第1章常用半导体器件1

1、第第1章章 常用半导体器件常用半导体器件 v补充补充: 半导体的基础知识半导体的基础知识 v1.1 二极管二极管 v1.2 晶体管晶体管v1.3 场效应晶体管场效应晶体管 第第1章章 常用半导体器件常用半导体器件 补充：补充： 半导体的基础知识半导体的基础知识 物体根据导电能力的强弱可分为导体、半导体和物体根据导电能力的强弱可分为导体、半导体和绝缘体三大类。绝缘体三大类。 凡容易导电的物质（如金、银、铜、铝、铁等金凡容易导电的物质（如金、银、铜、铝、铁等金属物质）称为属物质）称为导体导体； 不容易导电的物质（如玻璃、橡胶、塑料、陶瓷不容易导电的物质（如玻璃、橡胶、塑料、陶瓷等）称为等）称为绝缘

2、体绝缘体； 导电能力介于导体和绝缘体之间的物质（如硅、导电能力介于导体和绝缘体之间的物质（如硅、锗、硒等）称为锗、硒等）称为半导体半导体。 半导体之所以得到广泛的应用，是因为它具有热敏性、光敏性、掺杂性等特殊性能。 第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件 1. 热敏性热敏性 所谓热敏性就是半导体的导电能力随着温度的升所谓热敏性就是半导体的导电能力随着温度的升高而迅速变化。高而迅速变化。 半导体的电阻率对温度的变化十分敏感。 例如纯净的锗从20 升高到30时， 它的电阻率几乎减小为原来的1/2。 第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件 2. 光敏性光敏性 半导体的导电能力随光照的变化

3、有显著改变的特半导体的导电能力随光照的变化有显著改变的特性叫做光敏性。性叫做光敏性。 一种硫化镉薄膜，在暗处其电阻为几十兆欧姆， 受光照后，电阻可以下降到几十千欧姆，只有原来的1%。 自动控制中用的光电二极管和光敏电阻，就是利用光敏特性制成的。 而金属导体在阳光下或在暗处， 其电阻率一般没有什么变化。 第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件 3. 杂敏性杂敏性 所谓杂敏性就是半导体的导电能力因掺入适量杂所谓杂敏性就是半导体的导电能力因掺入适量杂质而发生很大的变化。质而发生很大的变化。 在半导体硅中， 只要掺入亿分之一的硼， 电阻率就会下降到原来的几万分之一。 利用这一特性， 可以制造出不

4、同性能、 不同用途的半导体器件。 而金属导体即使掺入千分之一的杂质， 对其电阻率也几乎没有什么影响。 半导体之所以具有上述特性， 根本原因在于其特殊的原子结构和导电机理。 第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件 一、本征半导体一、本征半导体 本征半导体是一种纯净的半导体晶体。本征半导体是一种纯净的半导体晶体。 常用的半导体材料是单晶硅（Si）和单晶锗（Ge）。 半导体硅和锗都是4价元素，其原子结构如图1.1(a),(b)所示。 4惯性核价电子Ge32Si14原子核电子轨道价电子(a)(b)(c) 图1.1半导体的原子结构示意图 （a）硅原子；（b）锗原子；（c）简化模型 第第1 1章章

5、常用半导体器件常用半导体器件 本征半导体晶体结构示意图如图1.2所示。各原子间整齐而有规则地排列着，使每个原子的4个价电子不仅受所属原子核的吸引，而且还受相邻4个原子核的吸引，每一个价电子都为相邻原子核所共用，形成了稳定的共价键结构。每个原子核最外层等效有8个价电子，由于价电子不易挣脱原子核束缚而成为自由电子，因此，本征半导体导电能力较差本征半导体导电能力较差。4共价键44444444价电子 图1.2 单晶硅的共价键结构第第1章章 常用半导体器件常用半导体器件 但是，如果能从外界获得一定的能量（如光照、温升等），有些价电子就会挣脱共价键的束缚而成为自由电子，在共价键中留下一个空位，称为“空穴”

6、。 空穴的出现使相邻原子的价电子离开它所在的共价键来填补这个空穴，同时，这个共价键又产生了一个新的空穴。这个空穴也会被相邻的价电子填补而产生新的空穴。 这种电子填补空穴的运动相当于带正电荷的空穴带正电荷的空穴在运动，并把把空穴看成一种带正电荷的载流空穴看成一种带正电荷的载流子。 空穴越多，半导体的载流子数目就越多空穴越多，半导体的载流子数目就越多，因此因此形成的电流就越大。形成的电流就越大。4共价键44444444价电子第第1章章 常用半导体器件常用半导体器件 在本征半导体中，空穴与电子是成对出现的，称为电子空穴对。其自由电子和空穴数目总是相等的。 本征半导体在温度升高时产生电子本征半导体在温

7、度升高时产生电子空穴对的现空穴对的现象称为象称为本征激发本征激发。 温度越高，产生的电子空穴对数目就越多，这就是半导体的热敏性。 在半导体中存在着自由电子和空穴两种载流子半导体中存在着自由电子和空穴两种载流子，而导体中只有自由电子导体中只有自由电子这一种载流子，这是半导体与导体的不同之处。 第第1章章 常用半导体器件常用半导体器件 二、杂质半导体二、杂质半导体 在本征半导体中掺入微量的杂质元素，就会使半导体的导电性能发生显著改变。根据掺入杂质元素的性质不同，杂质半导体可分为P型半导体和N型半导体两大类。 1. P型半导体型半导体 P型半导体是在本征半导体硅（或锗）中掺入掺入微量微量的3价元素价

8、元素（如硼、铟等）而形成的。第第1章章 常用半导体器件常用半导体器件 图1.3 P型半导体的共价键结构 因杂质原子只有杂质原子只有3个价电子个价电子，它与周围硅原子组成共价键时，缺少1个电子，因此在晶体中便产生一个晶体中便产生一个空穴空穴，当相邻共价键上的电子受热激发获得能量时，就有可能填补这个空穴，使硼原子成为不能移动的负离子，而原来硅原子的共价键因缺少了一个电子，便形成了空穴，使得整个半导体仍呈中性，如图1.3所示。 在P型半导体中，原来的晶体仍会产生电子空穴对，由于杂质的掺入，使得空穴数目空穴数目远大于远大于自由电子数目自由电子数目，成为多数载流子(简称多子)，而自由电子则为少数载流子(

9、简称少子)。 因而P型半导体型半导体以以空穴导电空穴导电为主。为主。 第第1章章 常用半导体器件常用半导体器件 2. N型半导体型半导体 N型半导体是在本征半导体硅中掺入微量掺入微量的5价元素（如磷、砷、镓等）价元素（如磷、砷、镓等）而形成的，杂质原子有5个价电子与周围硅原子结合成共价键时，多出1个价电子，这个多余的价电子易成为自由电子，如图1.4所示。 综上所述，在掺入杂质后，载流子的数目都有相当程度的增加。因而对半综上所述，在掺入杂质后，载流子的数目都有相当程度的增加。因而对半导体导体掺杂掺杂是是改变半导体导电性能改变半导体导电性能的有效方法。的有效方法。4自由电子44454444施主原子

10、 图1.4 N型半导体的共价键结构第第1章章 常用半导体器件常用半导体器件 PN结及其单向导电性结及其单向导电性 PN结的形成结的形成 多数载流子因浓度上的差异而形成的运动称为多数载流子因浓度上的差异而形成的运动称为扩散运动扩散运动，如下图所示。如下图所示。多子扩散示意图第第1章章 常用半导体器件常用半导体器件 由于空穴和自由电子均是带电的粒子，所以扩散的结果使由于空穴和自由电子均是带电的粒子，所以扩散的结果使P区和区和N区区原来的电中性被破坏，在交界面的两侧形成一个不能移动的带异性电荷的离原来的电中性被破坏，在交界面的两侧形成一个不能移动的带异性电荷的离子层，称此离子层为空间电荷区，这就是所

11、谓的子层，称此离子层为空间电荷区，这就是所谓的PN结，如图所示。在空间结，如图所示。在空间电荷区，多数载流子已经扩散到对方并复合掉了，或者说消耗尽了，因此又电荷区，多数载流子已经扩散到对方并复合掉了，或者说消耗尽了，因此又称空间电荷区为耗尽层。称空间电荷区为耗尽层。PN结的形成第第1章章 常用半导体器件常用半导体器件 空间电荷区出现后，因为正负电荷的作用，将产生一个从空间电荷区出现后，因为正负电荷的作用，将产生一个从N区指向区指向P区区的结内电场。内电场的方向，会对多数载流子的扩散运动起阻碍作用。同时，的结内电场。内电场的方向，会对多数载流子的扩散运动起阻碍作用。同时，内电场则可推动少数载流子

12、（内电场则可推动少数载流子（P区的自由电子和区的自由电子和N区的空穴）越过空间电荷区的空穴）越过空间电荷区，进入对方。区，进入对方。少数载流子少数载流子在内电场作用下有规则的运动称为在内电场作用下有规则的运动称为漂移运动漂移运动。漂漂移运动和扩散运动的方向相反。移运动和扩散运动的方向相反。无外加电场时，通过无外加电场时，通过PN结的扩散电流等于结的扩散电流等于漂移电流，漂移电流，PN结中无电流流过，结中无电流流过，PN结的宽度保持一定而处于稳定状态。结的宽度保持一定而处于稳定状态。 如果在如果在PN结两端加上不同极性的电压，结两端加上不同极性的电压，PN结会呈现出不同的导电性能。结会呈现出不同

13、的导电性能。第第1章章 常用半导体器件常用半导体器件 PN结结P端端接接高电位高电位，N端端接接低电位低电位，称，称PN结外加正向电压，结外加正向电压，又称又称PN结结正向偏置正向偏置，简称为正偏，此时结电场被削弱，形，简称为正偏，此时结电场被削弱，形成较大的正向电流，称为正偏导通。如图所示。成较大的正向电流，称为正偏导通。如图所示。 第第1章章 常用半导体器件常用半导体器件 PN结结P端端接接低电位低电位，N端端接接高电位高电位，称，称PN结外加反向电压，结外加反向电压，又称又称PN结结反向偏置反向偏置，简称为反偏，此时增强了结电场的作，简称为反偏，此时增强了结电场的作用，形成的反向电流极小

14、，如图所示。用，形成的反向电流极小，如图所示。 第第1章章 常用半导体器件常用半导体器件 PN结的单向导电性结的单向导电性：PN结结外加正向电外加正向电压压，PN结的电阻很小，正向电流大结的电阻很小，正向电流大，PN结结导通导通； 外加反向电压外加反向电压时，时，PN结的电阻很大，反结的电阻很大，反向电流很小，向电流很小，PN结结截止截止。 半导体器件是电子电路的核心元件，常用的半导体器件是电子电路的核心元件，常用的半导体器件主要有二极管、晶体管和场效应管等。半导体器件主要有二极管、晶体管和场效应管等。 了解它们的内部结构，掌握它们的外部特性、了解它们的内部结构，掌握它们的外部特性、主要参数指

15、标以及正确的使用方法，是学习电子主要参数指标以及正确的使用方法，是学习电子技术和分析电子电路的重要基础。技术和分析电子电路的重要基础。1.1 二极管二极管知识点知识点 (1) 二极管的基本特性、主要参数以及基本应用。二极管的基本特性、主要参数以及基本应用。 (2) 稳压二极管、发光二极管和光电二极管的特性及应用。稳压二极管、发光二极管和光电二极管的特性及应用。技能点技能点 (1)掌握二极管、稳压管的测试及选用方法。掌握二极管、稳压管的测试及选用方法。 (2)掌握发光二极管、光电二极管的测试方法。掌握发光二极管、光电二极管的测试方法。第第1章章 常用半导体器件常用半导体器件 1.1.1 二极管简

16、介二极管简介 1、二极管的结构、符号、外形和类型、二极管的结构、符号、外形和类型 二极管是由一个二极管是由一个PN结加上电极引线封装而成。由结加上电极引线封装而成。由P区引出区引出的电极的电极称为称为阳极或正极阳极或正极，由，由N区引出的电极区引出的电极称为称为阴极或负极阴极或负极。二。二极管的结构、符号如图极管的结构、符号如图1-1所示。所示。+阳极阴极VD图图1-1 二极管的结构及符号二极管的结构及符号 常见的二极管外形如图常见的二极管外形如图1-2a所示。除了在外壳上用二极管的所示。除了在外壳上用二极管的符号符号来标识正、负电极外，有的二极管用来标识正、负电极外，有的二极管用色环色环（或

17、色点）来标（或色点）来标识二极管的负极，大功率螺拴式二极管识二极管的负极，大功率螺拴式二极管带螺纹的一端带螺纹的一端则是负极。则是负极。 a )常见外形常见外形 b)点接触型点接触型 c)面接触型面接触型图图1-2 二极管的外形和类型二极管的外形和类型 其中：点接触型频率特性好，适用于其中：点接触型频率特性好，适用于高频工作高频工作，面接触型能通，面接触型能通过较大的电流，适用于过较大的电流，适用于整流整流电路中。电路中。 2、二极管导电特性的演示、二极管导电特性的演示 在图a中，电源的正极连接到二极管的正极，使二极管的正极电位正极电位高于高于负极电位负极电位（这种电压偏置称为正向偏置正向偏置

18、），指示灯亮，表明电路中通过较大的正向电流，二极管这种状态称为导通导通； 在图b中，将二极管的极性对调，电源的正极连接到二极管的负极，使二极管的正极电位正极电位低于低于负极电位负极电位（这种电压偏置称为反向偏置反向偏置），此时指示灯灭，表明电路中无电流通过，二极管这种状态称为截止截止。+_+_LLUUCCCCVDVDa) 导通状态导通状态 b) 截止状态截止状态 图图1-3 二极管导电特性的演示二极管导电特性的演示 由此可见：由此可见： 二极管的基本特性二极管的基本特性是是单向导电性单向导电性：正向偏置正向偏置时时导通导通，反向反向偏置偏置时时截止截止。 二极管符号的二极管符号的箭头箭头代表了

19、代表了正向电流正向电流的方向，外加电压的方向的方向，外加电压的方向与箭头方向一致时二极管导通，反之则截止。与箭头方向一致时二极管导通，反之则截止。 二极管的核心是一个二极管的核心是一个PN结，其单向导电性是由结，其单向导电性是由PN结的特性结的特性决定的。决定的。 1.1.2 二极管的特性和主要参数二极管的特性和主要参数 1、二极管的特性、二极管的特性 二极管的伏安特性是指二极管两端电压和流过二极管电流二极管的伏安特性是指二极管两端电压和流过二极管电流之间的关系之间的关系。图图1-4 二极管伏安特性曲线二极管伏安特性曲线 1）正向特性）正向特性 二极管正极接高电位，负极二极管正极接高电位，负极

20、接低电位，二极管为正向偏置接低电位，二极管为正向偏置（正偏）。（正偏）。 二极管的正偏时存在二极管的正偏时存在死区，相应的电压被称为死区电死区，相应的电压被称为死区电压。死区电压与环境温度有关，压。死区电压与环境温度有关，常温下常温下硅管的死区电压硅管的死区电压约为约为0.5V，锗管锗管的约为的约为0.1V。 当正向电压超过死区电压后，二当正向电压超过死区电压后，二极管进入导通状态，正向电流迅极管进入导通状态，正向电流迅速增大，二极管两端的电压的变速增大，二极管两端的电压的变化很小，正向导通电压近似为一化很小，正向导通电压近似为一个稳定值，在工程估算中，通常个稳定值，在工程估算中，通常取取硅管

21、的正向导通电压硅管的正向导通电压为为0.7V，锗管锗管的为的为0.3V。 2）反向特性）反向特性 二极管正极接低电位，负二极管正极接低电位，负极接高电位，二极管为反向偏置（反极接高电位，二极管为反向偏置（反偏）。偏）。 二极管反偏时存在一个很微弱的反向二极管反偏时存在一个很微弱的反向电流，其基本不随反向电压的增大而变电流，其基本不随反向电压的增大而变化，这个电流称为反向饱和电流化，这个电流称为反向饱和电流IR。反向反向电流（又称为漏电流）越小电流（又称为漏电流）越小表明二极管表明二极管的的单向导电性越好单向导电性越好。如图所示，硅管的。如图所示，硅管的反向特性优于锗管。反向特性优于锗管。 反向

22、电压增大到某一值时，反向电流突反向电压增大到某一值时，反向电流突然增大，这种现象称为然增大，这种现象称为反向击穿反向击穿，此时，此时对应的电压称为反向击穿电压，用对应的电压称为反向击穿电压，用UBR表表示，此时，二极管示，此时，二极管失去了单向导电性失去了单向导电性，如果没有适当的限流措施，二极管将会如果没有适当的限流措施，二极管将会过流损坏。过流损坏。普通二极管不允许工作在反普通二极管不允许工作在反向击穿状态。向击穿状态。 可见，二极管正偏导通，具有非线性特可见，二极管正偏导通，具有非线性特征；反偏截止，通过的反向电流极小可征；反偏截止，通过的反向电流极小可以忽略以忽略。 2、二极管的主要参

23、数、二极管的主要参数 最大整流电流最大整流电流IFM 是指二极管长时间使用时，允许通过的最大正向平均电流。是指二极管长时间使用时，允许通过的最大正向平均电流。正常使用时正向电流必须小于此值。正常使用时正向电流必须小于此值。 因为电流通过结时要引起管子发热。电流太大，发热量超过限度，就会使结烧坏。 最高反向工作电压最高反向工作电压URM 是指允许加在二极管两端的最高反向电压（峰值）。一般是指允许加在二极管两端的最高反向电压（峰值）。一般元器件手册上给出的元器件手册上给出的URM通常为击穿电压通常为击穿电压UBR的一半。的一半。 击穿时，反向电流剧增，使二极管的单向导电性被破坏，甚至会因过热而烧坏

24、。 一般手册上给出的最高反向工作电压URM约为击穿电压UBR的一半，以确保管子安全工作。 反向饱和电流反向饱和电流IR 是指二极管未被击穿时的反向电流。是指二极管未被击穿时的反向电流。 该电流越小，管子的单向导电性能就越好。 由于温度升高，反向电流会急剧增加，因而在使用二极管时要注意环境温度的影响。 二极管的参数是正确使用二极管的依据，二极管的参数是正确使用二极管的依据，一般半导体器件手册中都给出不同型号管子一般半导体器件手册中都给出不同型号管子的参数。的参数。 在使用时，应特别注意在使用时，应特别注意不要超过不要超过最大整最大整流电流流电流和和最高反向工作电压最高反向工作电压，否则管子容易，

25、否则管子容易损坏。损坏。 1.1.3 二极管的测试及应用二极管的测试及应用 1、用指针型万用表测试二极管、用指针型万用表测试二极管 指针型万用表的红表笔是连接到万用表内置电池的负极、黑表指针型万用表的红表笔是连接到万用表内置电池的负极、黑表笔连接到电池的正极。两次测得的阻值应相差极大，如下图所示。笔连接到电池的正极。两次测得的阻值应相差极大，如下图所示。a)正向导通正向导通 b)反向截止反向截止图图1-5 指针型万用表测试二极管指针型万用表测试二极管若两次测得的阻值均很小或为若两次测得的阻值均很小或为0，表明管子内部已经短路；若两次测得的阻，表明管子内部已经短路；若两次测得的阻值都极大，则表明

26、管子内部已经断路或烧坏；若测得的反向电阻与正向电阻值都极大，则表明管子内部已经断路或烧坏；若测得的反向电阻与正向电阻相差不大，则说明管子的反向漏电过大，失去了单向导电性。相差不大，则说明管子的反向漏电过大，失去了单向导电性。 2、二极管的应用、二极管的应用 以下介绍应用广泛的整流、检波电路。以下介绍应用广泛的整流、检波电路。 1）整流电路）整流电路 利用二极管的单向导电性可以把大小和方向都变化的利用二极管的单向导电性可以把大小和方向都变化的正弦交流电变为单向脉动的直流电，这种电路称为整流电路。正弦交流电变为单向脉动的直流电，这种电路称为整流电路。 根据这个原理， 还可以构成整流效果更好的单相全

27、波、 单相桥式等整流电路。 （1） 在在u2的正半周的正半周，A端电位高于端电位高于B端电位，端电位，二极管正向偏置导通二极管正向偏置导通，通过二极管，通过二极管的正向电流的正向电流iv从从A端经端经VD、RL到到B端形成回路。端形成回路。 若忽略二极管的正向压降（若忽略二极管的正向压降（VD相当于一个闭合的开关），在相当于一个闭合的开关），在RL上得到的正上得到的正向电压向电压uo=u2，并随输入电压而变化。，并随输入电压而变化。（2） 在在u2的负半周的负半周，B端电位高于端电位高于A端电位，端电位，二极管反向偏置截止二极管反向偏置截止（VD相当于一相当于一个断开的开关），电路中无电流通过

28、，输出电压个断开的开关），电路中无电流通过，输出电压uo=0。二极管承受的反向电压。二极管承受的反向电压uv=u2，其最大值为输入电压，其最大值为输入电压u2的峰值的峰值 U2.RLuo+ioivABTuu12+uvVD电路电路 b) 波形波形 图图1-6 单相半波整流电路及波形图单相半波整流电路及波形图2 可见，在输入交流电压的每个周期内，电路都输出一个正向脉动（大小变化）的直流电压，而每个周期内只有半个周期有每个周期内只有半个周期有输出，故称之为输出，故称之为半波整流半波整流。 可以证明，半波整流电路输出的直流电压的平均值为可以证明，半波整流电路输出的直流电压的平均值为 Uo=0.45U2

29、 (1-1) 式中的式中的U2为交流电压为交流电压u2的有效值。的有效值。 即输出电压是输入的交流电压有效值的即输出电压是输入的交流电压有效值的0.45倍。倍。 整流二极管整流二极管一般选用面接触型的硅二极管，它具有一般选用面接触型的硅二极管，它具有工作电工作电流大流大、反向击穿电压高反向击穿电压高、允许的工作温度较高允许的工作温度较高等特点。等特点。 国产的整流二极管的型号有国产的整流二极管的型号有2CZ、2DZ等系列硅管，常见等系列硅管，常见的进口整流二极管有的进口整流二极管有IN4001、IN5401等型号。等型号。 整流电路是直流电源的重要组成部分。整流电路是直流电源的重要组成部分。

30、（2）检波电路）检波电路 将调制在高频信号中的低频信号提取出来的电将调制在高频信号中的低频信号提取出来的电路称为检波电路。路称为检波电路。 一个典型的检波电路及相关信号波形如图1-7所示，其中的VD为检波二极管，C2为高频滤波电容，R为负载电阻，C3为低频耦合电容。 +C1C2C3RLL L12abc+UCCVD a 点波形点波形 b 点波形点波形 c 点波形点波形 图图1-7 检波电路及其相关波形检波电路及其相关波形 检波电路的输入信号是调制有低频信号的高频调幅波。检波电路的输入信号是调制有低频信号的高频调幅波。 由于检波二极管的单向导电性，通过二极管后的信号波由于检波二极管的单向导电性，通

31、过二极管后的信号波形只有正半周，由形只有正半周，由C2、R组成的高频滤波器又将其中的高频信组成的高频滤波器又将其中的高频信号滤除，所号滤除，所“检出检出”的低频信号则由的低频信号则由C3耦合到下一级低频放耦合到下一级低频放大电路再放大。大电路再放大。+C1C2C3RLL L12abc+UCCVD 检波一般是对高频小信号而言，检波一般是对高频小信号而言，其特点是工作频率高，所处理的信号幅度小，要求检波二极管的频率特性好、正向压降小、效率高，通常采用点接触型通常采用点接触型的锗二极管的锗二极管。 国产的检波二极管的型号主要有2AP系列锗管，常见的进口检波二极管有IN60等型号。 检波电路广泛应用于

32、音频、视频、图像处理电路检波电路广泛应用于音频、视频、图像处理电路以及各种通信设备中。以及各种通信设备中。 第第1 1章章 基本半导体器件基本半导体器件 （3）稳压应用）稳压应用 在需要不高的稳定电压输出时，在需要不高的稳定电压输出时， 可以利用几个二可以利用几个二极管的正向压降串联来实现。极管的正向压降串联来实现。 还有一种稳压二极管，还有一种稳压二极管， 可以专门用来实现稳定电可以专门用来实现稳定电压输出。压输出。 稳压二极管有不同的系列，稳压二极管有不同的系列， 用以实现不同的稳定用以实现不同的稳定电压输出。电压输出。 第第1 1章章 基本半导体器件基本半导体器件 （4）开关应用）开关应

33、用 在数字电路中经常将半导体二极管作为开关元件来使用，在数字电路中经常将半导体二极管作为开关元件来使用， 因为二极因为二极管具有单向导电性，管具有单向导电性， 可以相当于一个受外加偏置电压控制的无触点开关。可以相当于一个受外加偏置电压控制的无触点开关。 如图所示， 为监测发电机组工作的某种仪表的部分电路。 其中us是需要定期通过二极管VD加入记忆电路的信号， ui为控制信号。 当控制信号当控制信号ui=10 V时，时， VD的负极电位被抬高，的负极电位被抬高， 二极管截止，二极管截止， 相当于相当于“开关断开开关断开”， us不能通过不能通过VD； 当当ui=0 V时，时， VD正偏导正偏导通

34、，通， us可以通过可以通过VD加入记忆电路。加入记忆电路。 此时二极管相当于此时二极管相当于“开关闭开关闭合合”情况。情况。 这样，这样， 二极管二极管VD就在信号就在信号ui的控制下，的控制下， 实现了接通实现了接通或关断或关断us信号的作用。信号的作用。 1.1.4 特殊二极管特殊二极管 1、稳压二极管、稳压二极管 1）稳压二极管的特性）稳压二极管的特性 稳压二极管又称为齐纳二极管，简称稳压管或齐纳管，是稳压二极管又称为齐纳二极管，简称稳压管或齐纳管，是一种用于一种用于稳压（限压）、稳压（限压）、工作在工作在反向击穿状态反向击穿状态的的硅二极管硅二极管，其用，其用特殊工艺制作，外形与普通

35、二极管相似。特殊工艺制作，外形与普通二极管相似。+RRLUIUoURUZI IRIzIoVZa) 符号和应用电路符号和应用电路 b) 伏安特性曲线伏安特性曲线图图1-8 稳压二极管稳压二极管 稳压管工作在反向击穿状态，其反向特性曲线比普通二稳压管工作在反向击穿状态，其反向特性曲线比普通二极管更陡直，因而能在电路中起到稳压作用。极管更陡直，因而能在电路中起到稳压作用。 在应用中，除了要保证稳压管要处于在应用中，除了要保证稳压管要处于反向击穿状态反向击穿状态外，外，还必须与其还必须与其串联适当的限流电阻串联适当的限流电阻。 稳压管的主要参数有稳定电压稳压管的主要参数有稳定电压Uz、稳定电流、稳定电

36、流Iz和最大稳和最大稳定电流定电流Izmax等。等。 稳压管工作时通过的电流不允许超过其最大稳定电流稳压管工作时通过的电流不允许超过其最大稳定电流Izmax。 稳压管的检测和普通二极管相同。稳压管的检测和普通二极管相同。 2）稳压管典型应用电路）稳压管典型应用电路 如图所示，如图所示，UI为输入的直流电压，且为输入的直流电压，且UI=（23）UZ ，R为限流电阻，为限流电阻，稳压管稳压管VZ与负载与负载RL并联（该电路又称为并联型稳压电路）。由于稳压管并联（该电路又称为并联型稳压电路）。由于稳压管工作在反向击穿状态，显然有：工作在反向击穿状态，显然有：Uo= UI IRRL = UZ。 电网电

37、压、负载变化都可能使电网电压、负载变化都可能使Uo产生变化，当稳压电路的输出电压产生变化，当稳压电路的输出电压Uo将将升高时，则有以下过程：升高时，则有以下过程： UI（或（或RL）Uo IZ IR URUo。 当稳压电路的输出电压当稳压电路的输出电压Uo将下降时，将有以下过程：将下降时，将有以下过程： UI（或（或RL）UoIZ IR UR Uo。 可见，不管是何种原因使输出电压Uo发生微小的变化，都会引起稳压管电流IZ的很大变化，通过限流电阻R的电压调整作用，使输出电压Uo基本不变，实现稳压功能。+RRLUIUoURUZI IRIzIoVZ 2、发光二极管、发光二极管 发光二极管（发光二极

38、管（LED）简称发光管，是一种直接把电能转）简称发光管，是一种直接把电能转换成光能的发光器件，正向导通时能发出一定波长（颜色）换成光能的发光器件，正向导通时能发出一定波长（颜色）的光，广泛应用于各种显示、指示电路。的光，广泛应用于各种显示、指示电路。 其核心是一个由半导体化合物制成的其核心是一个由半导体化合物制成的PN结结. 使用时必须使用时必须正向偏置正向偏置，同时要，同时要串接串接 适当的适当的限流电阻限流电阻，避免工作电流过大导，避免工作电流过大导 致管子损坏。致管子损坏。图图1-9 发光二极管的外形及符号发光二极管的外形及符号 图图1-9 发光二极管的外形及符号发光二极管的外形及符号

39、检测发光二极管时，要求万用表的内置电池为检测发光二极管时，要求万用表的内置电池为3V以上，以上，一般选择一般选择R10K档，合格管子的正向电阻在档，合格管子的正向电阻在20K左右，反左右，反向电阻无穷大。向电阻无穷大。 灵敏度高的管子，在测正向电阻时可看到管芯发光。灵敏度高的管子，在测正向电阻时可看到管芯发光。 3、光敏二极管、光敏二极管 光敏二极管光敏二极管也称光电二极管，也称光电二极管，是一种常用的是一种常用的光电转换光电转换器件，广泛器件，广泛应用在遥控、测光及光电池等方面。应用在遥控、测光及光电池等方面。 光电二极管也是由光电二极管也是由PN结构成，结构成，工作在工作在反向偏置状态反向

40、偏置状态。 它的管壳上有一个透镜封闭的它的管壳上有一个透镜封闭的窗口，入射光通过透镜照射在窗口，入射光通过透镜照射在PN结上，反向电流随光照强度的增加结上，反向电流随光照强度的增加而增大，实现将光信号转换为电信而增大，实现将光信号转换为电信号的功能。光电二极管的结构及符号的功能。光电二极管的结构及符号如图号如图1-10所示。所示。 图图1-10 光电二极管的结构及符号光电二极管的结构及符号 检测光电二极管时，首先封闭光电二极管的窗口（遮检测光电二极管时，首先封闭光电二极管的窗口（遮光），用测试普通二极管的方法判断管子的正、负极，其正光），用测试普通二极管的方法判断管子的正、负极，其正向电阻略大

41、于普通二极管，反向电阻（暗电阻）无穷大；向电阻略大于普通二极管，反向电阻（暗电阻）无穷大； 当受到光线照射时，反向电阻随光强增大而显著变小，当受到光线照射时，反向电阻随光强增大而显著变小，正向电阻与光照基本无关。正向电阻与光照基本无关。 若正、反向电阻都很小或都很大，则表明管子已经击穿若正、反向电阻都很小或都很大，则表明管子已经击穿或内部断路。或内部断路。 思考题思考题 (1) (1) 硅二极管与锗二极管有何区别？硅二极管与锗二极管有何区别？ (2) (2) 如何判定二极管的极性和质量？如何判定二极管的极性和质量？ (3) (3) 正常工作时的稳压管、发光管、光电管应该如何偏置正常工作时的稳压

42、管、发光管、光电管应该如何偏置电压（正偏或反偏）？电压（正偏或反偏）？ (4) (4) 如果将图如果将图1-61-6所示电路中的二极管极性对调，输出电压所示电路中的二极管极性对调，输出电压有何变化？有何变化？ (5) (5) 将图将图1.8 a1.8 a）中的稳压管极性对调，电路能稳压吗？）中的稳压管极性对调，电路能稳压吗？1.2 晶体管晶体管知识点知识点 (1) 晶体管的基本特性、工作状态和主要参数。晶体管的基本特性、工作状态和主要参数。 (2) 晶体管三种工作状态的偏置条件及判断。晶体管三种工作状态的偏置条件及判断。技能点技能点 (1) 掌握晶体管的测试及选用方法。掌握晶体管的测试及选用方

43、法。 (2) 熟练判断晶体管的工作状态。熟练判断晶体管的工作状态。 1.2.1 晶体管简介晶体管简介 1.分类分类 （1）按材料分：按材料分：硅管和锗管；硅管和锗管； （2）按工作频率分：）按工作频率分：高频管、低频管；高频管、低频管； （3）按功率分：）按功率分：小、中、大功率管；小、中、大功率管； （4）按工作状态分：）按工作状态分：放大管和开关管；放大管和开关管； （5）按结构分：）按结构分：NPN、PNP型。型。 2.内部结构内部结构 NPN和和PNP两种类型晶体管的管芯均由三层半导体构成，可分为两种类型晶体管的管芯均由三层半导体构成，可分为三个三个区区：集电区、基区和发射区；：集电区

44、、基区和发射区；两个结两个结：集电结、发射结；：集电结、发射结；三个电极三个电极：集：集电极电极c、基极、基极b和发射极和发射极e。a) NPN型型 b) PNP型型图图1-12 晶体管的内部结构及符号晶体管的内部结构及符号 晶体管符号中的晶体管符号中的箭头箭头用于指示晶体管用于指示晶体管正向电流的方向正向电流的方向，显然，两种类型晶，显然，两种类型晶体管的正向电流方向截然不同。体管的正向电流方向截然不同。 晶体管结构的晶体管结构的工艺特点工艺特点是：是： 发射区发射区掺杂浓度很高掺杂浓度很高; 基区基区很薄且掺杂浓度低很薄且掺杂浓度低; 集电结集电结的面积远大于发射结的面积。的面积远大于发射

45、结的面积。 这是晶体管具有这是晶体管具有放大作用的内部条件放大作用的内部条件，也是，也是它的三个电极不能混淆使用的原因。它的三个电极不能混淆使用的原因。一些常见晶体管的外形如图一些常见晶体管的外形如图1-13所示。所示。 a) 金属封装小功率管金属封装小功率管 b) 塑封管塑封管 c) 金属封装大功率管金属封装大功率管 图图1-13 常见的晶体管外形常见的晶体管外形 1.2.2 晶体管的电流放大作用晶体管的电流放大作用 放大条件放大条件: 内部条件内部条件: 由晶体管的由晶体管的结构决定；结构决定； 外部条件：外部条件：发射结正偏、集电结反偏，发射结正偏、集电结反偏，+_bceRbRcRPUB

46、B+_mAmAUCCII IIBCEA图图1-14 晶体管各极电流关系测试电路晶体管各极电流关系测试电路 调节可变电阻调节可变电阻RP，由各个电流表可测得相应的，由各个电流表可测得相应的IB、IC、IE，实测的数据如表实测的数据如表1-1所示。所示。表表1-1 实验测试数据实验测试数据 IB /mA00.020.040.060.080.10IC /mA0.0010.701.502.303.103.95IE /mA0.0010.721.542.363.184.05 分析实验数据，可以看出：分析实验数据，可以看出： （1）三个电流符合基尔霍夫电流定律，即）三个电流符合基尔霍夫电流定律，即 IE =

47、 IBIC （1-2）基极电流基极电流IB很小，一般可忽略很小，一般可忽略IB不计，因此有不计，因此有 IE IC。 （2）IC与与IB的的比值近似为一个常数，即的的比值近似为一个常数，即 = IC / IB 直流电流放大系数直流电流放大系数 基极电流基极电流IB的微小变化能引起集电极电流的微小变化能引起集电极电流Ic较大较大的变化，即的变化，即 交流电流放大系数交流电流放大系数 。为了表示方便，在实际应用中一般不加以。为了表示方便，在实际应用中一般不加以区分，统称为电流放大系数区分，统称为电流放大系数。 由此可得出由此可得出 ICIB （1-5） IE =（1）IB （1-6）BCII （3

48、）结论：）结论： 1）工作在放大状态的晶体管具有电流放大作用，）工作在放大状态的晶体管具有电流放大作用，IC是是IB的的倍。倍。 反映了晶体管的反映了晶体管的电流放大能力电流放大能力。 2）IB的微小变化能引起的微小变化能引起IC的较大变化，通过的较大变化，通过IB来控来控制制IC，可实现小电流（小信号）控制大电流（大信号），可实现小电流（小信号）控制大电流（大信号）的目的。所以，晶体管是一种的目的。所以，晶体管是一种电流控制型电流控制型器件。器件。 注意：注意：晶体管不能产生电流，电路中的电流晶体管不能产生电流，电路中的电流是由直流电源提供。是由直流电源提供。 1.2.3 晶体管的特性曲线及

49、工作状态晶体管的特性曲线及工作状态 晶体管的特性曲线是指各电极间晶体管的特性曲线是指各电极间电压和电流之间电压和电流之间的关系曲线，通过对特的关系曲线，通过对特性曲线的分析，能更深刻地理解和掌握晶体管的不同工作状态及其对偏置电性曲线的分析，能更深刻地理解和掌握晶体管的不同工作状态及其对偏置电压的要求，为晶体管的正确使用打下基础。压的要求，为晶体管的正确使用打下基础。a) 输入特性输入特性 b) 输出特性输出特性图图1-15 晶体管的特性曲线晶体管的特性曲线 1、输入特性曲线、输入特性曲线 指当集电极与发射极之间电压指当集电极与发射极之间电压uCE为常数时，输入回路中的基极电流为常数时，输入回路

50、中的基极电流iB与与基基-射电压射电压uBE之间的关系曲线，如图之间的关系曲线，如图1-15 a所示。所示。 它类似二极管正向特性曲线：硅管死区电压约为它类似二极管正向特性曲线：硅管死区电压约为0.5 V（锗管的约为（锗管的约为0.1V）；）；发射结正常导通时发射结正常导通时，常温下，常温下硅管的导通电压硅管的导通电压uBE约为约为0.7 V（锗管的锗管的uBE约为约为0.3V）；且当）；且当uCE1V后，输入曲线基本与后，输入曲线基本与uCE无关。无关。 输入特性输入特性 图图1-15 晶体管的特性曲线晶体管的特性曲线 2、输出特性曲线、输出特性曲线 指当指当iB为常数时，输出回路中的为常数

51、时，输出回路中的iC与与uCE之间的关系曲线，由不同的之间的关系曲线，由不同的iB可得可得出不同的曲线，故晶体管的输出特性是一组曲线，如图出不同的曲线，故晶体管的输出特性是一组曲线，如图1-15 b所示。通常将输所示。通常将输出特性曲线划分成三个区域（即晶体管的三种工作状态）。出特性曲线划分成三个区域（即晶体管的三种工作状态）。 （1）放大区）放大区 输出曲线近于水平的区域为放大区，也称线性区。此时晶体管输出曲线近于水平的区域为放大区，也称线性区。此时晶体管的的发射结发射结正偏正偏，集电结集电结反偏反偏。晶体管工作在放大状态，具有恒流特性：。晶体管工作在放大状态，具有恒流特性：iC=iB，iC

52、仅受仅受iB控制，与控制，与uCE基本无关。基本无关。 偏置：偏置：NPN型型 UCUBUE（集电极电位最（集电极电位最高、发射极电位最低）；高、发射极电位最低）；PNP型型 UCUBUE（发射极电位最（发射极电位最高、集电极电位最低）高、集电极电位最低） （2）饱和区）饱和区 uCEuBE时的区域称为饱和区。此时的时的区域称为饱和区。此时的发射结和集电结发射结和集电结均为均为正偏正偏。晶体。晶体管进入饱和状态后，管进入饱和状态后，iB失去了对失去了对iC正常的控制作用，正常的控制作用，iCiB。 此时对应的此时对应的uCE值称为饱和压降，用值称为饱和压降，用uCES表示。硅管的表示。硅管的u

53、CES约为约为0.3V，锗，锗管的约为管的约为0.1V，一般都可认为，一般都可认为uCES0。此时晶体管的。此时晶体管的c-e之间相当于短路，等之间相当于短路，等效于一个开关闭合。效于一个开关闭合。 偏置：偏置：NPN型型 UC UB、UBUE（基极电位（基极电位最高）；最高）；PNP型型 UC UB、UB UE （基极电位（基极电位最低）最低） （3）截止区）截止区 iB = 0以下的区域称为截止区。此时的以下的区域称为截止区。此时的发射结发射结反偏反偏，集电结集电结反偏反偏。晶体管进入截止状态，晶体管进入截止状态，iB = 0， iC = ICEO 0，其中的，其中的ICEO称为穿透电流称

54、为穿透电流（一般可忽略）。（一般可忽略）。 此时晶体管的此时晶体管的c-e之间相当于开路，等效于一个开关断开。为了使截止之间相当于开路，等效于一个开关断开。为了使截止可靠，通常总使得发射结处于反偏。可靠，通常总使得发射结处于反偏。 偏置：偏置：NPN型：型： UC UB、UB UE （基极电（基极电位最低）；位最低）；PNP型型 ：UC UB、UBUE （基极电位（基极电位最高）最高） 设置不同的偏置电压，晶体管可以工设置不同的偏置电压，晶体管可以工作在放大状态，实现电流放大；作在放大状态，实现电流放大； 还可以进入饱和、截止状态，相当还可以进入饱和、截止状态，相当于一个可控的无触点开关，常在

55、数字电路于一个可控的无触点开关，常在数字电路中用做开关元件。中用做开关元件。 1.2.4 晶体管的主要参数晶体管的主要参数 电流放大系数电流放大系数 表征晶体管电流放大能力表征晶体管电流放大能力的参数。的参数。 值太小时电流放大能力差；值太小时电流放大能力差； 值太大则稳定性差，选择晶体管时需折中考虑，值太大则稳定性差，选择晶体管时需折中考虑，值值会随温度的升高而增大。会随温度的升高而增大。 穿透电流穿透电流ICEO 基极开路时，集基极开路时，集-射极之间的电流。射极之间的电流。 随温度上升而剧增，是影响晶体管温度稳定性的主随温度上升而剧增，是影响晶体管温度稳定性的主要因素，要因素， ICEO

56、越小越好越小越好。 硅管的硅管的ICEO比锗管的小得多。比锗管的小得多。 集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM 晶体管正常工作时所允许的最大工作电晶体管正常工作时所允许的最大工作电流。流。 在实际使用中，集电极的在实际使用中，集电极的工作电流工作电流iC必须必须满足满足iCICM。 集电极一发射极间的击穿电压集电极一发射极间的击穿电压U(BR)CEO 当基极开路时，集电极与发射极之间的反向当基极开路时，集电极与发射极之间的反向击穿电压。击穿电压。 使用时必须满足使用时必须满足uCE U(BR)CEO。 集电极最大耗散功率集电极最大耗散功率PCM 晶体管正常工作时最大允许消耗的功率。晶体管

57、正常工作时最大允许消耗的功率。 晶体管工作时，在管子消耗的功率为晶体管工作时，在管子消耗的功率为 PC = ICUCE。 正常工作时，必须保证正常工作时，必须保证 PCPCM。 1.2.5 晶体管的测试晶体管的测试 1、晶体管的初步测试、晶体管的初步测试 1）晶体管内部的结构相当于两个）晶体管内部的结构相当于两个PN结的串联组合（如图结的串联组合（如图1-16所示），只所示），只要其中有一个要其中有一个PN结损坏则不能使用。结损坏则不能使用。利用测试二极管的方法可以判断其好利用测试二极管的方法可以判断其好坏。坏。 2）测试晶体管）测试晶体管c-e之间的电阻之间的电阻RCE可初可初步判断穿透电流

58、步判断穿透电流ICEO，合格管子的，合格管子的RCE应近似为无穷大，若较小则表明应近似为无穷大，若较小则表明ICEO过大，质量较差，一般不能再使用了。过大，质量较差，一般不能再使用了。 3）根据发射结正向电阻的大小，可以）根据发射结正向电阻的大小，可以判断管子的材料是硅或锗（与二极管判断管子的材料是硅或锗（与二极管的判断类似）的判断类似）。 a) NPN型型 b) PNP型型 图图1-16 晶体管内部的等效结构晶体管内部的等效结构 2、判断晶体管的管脚、判断晶体管的管脚（1 1）根据外形判断晶体管的管脚）根据外形判断晶体管的管脚中小功率晶体管中小功率晶体管 b) 大功率晶体管大功率晶体管图图1

59、-17 晶体管管脚排列晶体管管脚排列（2）用万用表判断晶体管的管脚和类型）用万用表判断晶体管的管脚和类型 1）判断基极和类型）判断基极和类型 2）判断集电极和发射极）判断集电极和发射极 思考题：思考题： (1) 能否将晶体管的发射极与集电极互换使用？为什么？能否将晶体管的发射极与集电极互换使用？为什么？ (2) 在实际应用中，硅晶体管比锗管应用更为广泛，为什么？在实际应用中，硅晶体管比锗管应用更为广泛，为什么？ (3) 怎样用万用表判断晶体管的管脚和类型？怎样用万用表判断晶体管的管脚和类型？ (4) 试根据晶体管各个电极的电位，判断图试根据晶体管各个电极的电位，判断图1-18各晶体管的工各晶体

60、管的工作状态（放大、饱和或截止）。作状态（放大、饱和或截止）。 1.3 场效应晶体管场效应晶体管 知识点知识点 (1) 场效应晶体管的结构和基本原理。场效应晶体管的结构和基本原理。 (2) 场效应晶体管的性能特点。场效应晶体管的性能特点。 技能点技能点 掌握场效应晶体管的简单测试方法。掌握场效应晶体管的简单测试方法。 场效应晶体管（简称场效应管）利用输入电压（电场场效应晶体管（简称场效应管）利用输入电压（电场效应）来控制输出电流，输入电阻可高达效应）来控制输出电流，输入电阻可高达1091014，是一，是一种种电压控制型电压控制型器件。器件。 它具有噪声低、功耗小、热稳定性好和便于集成化等优它具