《电子技术基础》正式教案

电

子

技

术

基

础

教

案

§1-1半导体的基础知识

目的与要求

1.了解半导体的导电本质，

2.理解/V型半导体和尸型半导体的概念

3.掌握尸/V结的单向导电性

重点与难点

重点

1./V型半导体和尸型半导体

2.尸/V结的单向导电性

难点

1.半导体的导电本质

2.PN结的形成

教学方法

讲授法，列举法,启发法

教具

二极管，三角尺

小结

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

的定向运动称为邃移运须。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。

多数载流子因浓度上的差异而形成的运动称为扩散运动

尸/V结的单向导电性是指尸/V结外加正向电压时处于导通状态，外加反向电

压时处于截止状态。

布置作业

1.什么叫/V型半导体和尸型半导体

第一章常用半导体器件

§1-1半导体的基础知识

自然界中的物质，按其导电能力可分为三大类：导体、半导体和绝缘体。

半导体的特点：

①热敏性

②光敏性

③掺杂性

导体和绝缘体的导电原理：了解简介。

一、半导体的导电特性

半导体:导电性能介于导体和绝缘体之间的物质，如硅(Si)、错(Ge)。硅和

错是4价元素，原子的最外层轨道上有4个价电子。

1.热激发产生自由电子和空穴

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。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。

2.空穴的运动(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。

3.结论

(1)半导体中存在两种载流子，一种是带负电的自由电子，另一种是带正

电的空穴，它们都可以运载电荷形成电流。

(2)本征半导体中，自由电子和空穴相伴产生，数目相同。

(3)一定温度下，本征半导体中电子空穴对的产生与复合相对平衡，电子

空穴对的数目相对稳定。

(4)温度升高，激发的电子空穴对数目增加，半导体的导电能力增强。

空穴的出现是半导体导电区别导体导电的一个主要特征。

二、N型半导体和P型半导体

本征半导体

完全纯净的、结构完整的半导体材料称为本征半导体。

杂质半导体

在本征半导体中加入微量杂质，可使其导电性能显著改变。根据掺入杂质的

性质不同，杂质半导体分为两类：电子型(/V型)半导体和空穴型(尸型)半导

体。

1./V型半导体

在硅（或错）半导体晶体中，掺入微量的五价元素，如磷（尸入神（力S）

等，则构成/V型半导体。

在纯净半导体硅或错中掺入磷、碑等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。

2.户型半导体

在硅（或错）半导体晶体中，掺入微量的三价元素，如硼（锢（力）等,

则构成尸型半导体。

在纯净半导体硅或错中掺入硼、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。

O

o

㊀.0.OOoOoOo

o

㊀.①.④.G♦OOoOoOo

凯戈・祖・。・OQoRQ

N型半导体P型半导体

三、PN结及其单向导电性

1.PN结的形成

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

的定向运动称为邃移运造。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，这种运动称为茎邀运地。

多数载流子因浓度上的差异而形成的运动称为扩散运动，如图1.6所示。

P型半导体N型半导体

㊀o㊀

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图1.7尸/V结的形成（1）

由于空穴和自由电子均是带电的粒子，所以扩散的结果使尸区和/V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子层，称

此离子层为空间电荷区，这就是所渭的尸/V结，如图1.7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，因此又称空间电荷区

为耗尽层。

空间电荷区出现后，因为正负电荷的作用，将产生一个从/V区指向尸区的内电

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（尸区的自由电子和/V区的空穴）越过空间电荷区，进入对方。

少数载流子在内电场作用下有规则的运动称为漂移运动。漂移运动和扩散运动的

方向相反。无外加电场时，通过尸/V结的扩散电流等于漂移电流，尸/V结中无电

流流过，尸/V结的宽度保持一定而处于稳定状态。

空间电荷区

P型半导体\/N型半导体

㊀o㊀o㊀a©

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o•o②㊉•©•

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内电场

图1.8尸/V结的形成(2)

2./W结的单向导电性

如果在尸/V结两端加上不同极性的电压，尸/V结会呈现出不同的导电性能。

⑺PN结外加正向电压

PN”尸端接高电位，/V端接低电位，称尸/V结外加正向电压，又称PN结

正向偏置，简称为正偏，

区

P区N

㊀O㊀㊀©㊉•

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♦

㊀0O0©©

电

内

场

场

外

电

T

,1

图1.9尸/V结外加正向电压

(2)PZ结外加反向电压

尸/V结尸端接低电位，/V端接高电位，称尸N结外加反向电压，又称PN结

反向偏置，简称为反偏，

变宽

区

PTN区

一

二

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O

内电

场

外电

场

/?

图1.20尸/V结外加反向电压

小结:尸/V结的单向导电性是指次结外加正向电压时处于导通状态，外加

反向电压时处于截止状态。

§1-2二极管

目的与要求

1.了解半导体二极管的结构

2.掌握半导体二极管的符号

3.理解半导体二极管的伏安特性

4.知道二极管的主要参数

重点与难点

重点1.二极管的符号

2.二极管的伏安特性

难点二极管的伏安特性

教学方法

讲授法，列举法,启发法

教具

二极管，三角尺

小结

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,错管约为0.2V。当反向电压的值增大到仍"时，反向电

压值稍有增大，反向电流会急剧增大，称此现象为反向击穿，%尺为反向击穿电

压。

布置作业

§1-2二极管

一、半导体二极管的结构

二极管的定义：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。

二极管按半导体材料的不同可以分为硅二极管、错二极管和碑化锡二极管

等。

二极管按其结构不同可分为点接触型、面接触型和平面型二极管三类。

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。

平面型二极管PN结面积有大有小。

VD

正°极-------/--I---------负°极

图1.11二极管的符号

简单介绍常见的二极管的外型

了解国产二极管的型号的命名方法。

二、半导体二极管的伏安特性

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,楮管约为0.2V。

//mA

正

向

特

性

反

向

击

穿

特

性

图1.13二极管的伏安特性曲线

2、反向特性

二极管外加反向电压时，电流和电压的关系称为二极管的反向特性。由图

1.13可见,二极管外加反向电压时，反向电流很小（A-/S）,而且在相当宽的反

向电压范围内，反向电流几乎不变，因此，称此电流值为二极管的反向饱和电流

从图1.13可见，当反向电压的值增大到侬时，反向电压值稍有增大，反

向电流会急剧增大，称此现象为反向击穿，%"为反向击穿电压。利用二极管的

反向击穿特性，可以做成稳压二极管但一般的二极管不允许工作在反向击穿区。

补充：二极管的温度特性

二极管是对温度非常敏感的器件。实验表明，随温度升高，二极管的正向压

降会减小，正向伏安特性左移，即二极管的正向压降具有负的温度系数（约为

-2/77l4℃）;温度升高，反向饱和电流会增大，反向伏安特性下移，温度每升高

10℃,反向电流大约增加一倍。

三、二极管的主要参数

(1)最大整流电流\F

最大整流电流/厂是指二极管长期连续工作时，允许通过二极管的最大正向

电流的平均值。

(2)反向击穿电压UBR

反向击穿电压是指二极管击穿时的电压值。

(3)反向饱和电流花

它是指管子没有击穿时的反向电流值。其值愈小，说明二极管的单向导电

性愈好。

另外

(4)反向击穿电压UB:指管子反向击穿时的电压值。

(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。

四、二极管极性的判定

将红、黑表笔分别接二极管的两个电极若测得的电阻值很小(几千欧以下),

则黑表笔所接电极为二极管正极，红表笔所接电极为二极管的负极；若测得的阻

值很大(几百千欧以上)，则黑表笔所接电极为二极管负极，红表笔所接电极为

二极管的正极。

五、二极管好坏的判定

(1)若测得的反向电阻很大(几百千欧以上)，正向电阻很小(几千欧以下),

表明二极管性能良好。

(2)若测得的反向电阻和正向电阻都很小，表明二极管短路，已损坏。

(3)若测得的反向电阻和正向电阻都很大，表明二极管断路，已损坏。

补充：特殊二极管

1.稳压二极管

2.发光二极管LED

3.光电二极管

4.变容二极管

5.激光二极管

§1-3三极管

目的与要求

1.了解三极管的结构及类型

2.掌握半导体三极管的符号

3.理解半导体三极管的伏安特性及电流放大作用

4.知道三极管的主要参数和检测方法

重点与难点

重点1.三极管的符号

2.三极管的伏安特性曲线

难点三极管的伏安特性曲线

教学方法

讲授法，列举法,启发法

教具

二极管，三极管，三角尺

小结

放大区

输出特性曲线近似平坦的区域称为放大区。三极管工作在放大状态时，具

有以下特点：

(a)三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置；

(白)基极电流心微小的变化会引起集电极电流/c较大的变化，有电流关系

式：IC=[3IB；

(c)对/V尸/V型的三极管，有电位关系：UC>UB>UE\

(d)对/V尸/V型硅三极管，有发射结电压UBE^.7V\对NPN型格三极管,

有UB^.2K

布置作业

§1-3三极管

一、三极管的结构、符号及类型

1.三极管的结构及符号

半导体三极管又称晶体三极管（下称三极管），一般简称晶体管，或双极型

晶体管。它是通过一定的制作工艺，将两个月/V结结合在一起的器件，两个PN

结相互作用，使三极管成为一个具有控制电流作用的半导体器件。三极管可以用

来放大微弱的信号和作为无触点开关。

三极管从结构上来讲分为两类：/V尸/V型三极管和尸/V尸型三极管

NPN型PNP型

三极管的文字符号为V。

三极管的结构特点：

三极管制作时，通常它们的基区做得很薄（几微米到几十微米），且掺杂浓

度低；发射区的杂质浓度则比较高；集电区的面积则比发射区做得大，这是三极

管实现电流放大的内部条件。

2.三极管的类型

（1）国产三极管的型号，见P10-表1-3

(2)三极管的分类：

三极管可以是由半导体硅材料制成，称为硅三极管；也可以由错材料制成，

称为错三极管。

三极管从应用的角度讲，种类很多。根据工作频率分为高频管、低频管和

开关管；根据工作功率分为大功率管、中功率管和小功率管。常见的三极管外形

如图P10-1.13所示。

二、三极管的电流放大作用

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

图1.14三极管的工作电压电路

2、三极管的电流分配及放大关系

k=lc+IB

IE=lc

Ic=BIB

三、三极管的特性曲线

三极管的特性曲线是指三极管的各电极电压与电流之间的关系曲线，它反映

出三极管的特性。它可以用专用的图示仪进行显示，也可通过实验测量得到。

7,输入特性曲线

它是指一定集电极和发射极电压UCE飞,三极管的基极电流出与发射结

电压之间的关系曲线。

测量三极管特性的实验电路三极管的输入特性曲线

简单分析曲线规律。

硅管的死区电压约0.5V，错管的死区电压约0.3V，三极管处于放大状态时，

硅管的UBE约0.7V,楮管的UBE约0.3V。

2.输出特性曲线

三极管的输出特性曲线是指一定基极电流/s下，三极管的集电极电流/c与

集电结电压之间的关系曲线。

，饱和区100uA

80uA

放60口A

大40uA

截止区K20MA

6912N

曲线的分析理解，难点。

一般把三极管的输出特性分为3个工作区域，下面分别介绍。

①截止区

三极管工作在截止状态时，具有以下几个特点：

(a)发射结和集电结均反向偏置；

(b)若不计穿透电流ICEO,有以/c近似为0；

(c)三极管的集电极和发射极之间电阻很大，三极管相当于一个开关断开。

②放大区

输出特性曲线近似平坦的区域称为放大区。三极管工作在放大状态时，具

有以下特点：

(a)三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置；

(白)基极电流乃微小的变化会引起集电极电流/c较大的变化，有电流关系

式:;

(c)对/V尸/V型的三极管，有电位关系：UC>UB>UE；

(d)对/V尸/V型硅三极管，有发射结电压UBE~Q.7V\对/V尸/V型错三极管，

有%才0.2K

③饱和区

三极管工作在饱和状态时具有如下特点:

(a)三极管的发射结和集电结均正向偏置；

(b)三极管的电流放大能力下降，通常有心肌;

(C)6/CE的值很小，称此时的电压0CE为三极管的饱和压降，用UcES表示。

一般硅三极管的UCES约为0.3P，镐三极管的UCES约为0.1I/；

(d)三极管的集电极和发射极近似短接，三极管类似于一个开关导通。

三极管作为开关使用时，通常工作在截止和饱和导通状态；作为放大元件使

用时，一般要工作在放大状态。

四、三极管的主要参数

三极管的参数有很多，如电流放大系数、反向电流、耗散功率、集电极最大

电流、最大反向电压等，这些参数可以通过查半导体手册来得到。

(1)共发射极电流放大系数网£

它是指从基极输入信号，从集电极输出信号，此种接法(共发射极)下的电

流放大系数。

(2)极间反向电流

①集电极基极间的反向饱和电流

②集电极发射极间的穿透电流/CEO

(3)极限参数

①集电极最大允许电流

②集电极最大允许功率损耗PCM

③反向击穿电压

五、三极管的检测

1.已知型号和管脚排列的三极管，判断其性能的好坏

(1)测■极间电阻

(2)三极管穿透电济ICE。大小的判断

(3)电流放大系缪的估计

2.判别三极管的管脚

(1)判定基极和管型

(2)判定集电极c和发射极e

(b)等效电路

图1.CK判别三极管c、e电极的原理图

§1.4场效应管

目的与要求

1.了解场效应管的结构及工作原理

2.掌握场效应管的分类和符号

3.了解场效应管的转移特性曲线及输出特性曲线

4.知道场效应管的主要参数

重点与难点

重点场效应管的分类和符号

难点场效应管的转移特性曲线及输出特性曲线

教学方法

讲授法，列举法,启发法

教具

三极管，三角尺

小结

结型场效应管分为/V沟道结型管和尸沟道结型管，它们都具有3个电极：

栅极、源极和漏极，分别与三极管的基极、发射极和集电极相对应。

绝缘栅场效应管分为增强型和耗尽型两种，每一种又包括/V沟道和尸沟道

两种类型。

场效应管的主要参数

①夹断电压(UP)

②开启电压(UT)

③饱和漏极电流IDSS

@最大漏源击穿电压(U(BR)DS)

⑤跨导(gm)

布置作业

§1.4场效应管

场效应管则是一种电压控制器件，它是利用电场效应来控制其电流的大小，

从而实现放大。场效应管工作时，内部参与导电的只有多子一种载流子，因此又

称为单极性器件。

根据结构不同，场效应管分为两大类，结型场效应管和绝缘栅场效应管。

一、结型场效应管

结型场效应管分为/V沟道结型管和尸沟道结型管，它们都具有3个电极：

栅极、源极和漏极，分别与三极管的基极、发射极和集电极相对应。

1.结型场效应管的结构与符号

图1.23所示为/V沟道结型场效应管的结构与符号，结型场效应管符号中的

箭头，表示由尸区指向/V区。

图1.23/V沟道结型管的结构与符号

尸沟道结型场效应管的构成与/V沟道类似，只是所用杂质半导体的类型要

反过来。图1.39所示为尸沟道结型场效应管的结构与符号

d

图1.23尸沟道结型管的结构与符号

2.结型场效应管的工作原理

以/V沟道结型场效应管为例，参考P16图1-24.

(1)当栅源电压UGS=O时，两个月/V结的耗尽层比较窄，中间的/V型导

电沟道比较宽，沟道电阻小。

(2)当UGS<0时，两个尸/V结反向偏置，尸/V结的耗尽层变宽，中间的N

型导电沟道相应变窄，沟道导通电阻增大。

(3)当UP<UGS<G且UDS>Q时，可产生漏极电流/Do的大小将随栅

源电压"GS的变化而变化，从而实现电压对漏极电流的控制作用。

的存在，使得漏极附近的电位高，而源极附近的电位低，即沿/V型导

电沟道从漏极到源极形成一定的电位梯度，这样靠近漏极附近的"N结所加的反

向偏置电压大，耗尽层宽；靠近源极附近的尸/V结反偏电压小，耗尽层窄，导电

沟道成为一个楔形。

注意，为实现场效应管栅源电压对漏极电流的控制作用，结型场效应管在工

作时，栅极和源极之间的&V结必须反向偏置。

3.结型场效应管的特性曲线

(1)转移特性曲线

在场效应管的一定时，/°与&GS之间的关系曲线称为场效应管的转移特

性曲线，如图1.25所示。它反映了场效应管栅源电压对漏极电流的控制作用。

图1.25/V沟道结型场效应管的输出特性曲线

当UGs=O时，导电沟道电阻最小，小最大，称此电流为场效应管的饱和漏

极电流/DSSo

当UG产Up时,导电沟道被完全夹断,沟道电阻最大，此时行0,称以为

夹断电压。

(2)输出特性曲线

输出特性曲线是指栅源电压口第一定时，漏极电流力与漏源电压为s之间

的关系曲线。

场效应管的输出特性曲线可分为四个区域：

可变电阻区

恒流区

截止区（夹断区）

击穿区

二、绝缘棚场效应管

绝缘栅场效应管是由金属（Metal）.氧化物（Oxide）和半导体

（Semiconductor）材料构成的，因此又叫MOS管。

绝缘栅场效应管分为增强型和耗尽型两种，每一种又包括/V沟道和尸沟道

两种类型

补充：耗尽型:UGS=0时漏、源极之间已经存在原始导电沟道。

增强型：%s=0时漏、源极之间才能形成导电沟道。

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Rs很高。

1、结构与符号

以/V沟道增强型/kQS管为例，它是以尸型半导体作为衬底，用半导体工

艺技术制作两个高浓度的/V型区，两个/V型区分别引出一个金属电极作为例0s

管的源极S和漏极D;在尸形衬底的表面生长一层很薄的S/O2绝缘层，绝

缘层上引出一个金属电极称为例OS管的栅极G。8为从衬底引出的金属电极，

一般工作时衬底与源极相连。

图1.26/V沟道增强型酎OS管的结构与符号

符号中的箭头表示从尸区（衬底）指向/V区（/V沟道），虚线表示增强型。

2、N沟道增强型MOS管的工作原理

如P18图1.27所不,在栅极G和源极S之间加电压UGS,漏极。和源极

S之间加电压UDS,衬底8与源极S相连。

形成导电沟道所需要的最小栅源电压UGS,称为开启电压UTo

3、特性曲线

（1）转移特性曲线

（2）输出特性（漏极特性）曲线

图1.28/V沟道增强型例OS管的转移特性曲线

4

yn

nA

▲—

可

变

电

阻/

区/GS穿区

恒流区5V击

/

4V

V

3V

I,5

L，

V

UDS/

截止区

o

线

性曲

出特

的输

OS管

型例

增强

沟道

8/V

图1.2

要参数

的主

应管

场效

三、

P)

压(U

断电

①夹

)

压(5

启电

②开

S

流IDS

极电

和漏

③饱

S)

BR)D

(U(

电压

击穿

漏源

最大

®

gm)

导(

⑤跨

事项

意的

应注

应管

场效

四、

。

参数

极限

过其

能超

时，不

应管

场效

选用

(1)