二极管和三极管

14.1半导体的导电特性自然界中很简洁导电的物质称为导体，金属一般都是导体。有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。比如：热敏性、光敏性、掺杂性。当受外界热和光的作用时，它的导电实力明显变更。往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电实力明显变更。14.1.1本征半导体在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子与其相邻的原子之间形成共价键，共用一对价电子。完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为本征半导体。本征半导体的导电机理本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。本征半导体的导电实力取决于载流子的浓度。温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电实力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。本征半导体的共价键结构硅原子价电子+4+4+4+4空穴自由电子价电子摆脱原子核的束缚形成电子空穴对的过程叫激发。空穴的移动半导体中的电流:自由电子电流和空穴电流。+4+4+414.1.2P半导体和N型半导体1.N

型半导体在硅或锗的晶体中

掺入少量的五价元素,如磷。磷原子+4正离子自由电子靠自由电子导电的半导体称N型半导体。自由电子的总数大于空穴，自由电子为多数载流子，简称多子，空穴为少数载流子，称为少子。+5

N型半导体结构示意图少数载流子多数载流子正离子在N型半导中,电子是多数载流子,

空穴是少数载流子。+4+4+42.P

型半导体在硅或锗的晶体中

掺入少量的三价元素,如硼。硼原子+4负离子空穴靠空穴导电的半导体称P型半导体。空穴的总数大于自由电子，空穴为多数载流子，自由电子为少子。+3

P型半导体结构示意图电子是少数载流子负离子空穴是多数载流子杂质半导体的示意表示法－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半导体++++++++++++++++++++++++N型半导体P型N型14.2PN

结PN结内电场方向1.PN

结的形成多数载流子少数载流子内电场阻碍多数载流子的扩散运动，加强少数载流子的漂移运动。在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和N型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN结。多子扩散少子漂移内电场方向空间电荷区P区N区在确定的条件下，多子扩散与少子漂移达到动态平衡，空间电荷区的宽度基本上稳定下来。PN结的形成内电场方向外电场方向RI14.2.2PN结的单向导电性1.外加正向电压P型N型PN结PN结变薄，扩散运动增加，形成较大的正向电流I。PN结所处的状态称为正向导通，其特点：PN结正向电流大，PN结电阻小。E内电场方向外电场方向RI02.外加反向电压P型N型PN结PN结变厚，漂移运动增加，扩散运动难以进行，反向电流很小I。PN结所处的状态称为反向截止，其特点：PN结反向电流小，PN结电阻大。E14.2.3PN结电容PN结电容势垒电容扩散电容

1.势垒电容PN结中空间电荷的数量随外加电压变更所形成的电容称为势垒电容，用Cb来表示。势垒电容不是常数，与PN结的面积、空间电荷区的宽度和外加电压的大小有关。载流子在扩散过程中积累的电荷量随外加电压变更所形成的电容称为扩散电容，用Cd与来示。PN正偏时，扩散电容较大，反偏时，扩散电容可以忽视不计。2.扩散电容1.点接触型二极管14.3.1基本结构PN结面积、结电容小，可通过小电流。用于高频电路及小电流整流电路。14.3半导体二极管半导体二极管是在一个PN结两侧加上电极引线而做成的+++PN阳极阴极二极管的符号2.面接触型二极管PN结面积、结电容大，可通过大电流。用于低频电路及大电流整流电路。

正极引线触丝N型锗支架外壳负极引线点接触型二极管二极管的符号正极负极

正极引线二氧化硅保护层P型区负极引线面接触型二极管N型硅PN结PN结半导体二极管图片600400200-0.1-0.200.40.8-50-100I/mAU/V正向特性反向击穿特性硅管的伏安特性14.3.2二极管的伏安特性I/mAU

/V0.40.8-40-802460.10.2锗管的伏安特性正向特性反向特性反向特性死区电压死区电压硅管锗管0.50.1正向电压

0.6--0.70.2--0.3反向电流

小几微安大几百微安受温度影响

小大600400200-0.1-0.200.40.8-50-100I/mAU/V反向击穿特性二极管的伏安特性正向电压二极管的近似和志向伏安特性I/mAU/V014.3.3二极管的主要参数1.最大整流电流IOM2.反向工作峰值电压URM3.反向峰值电流IRMURM长时间运用时允许通过的最大正向电流平均值UF例1：下图中，已知VA=3V，VB=0V，DA

、DB为锗管，求输出端Y的电位并说明二极管的作用。解：DA优先导通，则VY=3–0.3=2.7VDA导通后,DB因反偏而截止,起隔离作用,DA起钳位作用,将Y端的电位钳制在+2.7V。DA

–12VYABDBR二极管的应用范围很广,它可用在整流、检波、限幅、元件疼惜以及在数字电路中作为开关元件。二极管钳位电路DE3VRuiuouRuD例2：下图中D为志向二极管,ui=6SintV,E=3V,画出uo波形。ttui/Vuo/V6330022解：uiuD=–3ui>3uo=3V时D导通ui<3uo=ui时D截止t

6302例3：双向限幅电路t03–3DE3VRDE3VuiuouRuD

ui

/Vuo/V14.4稳压管IFUF0正向特性反向激穿区UZIminIZmaxDZ正极负极符号伏安特性稳压管是一种特殊的面接触型半导体二极管。IFUF0UZIZminIZmax硅稳压管的主要参数稳定电压UZ最小稳定电流IZmin最大稳定电流IZmax动态电阻rZIZUZrZ=IZUZ电压温度系数

VZT最大允许耗散功率PM

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。

Izmin——电流低于此值时，稳压性能变坏

IZmax——电流高于此值时，二极管会损坏功率高于此值时，二极管会因结温上升而损坏。14.5.1半导体三极管的结构内部有电子和空穴两种载流子参与导电的晶体管14.5半导体三极管1NPN型NNPCBECEB集电极基极发射结集电结发射区集电区基区放射极NPN型晶体管的结构示意图NPN型晶体管的图形符号基区浓度小、很薄。放射区浓度大，放射电子。集电区尺寸大，收集电子，浓度低。2PNP型PPNCBECEB集电极基极发射结集电结发射区集电区基区放射极PNP型晶体管的结构示意图PNP型晶体管的图形符号按半导体材料的不同分为锗管和硅管，硅晶体管多为NPN型，锗晶体管多为PNP型。

结构特点：•放射区的掺杂浓度最高；•集电区掺杂浓度低于放射区，且面积大；•基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。管芯结构剖面图N型硅二氧化硅保护膜BECN+P型硅（a）平面型N型锗ECB铟球铟球PP+（b）合金型ECRCIC

UCECEBUBE共放射极接法放大电路14.5.2三极管的电流限制作用三极管具有电流控制作用的外部条件:

（1）放射结正向偏置；（2）集电结反向偏置。对于NPN型三极管应满足:UBE>0UBC<0即VC>VB>VE对于PNP型三极管应满足:UEB>0UCB<0即VC<VB<VE输出回路输入回路公共端EBRBIB发射区向基区扩散电子IEIB电子在基区扩散与复合集电区收集电子

电子流向电源正极形成ICICNPN电源负极向发射区补充电子形成

发射极电流IE三极管的电流限制原理EB正极拉走电子，补充被复合的空穴，形成IBVCCRCVBBRB由于基区很薄,掺杂浓度又很小,电子在基区扩散的数量远远大于复合的数量。所以：IC>>IB同样有:IC>>

IB所以说三极管具有电流限制作用,也称之为电流放大作用。RBEBECRCIC

UCECEBIBUBE电流关系：IE=IB+ICIE电流放大作用体现了基极电流IB对集电极电流IC的限制作用。共放射极接法放大电路（1）放射结正向偏置；（2）集电结反向偏置。对于NPN型三极管应满足:UBE>0、UBC<0即VC>VB>VE且IC=IB对于PNP型三极管应满足:UBE<0、UBC>0即VC<VB<VE且IC=IBRBEBECRCIC

UCECEBIBUBE输出回路输入回路公共端1.放大状态条件特征14.5.3三极管的特性曲线IE（一）三极管的工作状态2.饱和状态集电结、放射结均反向偏置，即UBE<0（1）IB增加时，IC基本不变，且ICUC/RC

（2）UCE0

晶体管C、E之间相当于短路3.截止状态即UCE<UBE

（1）

IB=0、IC

0（2）

UCE

EC（3）

晶体管C、E之间相当于开路共放射极接法放大电路条件特征（1）放射结正向偏置；（2）集电结正向偏置。条件特征RBEBECRCIC

UCECEBIBUBEIE1.

三极管的输入特性IBUBEOUCE

1VIB

=f(UBE)UCE=常数（二）三极管的特性曲线死区电压温度增加时，由于热激发形成的载流子增多，在同样的UBE下，基极电流增加。输入特性曲线左移。25C75CRBEBECRCIC

UCECEBIBUBEIE2.三极管的输出特性

RBEBECRCIC

UCECEBIBUBEUCE

/VIB

=40µAIB

=60µAoICIB增加IB减小IB

=20µAIB=常数IC

=f(UCE)IC/mAUCE

/V0放大区三极管输出特性上的三个工作区

IB=0µA20µA4