 源极之间形成导电沟道 。
无论是 N沟道 MOS管还是 P沟道 MOS管，都只有一种载流
子导电，均为单极型电压控制器件。
MOS管的栅极电流几乎为零，输入电阻 RGS很高
16
12
8
4
0
3 6 9 12 U
DS
/V
－ 2V
U
GS
= 0V
放
大
区
I
D
/ m A
(b) 漏极特性曲线
－ 4 － 2 0 2 4 U
GS
/V
I
D
/ m A
U
G S( o f f )
16
12
8
4
I
D SS
(a ) 转移特性曲线
可变电阻区
2V
U
DS
= 常数
1,N沟道耗尽型场效应管的特性曲线
耗尽型场效应管存在原始导电沟道,UGS=0时漏、源极之间
就可以导电。这时在外加电压 UDS作用下的漏极电流称为漏
极饱和电流 IDSS。 UGS>0时沟道内感应出的负电荷增多，沟
道加宽，沟道电阻减小,ID增大。 UGS<0时会在沟道内产生
出正电荷与原始负电荷复合，沟道变窄，沟道电阻增大,ID
减小。 UGS达到一定负值时，沟道内载流子全部复合耗尽，
沟道被夹断,ID=0,这时的 UGS称为夹断电压 UGS(off)。
1.5.2 绝缘栅型场效应管的工作原理与特性曲线
16
12
8
4
0
3 6 9 12 U
DS
/V
U
GS
= 2V
4V
放
大
区
I
D
/ m A
(b) 漏极特性曲线
0 2 4 6 U
GS
/V
I
D
/ m A
U
G S( t h )
16
12
8
4
I
D SS
(a ) 转移特性曲线
可变电阻区
6V
U
DS
= 常数
增强型场效应管不存在原始导电沟道,UGS=0时场效应管
不能导通,ID=0 。 UGS>0时会产生垂直于衬底表面的电场。
P型衬底与绝缘层的界面将感应出负电荷层,UGS增加，负
电荷数量增多，积累的负电荷足够多时，两个 N+区沟通，
形成导电沟道，漏、源极之间有 ID出现。在一定的漏、源
电压 UDS下，使管子由不导通转为导通的临界栅、源电压称
为开启电压 UGS(th)。 UGS< UGS(th)时,ID=0； UGS> UGS(th)时，
随 UGS的增加 ID增大。
2,N沟道增强型场效应管的特性曲线
按场效应管的工作情况可将漏极特性曲线分为两个区
域。在虚线左边的区域内，漏、源电压 UDS相对较小，
漏极电流 ID随 UDS的增加而增加，输出电阻 ro较小，且
可以通过改变栅、源电压 UGS的大小来改变输出电阻 ro
的阻值，这一区域称为可变电阻区。在虚线右边的区
域内，当栅、源电压 UGS为常数时，漏极电流 ID几乎不
随漏、源电压 UDS的变化而变化，特性曲线趋于与横轴
平行，输出电阻 ro很大，在栅、源电压 UGS增大时，漏
极电流 ID随 UGS线性增大，这一区域称为放大区。
常数??
?
?
DSGS
D
m
UU
I
g
综上所述，场效应管的漏极电流 ID受栅、源电压 UGS的
控制，即 ID随 UGS的变化而变化，所以场效应管是一种
电压控制器件。场效应管栅、源电压 UGS对漏极 ID控制
作用的大小用跨导 gm表示：
1.5.3 绝缘栅型场效应管的主要参数
场效应管的主要参数除输入电阻 R
GS
、漏极饱和电流 I
D S S
、
夹断电压 U
G S( o f f )
和开启电压 U
G S(t h )
外，还有以下重要参数：
（ 1 ）跨导 g
m
。
常数??
?
?
DSGS
D
m
UU
I
g
g
m
表示场效应管栅、源电压 U
GS
对漏极 I
D
控制作用的大
小，单位是 μ A / V 或 mA ／ V 。
（ 2 ）通态电阻。在确定的栅、源电压 U
GS
下，场效应管进
入饱和导通时，漏极和源极之间的电阻称为通态电阻。通态电
阻的大小决定了管子的开通损耗。
（ 3 ）最大漏、源击穿电压 U
D S( B R )
。指漏极与源极之间的反
向击穿电压。
（ 4 ）漏极最大耗散功率 P
DM
。漏极耗散功率
DDSD
IUP ?
的
最大允许值，是从发热角度对管子提出的限制条件。
绝缘栅场效应管的输入电阻很高，栅
极上很容易积累较高的静电电压将绝缘层
击穿。为了避免这种损坏，在保存场效应
管时应将它的 3 个电极短接起来；在电路
中，栅、源极间应有固定电阻或稳压管并
联，以保证有一定的直流通道；在焊接时
应使电烙铁外壳良好接地。
? 制作 谭新秀
?2005年 1月
电子技术
课程的性质与任务
?电子技术是一门理论性很强的专业基础
理论课，它是学好各类电专业理论课的
桥梁。为使学生学好本课程，在教学过
程中尽量以基本概念、电路的基本分析
方法、基本运算方法入手，让学生由浅
入深地掌握该课程内容，为学好专业课
程打下良好的基础。
第 1章 半导体器件
学习要点
?了解半导体的特性和导电方式, 理解
PN结的单向导电特性
?了解半导体二极管, 三极管的结构
?理解二极管的工作原理, 伏安特性和
主要参数
?理解双极型三极管的放大作用, 输入
和输出特性曲线及主要参数
?了解 MOS场效应管的伏安特性, 主要
参数及其与双极型三极管的性能比较
?.1 PN结 1
?1.2 半导体二极管
?1.3 特殊二极管
?1.4 双极型三极管
?1.5 场效应晶体管
第 1章 半导体器件
1.1 PN结
半导体器件是用半导体材料制成的电子器
件。常用的半导体器件有二极管、三极管、
场效应晶体管等。半导体器件是构成各种
电子电路最基本的元件。
1.1.1 半导体的导电特征
半导体,导电性能介于导体和绝缘体之
间的物质，如硅 (Si),锗 (Ge)。 硅和锗是
4价元素，原子的最外层轨道上有 4个价
电子。
室温下，由于热运动少数价电子挣脱共价键的
束缚成为自由电子，同时在共价键中留下一个
空位这个空位称为 空穴 。失去价电子的原子成
为正离子，就好象空穴带正电荷一样。
在电子技术中，将空穴看成带正电荷的载流子。
每个原子周围有四个相邻的原子，原子之间通
过 共价键 紧密结合在一起。两个相邻原子共用
一对电子。
1,激发产生自由电子和空穴
（与自由电子的运动不同）
有了空穴，邻近共价键中的价电子很容易过来填补这个
空穴，这样空穴便转移到邻近共价键中。新的空穴又会
被邻近的价电子填补。带负电荷的价电子依次填补空穴
的运动，从效果上看，相当于带正电荷的空穴作相反方
向的运动。
本征半导体中有两种载流子：带负电荷的自由电子和带正
电荷的空穴
热激发产生的自由电子和空穴是成对出现的，电子和空穴
又可能重新结合而成对消失，称为 复合 。在一定温度下自
由电子和空穴维持一定的浓度。
2,空穴的运动
3.在纯净半导体中掺入某些微量杂质，其
导电能力将大大增强
在纯净半导体硅或锗中掺入磷、砷等 5价元素，由于这
类元素的原子最外层有 5个价电子，故在构成的共价键
结构中，由于存在多余的价电子而产生大量自由电子，
这种半导体主要靠自由电子导电，称为电子半导体或 N
型半导体，其中自由电子为多数载流子，热激发形成的
空穴为少数载流子。
（ 1） N型半导体
自由电子 多数载流子（简称多子）
空 穴 少数载流子（简称少子）
（ 2） P型半导体
在纯净半导体硅或锗中掺入硼, 铝等 3价元素, 由于
这类元素的原子最外层只有 3个价电子, 故在构成的
共价键结构中, 由于缺少价电子而形成大量空穴,
这类掺杂后的半导体其导电作用主要靠空穴运动,
称为空穴半导体或 P型半导体, 其中空穴为多数载流
子, 热激发形成的自由电子是少数载流子 。
自由电子
多数载流子（简称多子）空 穴
少数载流子（简称少子）
P 型半导体N 型半导体
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
无论是 P型半导体还是 N型半导体都是中
性的，对外不显电性。
掺入的杂质元素的浓度越高，多数载流
子的数量越多。
少数载流子是热激发而产生的，其数量
的多少决定于温度。
?半导体中载流子有扩散运动和漂移运动两
种运动方式。载流子在电场作用下的定向运
动称为 漂移运动 。在半导体中，如果载流子
浓度分布不均匀，因为浓度差，载流子将会
从浓度高的区域向浓度低的区域运动，这种
运动称为 扩散运动 。
?将一块半导体的一侧掺杂成 P型半导体，
另一侧掺杂成 N型半导体，在两种半导体的
交界面处将形成一个特殊的薄层 → PN结 。
1,PN结的形成
1.1.2 PN结及其单向导电性
P 区 空间电荷区 N 区
PN 结及其内电场
内电场方向
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
P 区 N 区
载流子的扩散运动
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
多子
扩散
形成空间电荷区
产生内电场 少子漂移
促使
阻止
扩散与漂移达到动态平衡
形成一定宽度的 PN结
?①外加正向电压（也叫正向偏置）
?外加电场与内电场方向相反，内电场削弱，扩散运
动大大超过漂移运动,N区电子不断扩散到 P区,P
区空穴不断扩散到 N区，形成较大的正向电流，这
时称 PN结处于 导通 状态。
空间电荷区
变窄
E R
内电场
外电场
P N
I
＋
＋
＋
2,PN结的单向导电性
E R
内电场
外电场
空间电荷区
变宽
P N
I
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
＋
?②外加反向电压（也叫反向偏置）
?外加电场与内电场方向相同，增强了内电
场，多子扩散难以进行，少子在电场作用
下形成反向电流, 因为是少子漂移运动产
生的，反向电流很小，这时称 PN结处于 截
止 状态。
一个 PN结加上相应的电极引线并用管壳封装起来, 就构
成了半导体二极管, 简称二极管 。
半导体二极管按其结构不同可分为点接触型和面接
触型两类 。
点接触型二极管 PN结面积很小, 结电容很小, 多用
于高频检波及脉冲数字电路中的开关元件 。
面接触型二极管 PN结面积大, 结电容也小, 多用在
低频整流电路中 。
阳极 阴极
1.2 半导体二极管
1.2.1 半导体二极管的结构
- 60 - 40 - 20
0.4 0.8 U /V
40
30
20
10
I / m A
0
正向特性
反向特性
（ 1）正向特性
外加正向电压较小时，外
电场不足以克服内电场对
多子扩散的阻力,PN结仍
处于截止状态 。
正向电压大于死区电压后
，正向电流 随着正向电压
增大迅速上升。通常死区
电压硅管约为 0.5V,锗管
约为 0.2V。
外加反向电压时,PN结处于截止状态，反向电流 很小。
反向电压大于击穿电压时，反向电流急剧增加。
（ 2）反向特性
1.2.2 半导体二极管的伏安特性
（ 1）最大整流电流 IOM,指管子长期运行时，允许通过
的最大正向平均电流。
（ 2）反向击穿电压 UB,指管子反向击穿时的电压值。
（ 3）最大反向工作电压 UDRM,二极管运行时允许承受的
最大反向电压（约为 UB 的一半）。
（ 4）最大反向电流 IRM,指管子未击穿时的反向电流，其
值越小，则管子的单向导电性越好。
（ 5）最高工作频率 fm,主要取决于 PN结结电容的大小。
理想二极管,正向电阻为零，正向导通时为短路特性，
正向压降忽略不计；反向电阻为无穷大，反向截止时为
开路特性，反向漏电流忽略不计。
1.2.3 半导体二极管的主要参数
稳压管的主要参数：
（ 1） 稳定电压 UZ。 反向击穿后稳定工作的电压 。
（ 2） 稳定电流 IZ。 工作电压等于稳定电压时的电流 。
（ 3） 动态电阻 rZ。 稳定工作范围内, 管子两端电压的变
化量与相应电流的变化量之比 。 即,rZ=ΔUZ/ΔIZ
（ 4） 额定功率 PZ和最大稳定电流 IZM。 额定功率 PZ是在
稳压管允许结温下的最大功率损耗 。 最大稳定电流 IZM是
指稳压管允许通过的最大电流 。 它们之间的关系是：
PZ=UZIZM
稳压管是一种用特殊工艺制造的半导体二极管，稳压管
的稳定电压就是反向击穿电压。稳压管的稳压作用在于：
电流增量很大，只引起很小的电压变化。
阳极 阴极
1.3 特殊二极管
1.3.1 稳压管
1.3.2 发光二极管
当发光二极管的 PN结加上正向电压时，电子与空穴
复合过程以光的形式放出能量。
不同材料制成的发光二极管会发出不同颜色的光。
发光二极管具有亮度高、清晰度高、电压低（ 1.5～
3V）,反应快、体积小、可靠性高、寿命长等特点，
是一种很有用的半导体器件，常用于信号指示、数
字和字符显示。
阳极 阴极
(a ) ( b)
LED
LED
R
E
1.3.3 光电二极管
光电二极管的又称为光敏二极管，其工作原理恰好与
发光二极管相反。当光线照射到光电二极管的 PN结时，
能激发更多的电子，使之产生更多的电子空穴对，从
而提高了少数载流子的浓度。在 PN结两端加反向电压
时反向电流会增加，所产生反向电流的大小与光的照
度成正比，所以光电二极管正常工作时所加的电压为
反向电压。为使光线能照射到 PN结上，在光电二极管
的管壳上设有一个小的通光窗口。
阳极 阴极
1.4 双极型三极管
1.4.1 三极管的结构及类型
半导体三极管是由两个背靠背的 PN结构成
的。在工作过程中，两种载流子（电子和空
穴）都参与导电，故又称为 双极型晶体管,
简称晶体管或三极管。
两个 PN结，把半导体分成三个区域。
这三个区域的排列，可以是 N-P-N,也可以
是 P-N-P。 因此，三极管有两种类型,NPN
型 和 PNP型 。
集电结
B
发射结
N
P
N
集电区
基区
发射区
C
C
E
E
B
集电结
B
发射结
P
N
P
C
C
E
E
B
集电区
基区
发射区
NPN型
PNP型
箭
头
方
向
表
示
发
射
结
加
正
向
电
压
时
的
电
流
方
向
1.4.2 电流分配和电流放大作用
（ 1）产生放大作用的条件
内部,a） 发射区杂质浓度 >>基区 >>集电区
b） 基区很薄
外部：发射结正偏，集电结反偏
N
P
N
I
C
I
E
I
B
R
B
U
BB
U
CC
R
C
（ 2）三极管内部载流子的
传输过程
a） 发射区向基区注入电子
，形成发射极电流 iE
b） 电子在基区中的扩散与
复合，形成基极电流 iB
c） 集电区收集扩散过来的
电子，形成集电极电流 iC
（ 3）电流分配关系：
iE = iC + iB
实验表明 IC比 IB大数十至数百倍，因而有。 IB虽然很
小，但对 IC有控制作用,IC随 IB的改变而改变，即基
极电流较小的变化可以引起集电极电流较大的变化，
表明基极电流对集电极具有小量控制大量的作用，这
就是三极管的电流放大作用。
1.4.3 三极管的特性曲线
I
C
I
B
R
B
U
BB
U
CC
R
C
V
V
μ A
mA
+
U
CE
－
+
U
BE
－ 0.4 0.8 U BE / V
40
30
20
10
I
B
/mA
0
U
CE
≥ 1V
测量三极管特性的实验电路 三极管的输入特性曲线
1,输入特性曲线 与二极管类似
4
3
2
1
I
B
=0
0
3 6 9 1 2 U
CE
/V
20 μ A
4 0 μ A
6 0 μ A
8 0 μ A
10 0 μ A饱和区
截止区
放
大
区
I
C
/ m A
2,输出特性曲线
（ 1）放大区：发射极正向偏置，集电结反向偏置
BECEBEB uuui ???,0,0
BC ii ??
0,0 ?? CB ii
BC ii ??（ 2）截止区：发射结反向偏置，集电结反向偏置
（ 3）饱和区：发射结正向偏置，集电结正向偏置
此时
1.4.4 三极管的主要参数
1、电流放大系数 β,iC= β iB
2、极间反向电流 iCBO,iCEO,iCEO=（ 1+ β ） iCBO
3、极限参数
（ 1）集电极最大允许电流 ICM,?下降到额定值 的
2/3时所允许的最大集电极电流。
（ 2）反向击穿电压 U（ BR） CEO,基极开路时，集电
极、发射极间的最大允许电压。
（ 3）集电极最大允许功耗 PCM 。
1.5 场效应晶体管
1.5.1 绝缘栅型场效应管的结构
N 沟道
P 型硅衬底
N + N +
源极 S 栅极 G 漏极 D S i O
2
绝缘层金属铝
D
S
G
衬底
D
S
G
衬底
N 沟道绝缘栅型场效应管的结构
N 沟道耗尽型场
效应管的符号
N 沟道增强型场
效应管的符号
P 沟道
N 型硅衬底
P + P+
源极 S 栅极 G 漏极 D S i O
2
绝缘层金属铝
D
S
G
衬底
D
S
G
衬底
P 沟道绝缘栅型场效应管的结构
P 沟道耗尽型场效
应管的符号
P 沟道增强型场
效应管的符号
耗尽型, UGS=0时漏, 源极之间已经存在原始导电沟道 。
增强型, UGS>0才能在漏, 源极之间形成导电沟道 。
无论是 N沟道 MOS管还是 P沟道 MOS管，都只有一种载流
子导电，均为单极型电压控制器件。
MOS管的栅极电流几乎为零，输入电阻 RGS很高
16
12
8
4
0
3 6 9 12 U
DS
/V
－ 2V
U
GS
= 0V
放
大
区
I
D
/ m A
(b) 漏极特性曲线
－ 4 － 2 0 2 4 U
GS
/V
I
D
/ m A
U
G S( o f f )
16
12
8
4
I
D SS
(a ) 转移特性曲线
可变电阻区
2V
U
DS
= 常数
1,N沟道耗尽型场效应管的特性曲线
耗尽型场效应管存在原始导电沟道,UGS=0时漏、源极之间
就可以导电。这时在外加电压 UDS作用下的漏极电流称为漏
极饱和电流 IDSS。 UGS>0时沟道内感应出的负电荷增多，沟
道加宽，沟道电阻减小,ID增大。 UGS<0时会在沟道内产生
出正电荷与原始负电荷复合，沟道变窄，沟道电阻增大,ID
减小。 UGS达到一定负值时，沟道内载流子全部复合耗尽，
沟道被夹断,ID=0,这时的 UGS称为夹断电压 UGS(off)。
1.5.2 绝缘栅型场效应管的工作原理与特性曲线
16
12
8
4
0
3 6 9 12 U
DS
/V
U
GS
= 2V
4V
放
大
区
I
D
/ m A
(b) 漏极特性曲线
0 2 4 6 U
GS
/V
I
D
/ m A
U
G S( t h )
16
12
8
4
I
D SS
(a ) 转移特性曲线
可变电阻区
6V
U
DS
= 常数
增强型场效应管不存在原始导电沟道,UGS=0时场效应管
不能导通,ID=0 。 UGS>0时会产生垂直于衬底表面的电场。
P型衬底与绝缘层的界面将感应出负电荷层,UGS增加，负
电荷数量增多，积累的负电荷足够多时，两个 N+区沟通，
形成导电沟道，漏、源极之间有 ID出现。在一定的漏、源
电压 UDS下，使管子由不导通转为导通的临界栅、源电压称
为开启电压 UGS(th)。 UGS< UGS(th)时,ID=0； UGS> UGS(th)时，
随 UGS的增加 ID增大。
2,N沟道增强型场效应管的特性曲线
按场效应管的工作情况可将漏极特性曲线分为两个区
域。在虚线左边的区域内，漏、源电压 UDS相对较小，
漏极电流 ID随 UDS的增加而增加，输出电阻 ro较小，且
可以通过改变栅、源电压 UGS的大小来改变输出电阻 ro
的阻值，这一区域称为可变电阻区。在虚线右边的区
域内，当栅、源电压 UGS为常数时，漏极电流 ID几乎不
随漏、源电压 UDS的变化而变化，特性曲线趋于与横轴
平行，输出电阻 ro很大，在栅、源电压 UGS增大时，漏
极电流 ID随 UGS线性增大，这一区域称为放大区。
常数??
?
?
DSGS
D
m
UU
I
g
综上所述，场效应管的漏极电流 ID受栅、源电压 UGS的
控制，即 ID随 UGS的变化而变化，所以场效应管是一种
电压控制器件。场效应管栅、源电压 UGS对漏极 ID控制
作用的大小用跨导 gm表示：
1.5.3 绝缘栅型场效应管的主要参数
场效应管的主要参数除输入电阻 R
GS
、漏极饱和电流 I
D S S
、
夹断电压 U
G S( o f f )
和开启电压 U
G S(t h )
外，还有以下重要参数：
（ 1 ）跨导 g
m
。
常数??
?
?
DSGS
D
m
UU
I
g
g
m
表示场效应管栅、源电压 U
GS
对漏极 I
D
控制作用的大
小，单位是 μ A / V 或 mA ／ V 。
（ 2 ）通态电阻。在确定的栅、源电压 U
GS
下，场效应管进
入饱和导通时，漏极和源极之间的电阻称为通态电阻。通态电
阻的大小决定了管子的开通损耗。
（ 3 ）最大漏、源击穿电压 U
D S( B R )
。指漏极与源极之间的反
向击穿电压。
（ 4 ）漏极最大耗散功率 P
DM
。漏极耗散功率
DDSD
IUP ?
的
最大允许值，是从发热角度对管子提出的限制条件。
绝缘栅场效应管的输入电阻很高，栅
极上很容易积累较高的静电电压将绝缘层
击穿。为了避免这种损坏，在保存场效应
管时应将它的 3 个电极短接起来；在电路
中，栅、源极间应有固定电阻或稳压管并
联，以保证有一定的直流通道；在焊接时
应使电烙铁外壳良好接地。
