电子技术
东北大学信息科学与工程学院
Northeastern University
主要内容
?半导体器件
?整流电路和直流稳压电源
第 1章 半导体器件
? 内容主要有：
半导体的导电性能
PN结的形成及单向导电性
半导体器件的 结构, 工作原理, 工作特性,
参数
? 半导体器件 主要包括：
半导体二极管 （ 包括稳压管 ）
三极管
1.1 半导体的导电特性及 PN结
的形成
1,半导体
?物质根据其导电性能分为
导体,导电能力良好的物质 。
绝缘体,导电能力很差的物质 。
半导体,是一种导电能力介于导体和绝缘体之
间的物质, 如硅, 锗, 硒, 砷化镓及一些硫化
物和氧化物 。
1.半导体
?半导体的导电能力具有独特的性质 。
① 温度升高 时, 纯净的半导体的导电能力显著
增加；
② 在纯净半导体材料中 加入微量的, 杂质, 元
素, 它的电导率就会成千上万倍地增长；
③ 纯净的半导体 受到光照 时, 导电能力明显提
高 。
2.本征半导体 （ Intrinsic Semiconductor）
?原子的组成：
带正电的 原子核； 若干个围绕原子核运动的带负电的
电子； 且整个原子呈 电中性 。
?半导体器件的材料：
硅 （ Silicon-Si）,四价元素, 硅的原子序数是 14,外
层有 4个电子 。
锗 （ Germanium-Ge）,也是四价元素, 锗的原子序数
是 32,外层也是 4个电子
完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本
征半导体。
?简化原子结构模型如图简化形式 。
+4
惯性核
价电子
硅和锗的简化原子模型
2.本征半导体
晶体中原子的排列方式
共价键,由相邻两个原子各拿出一个价电子组成价
电子对所构成的联系 。
2.本征半导体
晶体共价键结构平面示意图
+4 +4 +4
+4
+4
+4 +4
+4 +4
共价键
+4 +4 +4
+4
+4
+4 +4
+4 +4
2.本征半导体
晶体共价键结构平面示意图
空穴
自由电子 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） 。
这一现象称为本征激发。
+4 +4 +4
+4
+4
+4 +4
+4 +4
2.本征半导体
晶体共价键结构平面示意图
温度愈高，晶体中产
生的自由电子便愈多。
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）。
2.本征半导体
在本征半导体中, 激发出一个自由电子, 同
时便产生一个空穴 。 电子和空穴总是成对
地产生, 称为 电子空穴对 。
?半导体 中的 载流子
自由电子
空穴 （ Hole）
空穴和自由电子同时参加导电, 是半导
体的重要特点
空穴带正电荷 。
?由于空穴带正电荷, 且可以在原子间移动,
因此, 空穴是一种载流子 。
?半导体中有两种载流子,自由电子载流子 （
简称电子 ） 和空穴载流子 （ 简称空穴 ）, 它
们均可在电场作用下形成电流 。
2.本征半导体
?半导体由于热激发而不断产生电子空穴对
，那么，电子空穴对是否会越来越多，电
子和空穴浓度是否会越来越大呢？
?实验表明,在一定的温度下，电子浓度和
空穴浓度都保持一个定值。
?半导体中存在
载流子的 产生 过程
载流子的 复合 过程
2.本征半导体
综上所述：
?(1)半导体中有两种载流子,自由 电子和空
穴, 电子带负电, 空穴带正电 。
?(2)本征半导体中, 电子和空穴总是成对地
产生 。
?(3)半导体中, 同时存在载流子的 产生和复
合 过程 。
注意
?本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差；
?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。
3,N型半导体和 P型半导体
?本征半导体的电导率很小, 而且受温度和光
照等条件影响甚大, 不能直接用来制造半导
体器件 。
?本征半导体的物理性质：纯净的半导体中掺
入微量元素, 导电能力显著提高 。
?掺入的微量元素 ——“杂质, 。
?掺入了, 杂质, 的半导体称为, 杂质, 半导
体 。
① N型半导体
?在本征半导体中加入微量的五价元素,
如：砷, 磷, 锑, 可使半导体中自由电子
浓度大为增加, 形成 N型半导体 。
?掺入的五价杂质原子占据晶格中某些硅
（ 或锗 ） 原子的位置 。 如图所示 。
N型半导体晶体结构示意图
+4 +4 +4
+4
+4
+4 +4
+4 +4
?掺入五价原子
① N型半导体
?在 室 温 下
就可以激发
成 自由电子
?掺入五价
原子占据 Si
原子位置
?杂质半导体中仍有本征激发产生的少量电子空穴对 。
?自由 电子 的数目高, 故 导电 能力显著提高 。
?把这种半导体称为 N型半导体, 其中的电子称为 多数
载流子 （ 简称多子 ）, 空穴称为 少数载流子 （ 简称少
子 ） 。
?在 N型半导体中 自由电子数等于正离子数和空穴数之
和, 自由电子带负电, 空穴和正离子带正电, 整块半
导体中正负电荷量相等, 保持电中性 。
① N型半导体
② P型半导体
?在本征半导体中加入微量的三价元素, 如,硼, 铝, 可
使半导体中的空穴浓度大为增加, 形成 P型半导体 。
?空位吸引邻近
原子的价电子填
充，从而留下一
个空穴。
?在 P型半导体
中,空穴数等于
负离子数与自由
电子数之和,空
穴带正电，负离
子和自由电子带
负电，整块半导
体中正负电荷量
相等，保持电中
性。
空穴
P型半导体晶体结
构示意图
+4 +4 +4
+4
+4
+3 +4
+4 +4
共价键
综上所述：
?(1)本征半导体中加入五价杂质元素, 便形成 N型半
导体 。 N型半导体中, 电子是多数载流子, 空穴是
少数载流子, 此外还有不参加导电的正离子 。
?(2)本征半导体中加入三价杂质元素, 便形成 P型半
导体 。 其中 空穴是多数载流子, 电子是少数载流
子, 此外还有不参加导电的负离子 。
?(3)杂质半导体中, 多子浓度决定于杂质浓度, 少
子由本征激发产生, 其浓度与温度有关 。
4,PN结的形成及其单向导电性
?PN结：
是指在 P型半导体和 N型半导体的交界处形
成的空间电荷区 。
?PN结是构成多种半导体器件的基础 。
二极管的核心是一个 PN结；三极管中包
含了两个 PN结 。
⑴ PN结的形成
?有电场力作用时, 电子和空穴便产生定向运动, 称
为 漂移运动 （ Drift Movement） 。
?由于浓度差而引起的定向运动称为 扩散运动 （
Diffusion Movement） 。
⑴ PN结的形成
（ 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
（ 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
+ –
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
– +
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
+
+
+
－
－
－
－
－
－
+
+
+
+
+
+
+
+
+
－
－
－
－
－
－
－
－
－
+
+
+
+
+
+
－
－
－
结论,
?PN结的单向导电性：
PN结加正向电压产生大的正向电流, PN
结导电 。
PN结加反向电压产生很小的反向饱和电
流, 近似为零, PN结不导电 。
1.2 半导体二极管和稳压管
1.半导体二极管的结构和类型
?在 PN结上加上引线和封装, 就成为一个二极管 。
二极管按结构分 有点接触型, 面接触型和平面型
三大类 。
? 二极管的代表符号
阳极
阴极
D
半导体二极管图片
半导体二极管图片
2,二极管的伏安特性
?二极管的伏安特性的测出 。
V
mA
V
D
RR
W
（ a）测正向特性
V
mA
V
D
RR
W
（ b）测反向特性
2,二极管的伏安特性
? 二极管的伏安特性曲线
① 正向特性
? 死区电压,硅管 0.5V
锗管 0.1V
? 正向压降,硅管 0.6V～ 0.7V
锗管 0.2V～ 0.3V
二极管伏安特性
正向
特性C
D
oB
A
UBR
UD
ID
2,二极管的伏安特性
② 反向特性
?反向电流,很小 。
硅管 0.1微安
锗管 几十个微安
③ 反向击穿特性
?反向击穿 UBR:几十伏以上 。
二极管伏安特性
反向击
穿特性
C
D
oB
A
UBR
UD
ID
反向
特性
3,二极管的主要参数
? 最大整流电流 IOM,二极管长期
工作使用时, 允许通过的最大平均
电流 。
? 最高反向工作电压 URM,二极
管反接时, 能承受的最大电压, 它
的数值低于反向击穿电压 UB。
? 最大 反向电流 IRM,二极管加最
高反向工作电压时的反向电流 。
C
D
oB
A
UBR
UD
ID
1.3 稳压二极管
?稳压二极 管亦称齐纳二极管 (Zener
Diodes),与一般二极管不同之处是它
正常工作在 PN结的反向击穿区 。 因其
具有稳定电压作用, 故称为稳压管
（ Voltage Regulators） 。
?稳压管的符号和特性曲线如图所示 。
1.3 稳压二极管
?它的伏安特性与二
极管基本相同, 只
是稳压管正常工作
时是利用特性曲线
的反向击穿区 。
U
I
O
UZ
IZ
?UZ
?IZ
IZM
（ b）
阴极
阳极
（ a）
DZ
?电流改变而电压基本不变的特性称为稳压特性, 稳
压管就是利用这一特性工作的 。
稳压管的主要参数：
稳定电压 UZ
?UZ是稳压管反向击
穿后的稳定工作电
压值 。
1.3 稳压二极管
U
I
O
UZ
IZ
?UZ
?IZ
IZM
（ b）
稳定电流 IZ
?稳定电流 IZ是稳压管工作
时的参考电流数值 。
?工作电流若小于稳定电流 IZ，
稳压性能较差；
?工作电流若大于稳定电流,
稳压性能较好, 但是要注意
管子的功率损耗不要超出允
许值 。
1.3 稳压二极管
U
I
O
UZ
IZ
?UZ
?IZ
IZM
（ b）
最大稳定电流 IZM
?稳压管正常工作时
允许通过的最大反
向电流 。
1.3 稳压二极管
U
I
O
UZ
IZ
?UZ
?IZ
IZM
（ b）
?如图, 考虑二极管正向压降 。 若 Ia=10mA,则
① Ib=20mA ② Ib>20mA ③ Ib<20mA
例一
10V
+
_
R
D Ia
（ a）
20V
+
_
R
D Ib
（ b）
???
?
?
?
KR
R
I a
93.0
01.0
7.010
mAI b 75.201093.0 7.020 3 ????
解：
例二,忽略二极管正向压降。已知 ui=10sinωt
V,画出图中输出电压 uo波形。
uoaui
+
_
R
D
（ a）
+
_ u
oa
π 2π 3π 4π
two
uob
π 2π 3π 4π
two
u
π 2π 3π 4π
two10V
+
_
RD
（ b）
5V
uob
+
_
ui
c
d
a
b
c
a
b
1.3 半导体三极管
1,晶体管的结构和类型
?外形
3AX31
3DG6
外形示意图
半导体三极管图片
1,晶体管的结构和类型
?内部结构
c集电极
b基极
集电区 P
N基区
发射区
P
集电结
发射结
e发射极 (a) PNP型
c集电极
b基极
集电区
N
P基区
发射区
N
集电结
发射结
e发射极 (b) NPN型
1,晶体管的结构和类型
?符号
e
b
c
(a) PNP型
e
b
c
(b) NPN型
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
实验线路 IC
EB
mA
?A
V
UCE
UBERB
IB
ECV
+
+
– ––
–
+
+
2,三极管的放大作用
E
CB
IB/mA
IC/mA
IE/mA
-0.001
0.001
0
0
0.01
0.01
0.01
0.50
0.51
0.02
1.00
1.02
0.03
1.70
1.73
0.04
2.50
2.54
0.05
3.30
3.35
实验数据
① IE =IC+IB结论
50
02.0
00.1 ??
B
C
I
I
5.62
04.0
50.2 ??
B
C
I
I
80
01.0
80.0 ??
?
?
B
C
I
I
??
B
C
I
I②
??
?
?
B
C
I
I③
IB/mA
IC/mA
IE/mA
-0.001
0.001
0
0
0.01
0.01
0.01
0.50
0.51
0.02
1.00
1.02
0.03
1.70
1.73
0.04
2.50
2.54
0.05
3.30
3.35
结论
IC
EB
mA
?A
V
UCE
UBERB
IB
E
C
V+
+
– ––
–
+
+
④ 工作条件
NPN,UC>UB>UE
发射结正偏,
集电结反偏E
CB
⑴ 共射输入特性
3,三极管的特性曲线
IC
mA
?A
V
UCE
UBERB
IB
ECV
+
+
– ––
–
+
+
常数?? CEUBEB UfI )(
⑴ 共射输入特性
IB(μA)
UBE(V)0.2 0.4 0.6 0.8
20
40
60
80
0
UCE≥ 1V
20℃
3,三极管的特性曲线
? 死区电压,硅管 ≤ 0.5V
锗管 ≤ 0.2V
? 线性区,硅管 (NPN)
UBE=0.6V～ 0.7V
锗管 (PNP)
UBE= -0.2V～ -0.3V
? UCE增加, 特性曲线右移 。
? UCE≥1V以后, 特性曲线几乎重合 。
?与二极管的伏安特性相似
输入特性有以下几个特点：
⑵ 输出特性
常数?? BICEC UfI |)(
IB=0
20?A
40?A
60?A
80?A
100?A
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。
⑵ 输出特性
IB=0
20?A
40?A
60?A
80?A
100?A
3 6
IC(mA )
1
2
3
4
UCE(V)9 12O
放大区
(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。
截止区
⑵ 输出特性
IB=0
20?A
40?A
60?A
80?A
100?A
3 6
IC(mA )
1
2
3
4
UCE(V)9 12O
放大区
（ 3）饱和区
当 UCE?UBE时, 晶体管工
作于饱和状态。
在饱和区,发射结处于正向
偏置,集电结也处于正 偏。
截止区
饱和区
4,三极管的主要参数
?晶体管的参数是用来表示晶体管的各种性能指标 。
⑴ 电流放大系数
?① 静态电流放大系数
?它表示静态时, 集电极电流和基极电流之间
的关系
B
C
I
I??
⑴ 电流放大系数
?A点对应的 IC=6mA,IB=40μ A
UCE(V)
IC(mA)
0 5 10 15
4
8
3.3
6
8.8
12
16
A
20
40
60
80
IB=100μA
3DG6的输出特性
1 50
04.0
6 ???
B
C
I
I?
?表示在动态时, 集电极电流的变化量与相应的基
极电流变化量之比, 即
?② 动态电流放大系数
B
C
I
I
?
???
大表示只要基极电流很小的变化，就可以控
制产生集电极电流大的变化，即电流放大作
用好。
?
值的求法：?
找两个 UCE相同的点 C和 D
1 3804.0 5.5 ?????
B
C
I
I?所以
对应于 C点,IC=8.8mA,IB=60μA；
对应于 D点,IC=3.3mA,IB=20μA，
△ IC =8.8-3.3=5.5mA，
△ IB=60-20=40μA，UCE(V)
IC(mA)
0 5 10 15
4
8
3.3
6
8.8
12
16
C
D
A
20
40
60
80
IB=100μA
3DG6的输出特性
?② 共射电流放大系数
(2)集电极 -基极反向饱和电流 ICBO
?发射极开路, 集电结加反向电压时流过
集 -基极的反向电流 。
?A +– EC
ICBO
② 集 -射极穿透电流 ICEO
?ICEO是基极开路, 集电极与发射极间加
反向电压时的集电极电流 。
?A
ICEO
IB=0
+–
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。
(4) 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
（ 3） 集电极最大允许电流 ICM
4,三极管的主要参数
东北大学信息科学与工程学院
Northeastern University
主要内容
?半导体器件
?整流电路和直流稳压电源
第 1章 半导体器件
? 内容主要有：
半导体的导电性能
PN结的形成及单向导电性
半导体器件的 结构, 工作原理, 工作特性,
参数
? 半导体器件 主要包括：
半导体二极管 （ 包括稳压管 ）
三极管
1.1 半导体的导电特性及 PN结
的形成
1,半导体
?物质根据其导电性能分为
导体,导电能力良好的物质 。
绝缘体,导电能力很差的物质 。
半导体,是一种导电能力介于导体和绝缘体之
间的物质, 如硅, 锗, 硒, 砷化镓及一些硫化
物和氧化物 。
1.半导体
?半导体的导电能力具有独特的性质 。
① 温度升高 时, 纯净的半导体的导电能力显著
增加；
② 在纯净半导体材料中 加入微量的, 杂质, 元
素, 它的电导率就会成千上万倍地增长；
③ 纯净的半导体 受到光照 时, 导电能力明显提
高 。
2.本征半导体 （ Intrinsic Semiconductor）
?原子的组成：
带正电的 原子核； 若干个围绕原子核运动的带负电的
电子； 且整个原子呈 电中性 。
?半导体器件的材料：
硅 （ Silicon-Si）,四价元素, 硅的原子序数是 14,外
层有 4个电子 。
锗 （ Germanium-Ge）,也是四价元素, 锗的原子序数
是 32,外层也是 4个电子
完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本
征半导体。
?简化原子结构模型如图简化形式 。
+4
惯性核
价电子
硅和锗的简化原子模型
2.本征半导体
晶体中原子的排列方式
共价键,由相邻两个原子各拿出一个价电子组成价
电子对所构成的联系 。
2.本征半导体
晶体共价键结构平面示意图
+4 +4 +4
+4
+4
+4 +4
+4 +4
共价键
+4 +4 +4
+4
+4
+4 +4
+4 +4
2.本征半导体
晶体共价键结构平面示意图
空穴
自由电子 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） 。
这一现象称为本征激发。
+4 +4 +4
+4
+4
+4 +4
+4 +4
2.本征半导体
晶体共价键结构平面示意图
温度愈高，晶体中产
生的自由电子便愈多。
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）。
2.本征半导体
在本征半导体中, 激发出一个自由电子, 同
时便产生一个空穴 。 电子和空穴总是成对
地产生, 称为 电子空穴对 。
?半导体 中的 载流子
自由电子
空穴 （ Hole）
空穴和自由电子同时参加导电, 是半导
体的重要特点
空穴带正电荷 。
?由于空穴带正电荷, 且可以在原子间移动,
因此, 空穴是一种载流子 。
?半导体中有两种载流子,自由电子载流子 （
简称电子 ） 和空穴载流子 （ 简称空穴 ）, 它
们均可在电场作用下形成电流 。
2.本征半导体
?半导体由于热激发而不断产生电子空穴对
，那么，电子空穴对是否会越来越多，电
子和空穴浓度是否会越来越大呢？
?实验表明,在一定的温度下，电子浓度和
空穴浓度都保持一个定值。
?半导体中存在
载流子的 产生 过程
载流子的 复合 过程
2.本征半导体
综上所述：
?(1)半导体中有两种载流子,自由 电子和空
穴, 电子带负电, 空穴带正电 。
?(2)本征半导体中, 电子和空穴总是成对地
产生 。
?(3)半导体中, 同时存在载流子的 产生和复
合 过程 。
注意
?本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差；
?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。
3,N型半导体和 P型半导体
?本征半导体的电导率很小, 而且受温度和光
照等条件影响甚大, 不能直接用来制造半导
体器件 。
?本征半导体的物理性质：纯净的半导体中掺
入微量元素, 导电能力显著提高 。
?掺入的微量元素 ——“杂质, 。
?掺入了, 杂质, 的半导体称为, 杂质, 半导
体 。
① N型半导体
?在本征半导体中加入微量的五价元素,
如：砷, 磷, 锑, 可使半导体中自由电子
浓度大为增加, 形成 N型半导体 。
?掺入的五价杂质原子占据晶格中某些硅
（ 或锗 ） 原子的位置 。 如图所示 。
N型半导体晶体结构示意图
+4 +4 +4
+4
+4
+4 +4
+4 +4
?掺入五价原子
① N型半导体
?在 室 温 下
就可以激发
成 自由电子
?掺入五价
原子占据 Si
原子位置
?杂质半导体中仍有本征激发产生的少量电子空穴对 。
?自由 电子 的数目高, 故 导电 能力显著提高 。
?把这种半导体称为 N型半导体, 其中的电子称为 多数
载流子 （ 简称多子 ）, 空穴称为 少数载流子 （ 简称少
子 ） 。
?在 N型半导体中 自由电子数等于正离子数和空穴数之
和, 自由电子带负电, 空穴和正离子带正电, 整块半
导体中正负电荷量相等, 保持电中性 。
① N型半导体
② P型半导体
?在本征半导体中加入微量的三价元素, 如,硼, 铝, 可
使半导体中的空穴浓度大为增加, 形成 P型半导体 。
?空位吸引邻近
原子的价电子填
充，从而留下一
个空穴。
?在 P型半导体
中,空穴数等于
负离子数与自由
电子数之和,空
穴带正电，负离
子和自由电子带
负电，整块半导
体中正负电荷量
相等，保持电中
性。
空穴
P型半导体晶体结
构示意图
+4 +4 +4
+4
+4
+3 +4
+4 +4
共价键
综上所述：
?(1)本征半导体中加入五价杂质元素, 便形成 N型半
导体 。 N型半导体中, 电子是多数载流子, 空穴是
少数载流子, 此外还有不参加导电的正离子 。
?(2)本征半导体中加入三价杂质元素, 便形成 P型半
导体 。 其中 空穴是多数载流子, 电子是少数载流
子, 此外还有不参加导电的负离子 。
?(3)杂质半导体中, 多子浓度决定于杂质浓度, 少
子由本征激发产生, 其浓度与温度有关 。
4,PN结的形成及其单向导电性
?PN结：
是指在 P型半导体和 N型半导体的交界处形
成的空间电荷区 。
?PN结是构成多种半导体器件的基础 。
二极管的核心是一个 PN结；三极管中包
含了两个 PN结 。
⑴ PN结的形成
?有电场力作用时, 电子和空穴便产生定向运动, 称
为 漂移运动 （ Drift Movement） 。
?由于浓度差而引起的定向运动称为 扩散运动 （
Diffusion Movement） 。
⑴ PN结的形成
（ 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
（ 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
+ –
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
– +
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
+
+
+
－
－
－
－
－
－
+
+
+
+
+
+
+
+
+
－
－
－
－
－
－
－
－
－
+
+
+
+
+
+
－
－
－
结论,
?PN结的单向导电性：
PN结加正向电压产生大的正向电流, PN
结导电 。
PN结加反向电压产生很小的反向饱和电
流, 近似为零, PN结不导电 。
1.2 半导体二极管和稳压管
1.半导体二极管的结构和类型
?在 PN结上加上引线和封装, 就成为一个二极管 。
二极管按结构分 有点接触型, 面接触型和平面型
三大类 。
? 二极管的代表符号
阳极
阴极
D
半导体二极管图片
半导体二极管图片
2,二极管的伏安特性
?二极管的伏安特性的测出 。
V
mA
V
D
RR
W
（ a）测正向特性
V
mA
V
D
RR
W
（ b）测反向特性
2,二极管的伏安特性
? 二极管的伏安特性曲线
① 正向特性
? 死区电压,硅管 0.5V
锗管 0.1V
? 正向压降,硅管 0.6V～ 0.7V
锗管 0.2V～ 0.3V
二极管伏安特性
正向
特性C
D
oB
A
UBR
UD
ID
2,二极管的伏安特性
② 反向特性
?反向电流,很小 。
硅管 0.1微安
锗管 几十个微安
③ 反向击穿特性
?反向击穿 UBR:几十伏以上 。
二极管伏安特性
反向击
穿特性
C
D
oB
A
UBR
UD
ID
反向
特性
3,二极管的主要参数
? 最大整流电流 IOM,二极管长期
工作使用时, 允许通过的最大平均
电流 。
? 最高反向工作电压 URM,二极
管反接时, 能承受的最大电压, 它
的数值低于反向击穿电压 UB。
? 最大 反向电流 IRM,二极管加最
高反向工作电压时的反向电流 。
C
D
oB
A
UBR
UD
ID
1.3 稳压二极管
?稳压二极 管亦称齐纳二极管 (Zener
Diodes),与一般二极管不同之处是它
正常工作在 PN结的反向击穿区 。 因其
具有稳定电压作用, 故称为稳压管
（ Voltage Regulators） 。
?稳压管的符号和特性曲线如图所示 。
1.3 稳压二极管
?它的伏安特性与二
极管基本相同, 只
是稳压管正常工作
时是利用特性曲线
的反向击穿区 。
U
I
O
UZ
IZ
?UZ
?IZ
IZM
（ b）
阴极
阳极
（ a）
DZ
?电流改变而电压基本不变的特性称为稳压特性, 稳
压管就是利用这一特性工作的 。
稳压管的主要参数：
稳定电压 UZ
?UZ是稳压管反向击
穿后的稳定工作电
压值 。
1.3 稳压二极管
U
I
O
UZ
IZ
?UZ
?IZ
IZM
（ b）
稳定电流 IZ
?稳定电流 IZ是稳压管工作
时的参考电流数值 。
?工作电流若小于稳定电流 IZ，
稳压性能较差；
?工作电流若大于稳定电流,
稳压性能较好, 但是要注意
管子的功率损耗不要超出允
许值 。
1.3 稳压二极管
U
I
O
UZ
IZ
?UZ
?IZ
IZM
（ b）
最大稳定电流 IZM
?稳压管正常工作时
允许通过的最大反
向电流 。
1.3 稳压二极管
U
I
O
UZ
IZ
?UZ
?IZ
IZM
（ b）
?如图, 考虑二极管正向压降 。 若 Ia=10mA,则
① Ib=20mA ② Ib>20mA ③ Ib<20mA
例一
10V
+
_
R
D Ia
（ a）
20V
+
_
R
D Ib
（ b）
???
?
?
?
KR
R
I a
93.0
01.0
7.010
mAI b 75.201093.0 7.020 3 ????
解：
例二,忽略二极管正向压降。已知 ui=10sinωt
V,画出图中输出电压 uo波形。
uoaui
+
_
R
D
（ a）
+
_ u
oa
π 2π 3π 4π
two
uob
π 2π 3π 4π
two
u
π 2π 3π 4π
two10V
+
_
RD
（ b）
5V
uob
+
_
ui
c
d
a
b
c
a
b
1.3 半导体三极管
1,晶体管的结构和类型
?外形
3AX31
3DG6
外形示意图
半导体三极管图片
1,晶体管的结构和类型
?内部结构
c集电极
b基极
集电区 P
N基区
发射区
P
集电结
发射结
e发射极 (a) PNP型
c集电极
b基极
集电区
N
P基区
发射区
N
集电结
发射结
e发射极 (b) NPN型
1,晶体管的结构和类型
?符号
e
b
c
(a) PNP型
e
b
c
(b) NPN型
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
实验线路 IC
EB
mA
?A
V
UCE
UBERB
IB
ECV
+
+
– ––
–
+
+
2,三极管的放大作用
E
CB
IB/mA
IC/mA
IE/mA
-0.001
0.001
0
0
0.01
0.01
0.01
0.50
0.51
0.02
1.00
1.02
0.03
1.70
1.73
0.04
2.50
2.54
0.05
3.30
3.35
实验数据
① IE =IC+IB结论
50
02.0
00.1 ??
B
C
I
I
5.62
04.0
50.2 ??
B
C
I
I
80
01.0
80.0 ??
?
?
B
C
I
I
??
B
C
I
I②
??
?
?
B
C
I
I③
IB/mA
IC/mA
IE/mA
-0.001
0.001
0
0
0.01
0.01
0.01
0.50
0.51
0.02
1.00
1.02
0.03
1.70
1.73
0.04
2.50
2.54
0.05
3.30
3.35
结论
IC
EB
mA
?A
V
UCE
UBERB
IB
E
C
V+
+
– ––
–
+
+
④ 工作条件
NPN,UC>UB>UE
发射结正偏,
集电结反偏E
CB
⑴ 共射输入特性
3,三极管的特性曲线
IC
mA
?A
V
UCE
UBERB
IB
ECV
+
+
– ––
–
+
+
常数?? CEUBEB UfI )(
⑴ 共射输入特性
IB(μA)
UBE(V)0.2 0.4 0.6 0.8
20
40
60
80
0
UCE≥ 1V
20℃
3,三极管的特性曲线
? 死区电压,硅管 ≤ 0.5V
锗管 ≤ 0.2V
? 线性区,硅管 (NPN)
UBE=0.6V～ 0.7V
锗管 (PNP)
UBE= -0.2V～ -0.3V
? UCE增加, 特性曲线右移 。
? UCE≥1V以后, 特性曲线几乎重合 。
?与二极管的伏安特性相似
输入特性有以下几个特点：
⑵ 输出特性
常数?? BICEC UfI |)(
IB=0
20?A
40?A
60?A
80?A
100?A
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。
⑵ 输出特性
IB=0
20?A
40?A
60?A
80?A
100?A
3 6
IC(mA )
1
2
3
4
UCE(V)9 12O
放大区
(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。
截止区
⑵ 输出特性
IB=0
20?A
40?A
60?A
80?A
100?A
3 6
IC(mA )
1
2
3
4
UCE(V)9 12O
放大区
（ 3）饱和区
当 UCE?UBE时, 晶体管工
作于饱和状态。
在饱和区,发射结处于正向
偏置,集电结也处于正 偏。
截止区
饱和区
4,三极管的主要参数
?晶体管的参数是用来表示晶体管的各种性能指标 。
⑴ 电流放大系数
?① 静态电流放大系数
?它表示静态时, 集电极电流和基极电流之间
的关系
B
C
I
I??
⑴ 电流放大系数
?A点对应的 IC=6mA,IB=40μ A
UCE(V)
IC(mA)
0 5 10 15
4
8
3.3
6
8.8
12
16
A
20
40
60
80
IB=100μA
3DG6的输出特性
1 50
04.0
6 ???
B
C
I
I?
?表示在动态时, 集电极电流的变化量与相应的基
极电流变化量之比, 即
?② 动态电流放大系数
B
C
I
I
?
???
大表示只要基极电流很小的变化，就可以控
制产生集电极电流大的变化，即电流放大作
用好。
?
值的求法：?
找两个 UCE相同的点 C和 D
1 3804.0 5.5 ?????
B
C
I
I?所以
对应于 C点,IC=8.8mA,IB=60μA；
对应于 D点,IC=3.3mA,IB=20μA，
△ IC =8.8-3.3=5.5mA，
△ IB=60-20=40μA，UCE(V)
IC(mA)
0 5 10 15
4
8
3.3
6
8.8
12
16
C
D
A
20
40
60
80
IB=100μA
3DG6的输出特性
?② 共射电流放大系数
(2)集电极 -基极反向饱和电流 ICBO
?发射极开路, 集电结加反向电压时流过
集 -基极的反向电流 。
?A +– EC
ICBO
② 集 -射极穿透电流 ICEO
?ICEO是基极开路, 集电极与发射极间加
反向电压时的集电极电流 。
?A
ICEO
IB=0
+–
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。
(4) 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
（ 3） 集电极最大允许电流 ICM
4,三极管的主要参数
