第一章

半導體器件

軟件學院

侯剛

1第一章半導體器件軟件學院侯剛1主要內容

??????1.1半導體基礎知識

1.2二極管

1.3穩壓二極管

1.4其它類型二極管

1.5半導體三極管

1.6場效應管

2主要內容??????1.1半導體基礎知識1.2二極管???1.1半導體基礎知識

導體：自然界中很容易導電的物質稱為導體，金屬一般都是導體。

絕緣體：有的物質幾乎不導電，稱為絕緣體，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。

半導體：另有一類物質的導電特性處于導體和絕緣體之間，稱為半導體，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。

3???1.1半導體基礎知識導體：自然界中很容易導電的物質1.1半導體基礎知識

半導體的導電機理不同于其它物質，所

以它具有不同于其它物質的特點。

半導體的特點：

①熱敏性

②光敏性

③摻雜性

41.1半導體基礎知識半導體的導電機理不同于??1.1.1本征半導體

完全純凈的、結構完整的半導體材料稱為本征半導體。

本征半導體的原子結構及共價鍵。

共價鍵內的兩個電子

由相鄰的原子各用一

個價電子組成，稱為

束縛電子。

5??1.1.1本征半導體完全純凈的、結構完整的半導體材料1.1.1本征半導體

?本征激發和兩種載流子——自由電子和空穴

溫度越高，半導體材料中產生的自由電子便越多。束

縛電子脫離共價鍵成為自由電子后，在原來的位置留有一個

空位，稱此空位為空穴。本征半導體中，自由電子和空穴成

對出現，數目相同。

61.1.1本征半導體?本征激發和兩種載流子——自由電子和1.1.1本征半導體

空穴出現以后，鄰近的束縛電子可能獲取足夠的能量來

填補這個空穴，而在這個束縛電子的位置又出現一個新的空

位，另一個束縛電子又會填補這個新的空位，這樣就形成束

縛電子填補空穴的運動。為了區別自由電子的運動，稱此束

縛電子填補空穴的運動為空穴運動。

71.1.1本征半導體空穴出現以后，鄰近的束1.1.1本征半導體

?結

論

(1)半導體中存在兩種載流子，一種是帶負電的自由電子，

另一種是帶正電的空穴，它們都可以運載電荷形成電流。

(2)本征半導體中，自由電子和空穴結伴產生，數目相同。

(3)一定溫度下，本征半導體中電子空穴對的產生與復合相

對平衡，電子空穴對的數目相對穩定。

(4)溫度升高，激發的電子空穴對數目增加，半導體的導電

能力增強。空穴的出現是半導體導電區別導體導電的一個主

要特征。

81.1.1本征半導體?結論(1)半導體中存在兩種1.1.2雜質半導體

在本征半導體中加入微量雜質，可使其導電性

能顯著改變。根據摻入雜質的性質不同，雜質半導體分為兩類：電子型（N型）半導體和空穴型（P型）半導體。

N型半導體：自由電子濃度大大增加的雜質半導

體，也稱為電子半導體。

P型半導體：空穴濃度大大增加的雜質半導體，也稱為空穴半導體。

9

1.1.2雜質半導體在本征半導體中加入微量1.1.2雜質半導體

1、

N型半導體

在硅（或鍺）半導體晶體中，摻入微量的五價元素，如

磷（P）、砷（As）等，則構成N型半導體。

五價的元素具有五個價電子，它們進入由硅（或鍺）組

成的半導體晶體中，五價的原子取代四價的硅（或鍺）原

子，在與相鄰的硅（或鍺）原子組成共價鍵時，因為多一個

價電子不受共價鍵的束縛，很容易成為自由電子，于是半導

體中自由電子的數目大量增加。自由電子參與導電移動后，

在原來的位置留下一個不能移動的正離子。每個五價原子給

出一個電子，稱為施主原子。

101.1.2雜質半導體1、N型半導體在硅1.1.2雜質半導體

N型半導體的共價鍵結構

N型半導體中的載流子：

(1)由施主原子提供的電子，濃度與施主原子相同。

(2)本征半導體中成對產生的電子和空穴。

摻雜濃度遠大于本征半導體中載流子濃度，所以，自由電子濃度遠大于空穴濃度。自由電子稱為多數載流子(多子)，空穴稱為少數載流子(少子)。

111.1.2雜質半導體N型半導體的共價鍵結構N型半導體1.1.2雜質半導體

2、P型半導體

在硅（或鍺）半導體晶體中，摻入微量的三價元素，

如硼（B）、銦（In）等，則構成P型半導體。

三價的元素只有三個價電子，在與相鄰的硅（或鍺）原

子組成共價鍵時，由于缺少一個價電子，在晶體中便產生一

個空位，鄰近的束縛電子如果獲取足夠的能量，有可能填補

這個空位，使原子成為一個不能移動的負離子。由于三價原

子接受電子，所以稱為受主原子。

121.1.2雜質半導體2、P型半導體在硅（1.1.2雜質半導體

?P型半導體中的共價鍵結構

型半導體中空穴是

13P多子，電子是少子。

1.1.2雜質半導體?P型半導體中的共價鍵結構型半導1.1.2雜質半導體

?雜質半導體的示意表示

－

－

－

－

－

－

－

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－

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－

－

－

－

－

－

－

－

－

－

－

－

－

－

P型半導體

++++++++++++++++++++++++N型半導體

雜質型半導體多子和少子的移動都能形成電流。但由于數量的關系，起導電作用的主要是多子。近似認為多子與雜質濃度相等。

141.1.2雜質半導體?雜質半導體的示意表示－－－??1.1.3PN結及其單向導電性

利用半導體的制作工藝，在同一片半導體基片上，分別制造P型半導體和N型半導體，經過載流子的擴散，在它們的交界面處就形成了PN結。

PN結具有單一型半導體所不具有的新特性，利用這種新特性可以制造出各種半導體器件。如二極管、三極管和場效應管等。

15??1.1.3PN結及其單向導電性利用半導體的制作工藝，1.1.3PN結及其單向導電性

1、PN結的形成

多數載流子因濃度上的差異而形成的運

動稱為擴散運動。

161.1.3PN結及其單向導電性1、PN結的形成??1.1.3PN結及其單向導電性

擴散運動的結果，在交界面P區一側因失去了空穴而出現負離子區；而N區一側因失去自由電子出現了正離子區。

正負離子都被束縛在晶格內不能移動，于是在交界面兩側形成了正、負空間電荷區。在空間電荷區內可以認為載流子已被“耗盡”，故又稱耗盡區或耗盡層。

17??1.1.3PN結及其單向導電性擴散運動的結果，在交界1.1.3PN結及其單向導電性

空間電荷區出現后，因為正負電荷的作用，將

產生一個從N區指向P區的內電場。內電場的方向，

會對多數載流子的擴散運動起阻礙作用。同時，內

電場則可推動少數載流子（P區的自由電子和N區的

空穴）越過空間電荷區，進入對方。少數載流子在

內電場作用下有規則的運動稱為漂移運動。漂移運

動和擴散運動的方向相反。無外加電場時，通過PN結的擴散電流等于漂移電流，PN結中無電流流過，

PN結的寬度保持一定而處于穩定狀態。

181.1.3PN結及其單向導電性空間電荷區出1.1.3PN結及其單向導電性

2、PN結的單向導電性

處于平衡狀態下的PN結沒有實用價值。

如果在PN結兩端加上不同極性的電壓，PN結會呈現出不同的導電性能。

當PN結在一定的電壓范圍內外加正向電

壓時，處于低電阻的導通狀態。當外加反向

電壓時，處于高電阻的截止狀態，這種導電

特性，就是PN結單向導電性。

191.1.3PN結及其單向導電性2、PN結的單向導電性1.1.3PN結及其單向導電性

(1)PN結外加正向電壓：

PN結P端接高電

位，N端接低電位，稱PN結外加正向電壓，又稱PN結正向偏置，簡稱為正偏。

201.1.3PN結及其單向導電性(1)PN結外加正向電壓1.1.3PN結及其單向導電性

(2)PN結外加反向電壓：

PN結P端接低電

位，N端接高電位，稱PN結外加反向電壓，又稱PN結反向偏置，簡稱為反偏。

211.1.3PN結及其單向導電性(2)PN結外加反向電壓1.2二極管

1.2.1二極管的結構及符號

?半導體二極管是由一個PN結加上相應的電極和引線及管殼封裝而成的。

?由P區引出的電極稱為陽極（正極），N區引出的為陰極（負極）。

?因為PN結的單向導電性，二極管導通時的電流方向是由陽極通過管子內部流向陰極。

電流方向

221.2二極管1.2.1二極管的結構及符號?半導體二極1.2.1二極管的結構及符號

?二極管按半導體材料的不同可以分為硅二極管、鍺二極管和砷化鎵二極管等。

?按結構不同可分為點接觸型、面接觸型和平面型二極管等。

231.2.1二極管的結構及符號?二極管按半導體材料的不同可1.2.1二極管的結構及符號

常見的二極管有金屬、塑料和玻璃三種

封裝形式。按照應用的不同，二極管分為整

流、檢波、開關、穩壓、發光、光電、快恢

復和變容二極管等。根據使用的不同，二極

管的外形各異。

241.2.1二極管的結構及符號常見的二極管有1.2.2伏安特性及主要參數

1、二極管的伏安特性曲線

二極管兩端的電壓U及其流過二極管的電流I之間的關

系曲線，稱為二極管的伏安特性曲線。用實驗的方法，在二

極管的正極和負極加上不同極性和不同數值的電壓，同時測

量流過二極管的電流值，就得到二極管的伏安特性。

251.2.2伏安特性及主要參數1、二極管的伏安特性曲線1.2.2伏安特性及主要參數

伏安特性曲線

261.2.2伏安特性及主要參數伏安特性曲線261.2.2伏安特性及主要參數

(1)正向特性

二極管外加正向電壓時，電流和電壓的關系稱

為二極管的正向特性。當二極管所加正向電壓比較

小時（0<U<Uth），二極管上流經的電流為0，管子

仍截止，此區域稱為死區，Uth稱為死區電壓（門坎

電壓）。硅二極管的死區電壓約為0.5V，鍺二極管

的死區電壓約為0.1V。當正向電壓超過死區電壓

時，二極管才呈現低電阻值，處于正向導通狀態。

271.2.2伏安特性及主要參數(1)正向特性1.2.2伏安特性及主要參數

(2)反向特性

二極管外加反向電壓時，電流和電壓的

關系稱為二極管的反向特性。二極管外加反

向電壓時，反向電流很小（I≈-IS），而且在

相當寬的反向電壓范圍內，反向電流幾乎不

變，因此，稱此電流值為二極管的反向飽和

電流。

281.2.2伏安特性及主要參數(2)反向特性1.2.2伏安特性及主要參數

(3)擊穿特性

當反向電壓的值增大到UBR時，反向電壓值

稍有增大，反向電流會急劇增大，稱此現象為

反向擊穿，UBR為反向擊穿電壓。利用二極管的

反向擊穿特性，可以做成穩壓二極管，但一般

的二極管不允許工作在反向擊穿區。

291.2.2伏安特性及主要參數(3)擊穿特性1.2.2伏安特性及主要參數

2、二極管的溫度特性

二極管是對溫度非常敏感的器件。實驗

表明，隨溫度升高，二極管的正向壓降會減

小，正向伏安特性左移，即二極管的正向壓

降具有負的溫度系數（約為-2mV/℃）；溫

度升高，反向飽和電流會增大，反向伏安特

性下移，溫度每升高10℃，反向電流大約增

加一倍。

301.2.2伏安特性及主要參數2、二極管的溫度特性1.2.2伏安特性及主要參數

溫度對二極管的影響

311.2.2伏安特性及主要參數溫度對二極管的影響311.2.2伏安特性及主要參數

3、二極管的電流方程

UUTI?Is(e?1)式中

I——通過二極管的電流；

U——加在二極管兩端的電壓；

Is——二極管的反向飽和電流；

?23

UT——溫度的電壓當量UT=kT/q。k是玻爾茲曼常數，

k?1.38?10J/KqT是熱力學溫度；Q是電子電荷量，

?1.6?10；

?19C當外加正向電壓U>>UT時：

eUUT??1??1當外加反向電壓|U|>>UT時

e?UUTI=–Is

321.2.2伏安特性及主要參數3、二極管的電流方程UUT1.2.2伏安特性及主要參數

4、主要參數

（1）最大整流電流IF

最大整流電流IF是指二極管長期連續工作時，

允許通過二極管的最大正向電流的平均值。

（2）反向擊穿電壓UBR

反向擊穿電壓是指二極管擊穿時的電壓值。

（3）反向飽和電流IS

它是指管子沒有擊穿時的反向電流值。其值愈

小，說明二極管的單向導電性愈好。

331.2.2伏安特性及主要參數4、主要參數（1）最大整流1.2.3二極管電路的分析方法及應用

（1）二極管理想模型

如果二極管正向壓降遠小于和它串聯的

電路的電壓，反向電流遠小于和它并聯的電

路的電流，則可忽略二極管的正向壓降和反

向電流對電路的影響，即認為二極管具有理

想的伏安特性。理想的二極管可以用一個理

想的開關來等效，正偏時開關閉合，反偏時

開關斷開。

341.2.3二極管電路的分析方法及應用（1）二極管理想模型1.2.3二極管電路的分析方法及應用

（2）二極管恒壓源模型

若二極管的工作電流處于伏安特性曲線的近似指數部

分，即使電流變化，二極管的端電壓也基本不變。因此可用

一條與實際伏安特性曲線基本重合的垂直曲線來代替原特性

曲線。相應的電路模型叫恒壓源模型。電路模型中UD(on)是

二極管的恒定導通電壓，對硅管可取0.7V，對鍺管可取

0.3V。利用二極管的恒壓源模型時，只有當二極管兩端正向

電壓大于UD(on)時，二極管才有電流流過，小于UD(on)時，二

極管截止。這個模型與二極管的伏安特性較為接近。

351.2.3二極管電路的分析方法及應用（2）二極管恒壓源模1.2.3二極管電路的分析方法及應用

?

例1-1361.2.3二極管電路的分析方法及應用?例1-131.2.3二極管電路的分析方法及應用

?例1-2371.2.3二極管電路的分析方法及應用?例1-2371.2.3二極管電路的分析方法及應用

381.2.3二極管電路的分析方法及應用38??1.3穩壓二極管

穩壓管是利用半導體特殊工藝制成，實質上也是一個半導體二極管，外形也相似，因為具有穩定電壓的作用，稱它為穩壓管。

在電子電路中，穩壓管工作于反向擊穿狀態。擊穿電壓從幾伏到幾十伏，反向電流也較一般二極管大。在反向擊穿狀態下正常工作而不損壞，是穩壓管的特點。

39??1.3穩壓二極管穩壓管是利用半導體特殊工藝制成，實質1.3穩壓二極管

1、穩壓管的伏安特性和符號

401.3穩壓二極管1、穩壓管的伏安特性和符號401.3穩壓二極管

2、穩壓管的主要參數

①

穩定電壓UZ：它是指當穩壓管中的電流為規定值時，穩壓管在電路中其兩端產生的穩定電壓值。

②

穩定電流IZ：它是指穩壓管工作在穩壓狀態時，穩壓管中流過的電流，有最小穩定電流IZmin和最大穩定電流IZmax之分。

③

動態電阻rZ：指穩壓管在正常的工作范圍內，管子兩端電壓UZ的變化量和管中電流IZ的變化量之比，穩壓管反向特性曲線越陡，

rZ越小穩壓性能越好。

rZ=△

UZ/△

IZ

411.3穩壓二極管2、穩壓管的主要參數①穩定電壓UZ：1.3穩壓二極管

3、穩壓管的典型穩壓電路

421.3穩壓二極管3、穩壓管的典型穩壓電路421.3穩壓二極管

i

iLR

4、例題：

RLuui穩壓管的技術參數:oDZiZUzW?10V,

Izmax?20mA,

負載電阻

RL?2k?

Izmin?5mA要求當輸入電壓由正常值發生?20%波動時，負載電壓基本不變。

求：電阻R和輸入電壓

ui的正常值。

解：令輸入電壓達到上限時，流過穩壓管的電流為Izmax。

UZWi?Izmax??25mARL1.2ui?iR?UzW?25R?10——方程1431.3穩壓二極管iiLR4、例題：RLuui1.3穩壓二極管

令輸入電壓降到下限時，流過穩壓管的電流為Izmin。

i

uiR

DZiLiZRLUZWi?Izmin??10mARLuo0.8ui?iR?UzW?10R?10聯立方程1、2，可解得：

——方程2ui?18.75V,R?0.5k?441.3穩壓二極管令輸入電壓降到下限時，流過穩壓管的電流為1.4其它類型二極管

1、發光二極管

?發光二極管是一種光發射器件，英文縮寫是LED。此類管子通常由鎵（Ga）、砷（As）、磷（P）等元素的化合物制成，管子正向導通，當導通電流足夠大時，能把電能直接轉換為光能，發出光來。目前發光二極管的顏色有紅、黃、橙、綠、白和藍6種，所發光的顏色主要取決于制作管子的材料。

?發光二極管應用非常廣泛，常用作各種電子設備如儀器儀表、計算機、電視機等的電源指示燈和信號指示等，還可以做成七段數碼顯示器等。發光二極管的另一個重要用途是將電信號轉為光信號。

451.4其它類型二極管1、發光二極管?發光二極管是一種光1.4其它類型二極管

LED461.4其它類型二極管LED461.4其它類型二極管

2、光電二極管

?光電二極管又稱為光敏二極管，它是一種光接受器件，其PN結工作在反偏狀態，可以將光能轉換為電能，實現光電轉換。

471.4其它類型二極管2、光電二極管?光電二極管又稱為光1.4其它類型二極管

3、激光二極管

?激光二極管是在發光二極管的PN結間安置一層具有光活性的半導體，構成一個光諧振腔。工作時接正向電壓，可發射出激光。

?激光二極管的應用非常廣泛，在計算機的光盤驅動器，激光打印機中的打印頭，激光唱機，激光影碟機中都有激光二極管。

481.4其它類型二極管3、激光二極管?激光二極管是在發光1.5半導體三極管

半導體三極管又稱晶體三極管（下稱三

極管），一般簡稱晶體管，或雙極型晶體

管。它是通過一定的制作工藝，將兩個PN結

結合在一起的器件，兩個PN結相互作用，使

三極管成為一個具有控制電流作用的半導體

器件。

491.5半導體三極管半導體三極管又稱晶體三極1.5.1基本結構和類型

?三極管可以是由半導體硅材料制成，稱為硅三極管；也可以由鍺材料制成，稱為鍺三極管。

?三極管從應用的角度講，種類很多。根據工作頻率分為高頻管、低頻管和開關管；根據工作功率分為大功率管、中功率管和小功率管。

501.5.1基本結構和類型?三極管可以是由半導體硅材料制成?1.5.1基本結構和類型

三極管從結構上來講分為兩類：NPN型三極管和PNP型三極管。

51?1.5.1基本結構和類型三極管從結構上來講分為兩類：N??1.5.1基本結構和類型

52符號中發射極上的箭頭方向，表示發射結正偏時電流的流向。三極管制作時，通常它們的基區做得很薄（幾微米到幾十微米），且摻雜濃度低；發射區的雜質濃度則比較高；集電區的面積則比發射區做得大，這是三極管實現電流放大的內部條件。??1.5.1基本結構和類型52符號中發射極上的箭1.5.2電流分配與放大

要實現三極管的電流放大作用，首先要給三極管各電

極加上正確的電壓。三極管實現放大的外部條件是：其發射

結必須加正向電壓（正偏），而集電結必須加反向電壓（反

偏）。

1、實驗

在電路中，要給三極管的發射結加正向電壓，集電結加

反向電壓，保證三極管能起到放大作用。改變可變電阻Rb的

值，則基極電流IB、集電極電流IC和發射極電流IE都發生變

化，電流的方向如圖中所示。

531.5.2電流分配與放大要實現三極管的電流1.5.2電流分配與放大

?實驗電路圖

541.5.2電流分配與放大?實驗電路圖541.5.2電流分配與放大

?由實驗及測量結果可以得出以下結論：

（1）實驗數據中的每一列數據均滿足關系：IE=IC+IB；

（2）IE≈IC＞＞IB，而且有IC與IB的比值近似相等，設為β

，則β

為電流放大系數；

（3）

IB的的微小變化會引起IC較大的變化；

551.5.2電流分配與放大?由實驗及測量結果可以得出以下結1.5.2電流分配與放大

2、三極管實現電流分配的原理

上述實驗結論可以用載流

1）發射區向基區發射自由電子，形成發射極電流IE。

2）自由電子在基區與空穴復合，形成基極電流IB。

3）集電區收集從發射區擴散過來的自由電子，形成集電極電流IC。

56

子在三極管內部的運動規律來解釋。（（（1.5.2電流分配與放大2、三極管實現電流分配的原理上1.5.2電流分配與放大

?結論：

（1）要使三極管具有放大作用，發射結必須正向偏置，而集電結必須反向偏置。

（2）一般有β>>1；

（3）三極管的電流分配及放大關系式為：

IE=IC+IB

IC=βIB

571.5.2電流分配與放大?結論：（1）要使三極管具有放1.5.3三極管的特性曲線及主要參數

1.三極管的特性曲線

三極管的特性曲線是指三極管的各電極

電壓與電流之間的關系曲線，它反映出三極

管的特性。它可以用專用的圖示儀進行顯

示，也可通過實驗測量得到。以NPN型硅三

極管為例，其常用的特性曲線有以下兩種。

581.5.3三極管的特性曲線及主要參數1.三極管的特性曲線1.5.3三極管的特性曲線及主要參數

(1)輸入特性曲線：它是指一定集電極和發射極電壓UCE下，三極管的基極電流IB與發射結電壓UBE之間的關系曲線。

591.5.3三極管的特性曲線及主要參數(1)輸入特性曲線1.5.3三極管的特性曲線及主要參數

(2)輸出特性曲線：它是指一定基極電流IB下，三極管的集電極電流IC與電壓UCE之間的關系曲線。

601.5.3三極管的特性曲線及主要參數(2)輸出特性曲線1.5.3三極管的特性曲線及主要參數

一般把三極管的輸出特性分為3個工作區域，

下面分別介紹。

①

截止區

三極管工作在截止狀態時，具有以下幾個特點：

（a）發射結和集電結均反向偏置；

（b）UC>UE>UB，有IB、IC近似為0；

（c）三極管的集電極和發射極之間電阻很大，三極管相當于一個開關斷開。

611.5.3三極管的特性曲線及主要參數一般把1.5.3三極管的特性曲線及主要參數

②

放大區：輸出特性曲線近似平坦的區域稱為放大區。三極管工作在放大狀態時，具有以下特點：

（a）三極管的發射結正向偏置，集電結反向偏置；對NPN型的三極管，有電位關系：UC>UB>UE；

（b）基極電流IB微小的變化會引起集電極電流IC較大的變化，有電流關系式：IC=βIB；

621.5.3三極管的特性曲線及主要參數②放大區：輸出特性1.5.3三極管的特性曲線及主要參數

③

飽和區

三極管工作在飽和狀態時具有如下特點：

（a）三極管的發射結和集電結均正向偏置，有電位關系UB>UC>UE（b）三極管的電流放大能力下降，通常有IC<βIB；

（c）UCE的值很小，稱此時的電壓UCE為三極管的飽和壓降，用UCES表示。一般硅三極管的UCES約為0.3V，鍺三極管的UCES約為0.1V；

（d）三極管的集電極和發射極近似短接，三極管類似于一個開關導通。

三極管作為開關使用時，通常工作在截止和飽和導通狀

態；作為放大元件使用時，一般要工作在放大狀態。

631.5.3三極管的特性曲線及主要參數③飽和區1.5.3三極管的特性曲線及主要參數

3、主要參數：

（1）共發射極電流放大系數β(交流放大系數)和β(直流放大系數)

它是指從基極輸入信號，從集電極輸出信號，此種接法（共發射極）下的電流放大系數。

（2）極間反向電流

①

集電極基極間的反向飽和電流ICBO

②

集電極發射極間的穿透電流ICEO(衡量管子質量的指標)

64

1.5.3三極管的特性曲線及主要參數3、主要參數：（11.5.3三極管的特性曲線及主要參數

（3）極限參數

①

集電極最大允許電流ICM②

集電極最大允許功率損耗PCM③

反向擊穿電壓U(BR)CEO

651.5.3三極管的特性曲線及主要參數（3）極限參數①1.5.3三極管的特性曲線及主要參數

（4）溫度對三極管參數的影響：

①

對β的影響：β隨溫度的升高而增大。

②

對反向飽和電流ICBO的影響：

ICBO隨溫度上升會急劇增加。

③

對發射結UBE的影響：溫度升高，

UBE將下降。

661.5.3三極管的特性曲線及主要參數（4）溫度對三極管參1.6場效應管

???場效應管是比較新型的半導體器件，利用電場效應來控制晶體管的電流，因而得名。

場效應管具有很高的輸入電阻，幾乎不取信號源的輸出電流，因而功耗小，體積小，易于集成化。

場效應管被廣泛應用于模擬集成電路和數字集成電路中。

671.6場效應管???場效應管是比較新型的半導體器件，利用1.6場效應管

????場效應管按其結構可分為結(J)型和絕緣柵(MOS)型場效應管；

從工作性能可分為耗盡型和增強型兩類；

根據所用基片(襯底)材料不同，又可分P溝道和N溝道兩種導電溝道；

因此，有結型P溝道和N溝道，絕緣柵耗盡型P溝道和N溝道，及增強型P溝道和N溝道六種類型場效應管。

681.6場效應管????場效應管按其結構可分為結(J)型和?1.6.1結型場效應管

N溝道結型管和P溝道結3個電極：柵極、源極和

69結型場效應管分為型管，它們都具有漏極，分別與三極管的基極、發射極和集電極相對應。

?1.6.1結型場效應管N溝道結型管和P溝道結3個電極：1.6.1結型場效應管

1、結型場效應管的結構與符號(以N溝道為例)漏極

場效應管電路符號上的箭頭總是P指向N的。

柵極

源極

701.6.1結型場效應管1、結型場效應管的結構與符號(以N1.6.1結型場效應管

2、N溝道結型場效應管的工作原理

（1）當柵源電壓UGS=0時，兩個PN結的耗盡層比較窄，中間的N型導電溝道比較寬，溝道電阻小。

711.6.1結型場效應管2、N溝道結型場效應管的工作原理1.6.1結型場效應管

（2）當UGS<0時，兩個PN結反向偏置，PN結的耗盡層變寬，中間的N型導電溝道相應變窄，溝道導通電阻增大。

721.6.1結型場效應管（2）當UGS<0時，兩個PN結反1.6.1結型場效應管

UGS＜UP時的導電溝道

731.6.1結型場效應管UGS＜UP時的導電溝道731.6.1結型場效應管

（3）當UP<UGS≤0且UDS>0時，可產生漏極電流ID。

ID的大小將隨柵源電壓UGS的變化而變化，從而實現電

壓對漏極電流的控制作用。

UDS的存在，使得漏極附近的電位高，而源極

附近的電位低，即沿N型導電溝道從漏極到源極形

成一定的電位梯度，這樣靠近漏極附近的PN結所加

的反向偏置電壓大，耗盡層寬；靠近源極附近的PN結反偏電壓小，耗盡層窄，導電溝道成為一個楔形。

741.6.1結型場效應管（3）當UP<UGS≤0且UDS>1.6.1結型場效應管

UGS和UDS共同作用的情況

751.6.1結型場效應管UGS和UDS共同作用的情況7?1.6.1結型場效應管

為實現場效應管柵源電壓對漏極電流的控制作用，結型場效應管在工作時，柵極和源極之間的PN結必須反向偏置。

76?1.6.1結型場效應管為實現場效應管柵源電壓對漏極電流1.6.1結型場效應管

3.結型場效應管的特性曲線及主要參數

（1）輸出特性曲線

輸出特性曲線是指柵源電壓UGS一定時，漏極電流ID與漏

源電壓UDS之間的關系曲線

771.6.1結型場效應管3.結型場效應管的特性曲線及主要參1.6.1結型場效應管

①

可變電阻區：在UDS較小靠近特性曲線縱軸處，

ID幾乎隨著UDS線性增加。隨著UGS的改變，ID隨UDS線性增加的比值也相應改變，因此，此區可把場效應管的漏、源極之間看作受UGS控制的可變電阻。

②

恒流區(飽和區)：此區的特點是ID只受UGS的控制而幾乎與UDS無關，具有恒流特點。因為ID不隨UDS增大而增大，達到飽和狀態，故又稱飽和區。

③

擊穿區：當UDS增大到某一值時，柵、漏間PN結會發生反向擊穿，

ID急劇增加，如不加限制會造成管子損壞。

④

截止區：當UGS

＜

UP靠近特性曲線橫軸處為夾斷區，此時管子處于截止狀態。

781.6.1結型場效應管①可變電阻區：在UDS較小靠近特1.6.1結型場效應管

（2）轉移特性曲線

在場效應管的UDS一定時，ID與UGS之間的關系曲線稱為場效

應管的轉移特性曲

線，它反映了場效應

管柵源電壓對漏極電

流的控制作用。

79

1.6.1結型場效應管（2）轉移特性曲線在??1.6.1結型場效應管

UGS=0時，導電溝道電阻最小，ID最大，IDSS。

當UGS=UP時，導電溝道被完全夾斷，溝道ID=0，稱UP為夾斷電壓。

80當稱此電流為場效應管的飽和漏極電流

電阻最大，此時??1.6.1結型場效應管UGS=0時，導電溝道電阻最小??

1.6.2絕緣柵型場效應管

絕緣柵場效應管是由金屬（Metal）、氧化物（Oxide）和半導體（Semiconductor）材料構成的，因此又叫MOS管。

絕緣柵場效應管分為增強型和耗盡型兩種，每一種又包括N溝道和P溝道兩種類型。

81??1.6.2絕緣柵型場效應管絕緣柵場效應管是由金屬（1.6.2絕緣柵型場效應管

1、結構與符號

以N溝道增強型MOS管為例，它是以P型半導

體作為襯底，用半導體工藝技術制作兩個高濃度的

N型區，兩個N型區分別引出一個金屬電極，作為

MOS管的源極S和漏極D；在P形襯底的表面生長一

層很薄的SiO2絕緣層，絕緣層上引出一個金屬電極

稱為MOS管的柵極G。B為從襯底引出的金屬電

極，一般工作時襯底與源極相連。

821.6.2絕緣柵型場效應管1、結構與符號1.6.2絕緣柵型場效應管

?N溝道增強型MOS管的結構與符號

符號中的箭頭表示從P區（襯底）指向N區（N溝道），虛線表示增強型。

831.6.2絕緣柵型場效應管?N溝道增強型MOS管的結構與1.6.2絕緣柵型場效應管

2、N溝道增強型MOS管的工作原理

在柵極G和源極S之間加電壓UGS，漏極D和源極

S之間加電壓UDS，襯底B與源極S相連。

形成導電溝道所需要的最小柵源電壓UGS，稱為開啟電壓UT。

841.6.2絕緣柵型場效應管2、N溝道增強型MOS管的工作1.6.2絕緣柵型場效應管

3、特性曲線

①

輸出特性（漏極特性）曲線

851.6.2絕緣柵型場效應管3、特性曲線①輸出特性（漏1.6.2絕緣柵型場效應管

②

轉移特性曲線

861.6.2絕緣柵型場效應管②轉移特性曲線861.6.2絕緣柵型場效應管

?耗盡型絕緣柵場效應管

（1）結構、符號與工作原理

87

1.6.2絕緣柵型場效應管?耗盡型絕緣柵場效應管（1）1.6.2絕緣柵型場效應管

（2）特性曲線

耗盡型MOS管工作時，其柵源電壓UGS可以為0，也可以取正值或負值，這個特點使其在應用中具有更大的靈活性。

881.6.2絕緣柵型場效應管（2）特性曲線耗盡型MOS管1.6.2絕緣柵型場效應管

?與晶體管的比較

(1)場效應管是電壓控制器件，基本不取信號電流，在只允許向信號源索取極小電流的情況下，應采用場效應管；而三極管是電流控制器件，取用一定的信號電流。

(2)場效應管為單極型器件，只有多子參與導電；三極管既有多子參與導電也有少子參與導電，因此為雙極型器件。場效應管具有較好的溫度穩定性，且輸入電阻高，抗輻射、抗干擾能力強。

(3)由于場效應管結構對稱，源極和漏極可互換，且耗盡型的MOS管的控制電壓UGS可正、可負，具有一定靈活性。

(4)場效應管還具有工藝簡單、易集成和占用芯片面積小的優點，尤其適用于大規模的集成電路。

891.6.2絕緣柵型場效應管?與晶體管的比較(1)場效作業

書后習題：

1.1、1.2、、、、、、901.31.41.61.71.81.9作業書后習題：1.1、1.2、、、、、、901.31.第一章

半導體器件

軟件學院

侯剛

1第一章半導體器件軟件學院侯剛1主要內容

??????1.1半導體基礎知識

1.2二極管

1.3穩壓二極管

1.4其它類型二極管

1.5半導體三極管

1.6場效應管

2主要內容??????1.1半導體基礎知識1.2二極管???1.1半導體基礎知識

導體：自然界中很容易導電的物質稱為導體，金屬一般都是導體。

絕緣體：有的物質幾乎不導電，稱為絕緣體，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。

半導體：另有一類物質的導電特性處于導體和絕緣體之間，稱為半導體，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。

3???1.1半導體基礎知識導體：自然界中很容易導電的物質1.1半導體基礎知識

半導體的導電機理不同于其它物質，所

以它具有不同于其它物質的特點。

半導體的特點：

①熱敏性

②光敏性

③摻雜性

41.1半導體基礎知識半導體的導電機理不同于??1.1.1本征半導體

完全純凈的、結構完整的半導體材料稱為本征半導體。

本征半導體的原子結構及共價鍵。

共價鍵內的兩個電子

由相鄰的原子各用一

個價電子組成，稱為

束縛電子。

5??1.1.1本征半導體完全純凈的、結構完整的半導體材料1.1.1本征半導體

?本征激發和兩種載流子——自由電子和空穴

溫度越高，半導體材料中產生的自由電子便越多。束

縛電子脫離共價鍵成為自由電子后，在原來的位置留有一個

空位，稱此空位為空穴。本征半導體中，自由電子和空穴成

對出現，數目相同。

61.1.1本征半導體?本征激發和兩種載流子——自由電子和1.1.1本征半導體

空穴出現以后，鄰近的束縛電子可能獲取足夠的能量來

填補這個空穴，而在這個束縛電子的位置又出現一個新的空

位，另一個束縛電子又會填補這個新的空位，這樣就形成束

縛電子填補空穴的運動。為了區別自由電子的運動，稱此束

縛電子填補空穴的運動為空穴運動。

71.1.1本征半導體空穴出現以后，鄰近的束1.1.1本征半導體

?結

論

(1)半導體中存在兩種載流子，一種是帶負電的自由電子，

另一種是帶正電的空穴，它們都可以運載電荷形成電流。

(2)本征半導體中，自由電子和空穴結伴產生，數目相同。

(3)一定溫度下，本征半導體中電子空穴對的產生與復合相

對平衡，電子空穴對的數目相對穩定。

(4)溫度升高，激發的電子空穴對數目增加，半導體的導電

能力增強。空穴的出現是半導體導電區別導體導電的一個主

要特征。

81.1.1本征半導體?結論(1)半導體中存在兩種1.1.2雜質半導體

在本征半導體中加入微量雜質，可使其導電性

能顯著改變。根據摻入雜質的性質不同，雜質半導體分為兩類：電子型（N型）半導體和空穴型（P型）半導體。

N型半導體：自由電子濃度大大增加的雜質半導

體，也稱為電子半導體。

P型半導體：空穴濃度大大增加的雜質半導體，也稱為空穴半導體。

9

1.1.2雜質半導體在本征半導體中加入微量1.1.2雜質半導體

1、

N型半導體

在硅（或鍺）半導體晶體中，摻入微量的五價元素，如

磷（P）、砷（As）等，則構成N型半導體。

五價的元素具有五個價電子，它們進入由硅（或鍺）組

成的半導體晶體中，五價的原子取代四價的硅（或鍺）原

子，在與相鄰的硅（或鍺）原子組成共價鍵時，因為多一個

價電子不受共價鍵的束縛，很容易成為自由電子，于是半導

體中自由電子的數目大量增加。自由電子參與導電移動后，

在原來的位置留下一個不能移動的正離子。每個五價原子給

出一個電子，稱為施主原子。

101.1.2雜質半導體1、N型半導體在硅1.1.2雜質半導體

N型半導體的共價鍵結構

N型半導體中的載流子：

(1)由施主原子提供的電子，濃度與施主原子相同。

(2)本征半導體中成對產生的電子和空穴。

摻雜濃度遠大于本征半導體中載流子濃度，所以，自由電子濃度遠大于空穴濃度。自由電子稱為多數載流子(多子)，空穴稱為少數載流子(少子)。

111.1.2雜質半導體N型半導體的共價鍵結構N型半導體1.1.2雜質半導體

2、P型半導體

在硅（或鍺）半導體晶體中，摻入微量的三價元素，

如硼（B）、銦（In）等，則構成P型半導體。

三價的元素只有三個價電子，在與相鄰的硅（或鍺）原

子組成共價鍵時，由于缺少一個價電子，在晶體中便產生一

個空位，鄰近的束縛電子如果獲取足夠的能量，有可能填補

這個空位，使原子成為一個不能移動的負離子。由于三價原

子接受電子，所以稱為受主原子。

121.1.2雜質半導體2、P型半導體在硅（1.1.2雜質半導體

?P型半導體中的共價鍵結構

型半導體中空穴是

13P多子，電子是少子。

1.1.2雜質半導體?P型半導體中的共價鍵結構型半導1.1.2雜質半導體

?雜質半導體的示意表示

－

－

－

－

－

－

－

－

－

－

－

－

－

－

－

－

－

－

－

－

－

－

－

－

P型半導體

++++++++++++++++++++++++N型半導體

雜質型半導體多子和少子的移動都能形成電流。但由于數量的關系，起導電作用的主要是多子。近似認為多子與雜質濃度相等。

141.1.2雜質半導體?雜質半導體的示意表示－－－??1.1.3PN結及其單向導電性

利用半導體的制作工藝，在同一片半導體基片上，分別制造P型半導體和N型半導體，經過載流子的擴散，在它們的交界面處就形成了PN結。

PN結具有單一型半導體所不具有的新特性，利用這種新特性可以制造出各種半導體器件。如二極管、三極管和場效應管等。

15??1.1.3PN結及其單向導電性利用半導體的制作工藝，1.1.3PN結及其單向導電性

1、PN結的形成

多數載流子因濃度上的差異而形成的運

動稱為擴散運動。

161.1.3PN結及其單向導電性1、PN結的形成??1.1.3PN結及其單向導電性

擴散運動的結果，在交界面P區一側因失去了空穴而出現負離子區；而N區一側因失去自由電子出現了正離子區。

正負離子都被束縛在晶格內不能移動，于是在交界面兩側形成了正、負空間電荷區。在空間電荷區內可以認為載流子已被“耗盡”，故又稱耗盡區或耗盡層。

17??1.1.3PN結及其單向導電性擴散運動的結果，在交界1.1.3PN結及其單向導電性

空間電荷區出現后，因為正負電荷的作用，將

產生一個從N區指向P區的內電場。內電場的方向，

會對多數載流子的擴散運動起阻礙作用。同時，內

電場則可推動少數載流子（P區的自由電子和N區的

空穴）越過空間電荷區，進入對方。少數載流子在

內電場作用下有規則的運動稱為漂移運動。漂移運

動和擴散運動的方向相反。無外加電場時，通過PN結的擴散電流等于漂移電流，PN結中無電流流過，

PN結的寬度保持一定而處于穩定狀態。

181.1.3PN結及其單向導電性空間電荷區出1.1.3PN結及其單向導電性

2、PN結的單向導電性

處于平衡狀態下的PN結沒有實用價值。

如果在PN結兩端加上不同極性的電壓，PN結會呈現出不同的導電性能。

當PN結在一定的電壓范圍內外加正向電

壓時，處于低電阻的導通狀態。當外加反向

電壓時，處于高電阻的截止狀態，這種導電

特性，就是PN結單向導電性。

191.1.3PN結及其單向導電性2、PN結的單向導電性1.1.3PN結及其單向導電性

(1)PN結外加正向電壓：

PN結P端接高電

位，N端接低電位，稱PN結外加正向電壓，又稱PN結正向偏置，簡稱為正偏。

201.1.3PN結及其單向導電性(1)PN結外加正向電壓1.1.3PN結及其單向導電性

(2)PN結外加反向電壓：

PN結P端接低電

位，N端接高電位，稱PN結外加反向電壓，又稱PN結反向偏置，簡稱為反偏。

211.1.3PN結及其單向導電性(2)PN結外加反向電壓1.2二極管

1.2.1二極管的結構及符號

?半導體二極管是由一個PN結加上相應的電極和引線及管殼封裝而成的。

?由P區引出的電極稱為陽極（正極），N區引出的為陰極（負極）。

?因為PN結的單向導電性，二極管導通時的電流方向是由陽極通過管子內部流向陰極。

電流方向

221.2二極管1.2.1二極管的結構及符號?半導體二極1.2.1二極管的結構及符號

?二極管按半導體材料的不同可以分為硅二極管、鍺二極管和砷化鎵二極管等。

?按結構不同可分為點接觸型、面接觸型和平面型二極管等。

231.2.1二極管的結構及符號?二極管按半導體材料的不同可1.2.1二極管的結構及符號

常見的二極管有金屬、塑料和玻璃三種

封裝形式。按照應用的不同，二極管分為整

流、檢波、開關、穩壓、發光、光電、快恢

復和變容二極管等。根據使用的不同，二極

管的外形各異。

241.2.1二極管的結構及符號常見的二極管有1.2.2伏安特性及主要參數

1、二極管的伏安特性曲線

二極管兩端的電壓U及其流過二極管的電流I之間的關

系曲線，稱為二極管的伏安特性曲線。用實驗的方法，在二

極管的正極和負極加上不同極性和不同數值的電壓，同時測

量流過二極管的電流值，就得到二極管的伏安特性。

251.2.2伏安特性及主要參數1、二極管的伏安特性曲線1.2.2伏安特性及主要參數

伏安特性曲線

261.2.2伏安特性及主要參數伏安特性曲線261.2.2伏安特性及主要參數

(1)正向特性

二極管外加正向電壓時，電流和電壓的關系稱

為二極管的正向特性。當二極管所加正向電壓比較

小時（0<U<Uth），二極管上流經的電流為0，管子

仍截止，此區域稱為死區，Uth稱為死區電壓（門坎

電壓）。硅二極管的死區電壓約為0.5V，鍺二極管

的死區電壓約為0.1V。當正向電壓超過死區電壓

時，二極管才呈現低電阻值，處于正向導通狀態。

271.2.2伏安特性及主要參數(1)正向特性1.2.2伏安特性及主要參數

(2)反向特性

二極管外加反向電壓時，電流和電壓的

關系稱為二極管的反向特性。二極管外加反

向電壓時，反向電流很小（I≈-IS），而且在

相當寬的反向電壓范圍內，反向電流幾乎不

變，因此，稱此電流值為二極管的反向飽和

電流。

281.2.2伏安特性及主要參數(2)反向特性1.2.2伏安特性及主要參數

(3)擊穿特性

當反向電壓的值增大到UBR時，反向電壓值

稍有增大，反向電流會急劇增大，稱此現象為

反向擊穿，UBR為反向擊穿電壓。利用二極管的

反向擊穿特性，可以做成穩壓二極管，但一般

的二極管不允許工作在反向擊穿區。

291.2.2伏安特性及主要參數(3)擊穿特性1.2.2伏安特性及主要參數

2、二極管的溫度特性

二極管是對溫度非常敏感的器件。實驗

表明，隨溫度升高，二極管的正向壓降會減

小，正向伏安特性左移，即二極管的正向壓

降具有負的溫度系數（約為-2mV/℃）；溫

度升高，反向飽和電流會增大，反向伏安特

性下移，溫度每升高10℃，反向電流大約增

加一倍。

301.2.2伏安特性及主要參數2、二極管的溫度特性1.2.2伏安特性及主要參數

溫度對二極管的影響

311.2.2伏安特性及主要參數溫度對二極管的影響311.2.2伏安特性及主要參數

3、二極管的電流方程

UUTI?Is(e?1)式中

I——通過二極管的電流；

U——加在二極管兩端的電壓；

Is——二極管的反向飽和電流；

?23

UT——溫度的電壓當量UT=kT/q。k是玻爾茲曼常數，

k?1.38?10J/KqT是熱力學溫度；Q是電子電荷量，

?1.6?10；

?19C當外加正向電壓U>>UT時：

eUUT??1??1當外加反向電壓|U|>>UT時

e?UUTI=–Is

321.2.2伏安特性及主要參數3、二極管的電流方程UUT1.2.2伏安特性及主要參數

4、主要參數

（1）最大整流電流IF

最大整流電流IF是指二極管長期連續工作時，

允許通過二極管的最大正向電流的平均值。

（2）反向擊穿電壓UBR

反向擊穿電壓是指二極管擊穿時的電壓值。

（3）反向飽和電流IS

它是指管子沒有擊穿時的反向電流值。其值愈

小，說明二極管的單向導電性愈好。

331.2.2伏安特性及主要參數4、主要參數（1）最大整流1.2.3二極管電路的分析方法及應用

（1）二極管理想模型

如果二極管正向壓降遠小于和它串聯的

電路的電壓，反向電流遠小于和它并聯的電

路的電流，則可忽略二極管的正向壓降和反

向電流對電路的影響，即認為二極管具有理

想的伏安特性。理想的二極管可以用一個理

想的開關來等效，正偏時開關閉合，反偏時

開關斷開。

341.2.3二極管電路的分析方法及應用（1）二極管理想模型1.2.3二極管電路的分析方法及應用

（2）二極管恒壓源模型

若二極管的工作電流處于伏安特性曲線的近似指數部

分，即使電流變化，二極管的端電壓也基本不變。因此可用

一條與實際伏安特性曲線基本重合的垂直曲線來代替原特性

曲線。相應的電路模型叫恒壓源模型。電路模型中UD(on)是

二極管的恒定導通電壓，對硅管可取0.7V，對鍺管可取

0.3V。利用二極管的恒壓源模型時，只有當二極管兩端正向

電壓大于UD(on)時，二極管才有電流流過，小于UD(on)時，二

極管截止。這個模型與二極管的伏安特性較為接近。

351.2.3二極管電路的分析方法及應用（2）二極管恒壓源模1.2.3二極管電路的分析方法及應用

?

例1-1361.2.3二極管電路的分析方法及應用?例1-131.2.3二極管電路的分析方法及應用

?例1-2371.2.3二極管電路的分析方法及應用?例1-2371.2.3二極管電路的分析方法及應用

381.2.3二極管電路的分析方法及應用38??1.3穩壓二極管

穩壓管是利用半導體特殊工藝制成，實質上也是一個半導體二極管，外形也相似，因為具有穩定電壓的作用，稱它為穩壓管。

在電子電路中，穩壓管工作于反向擊穿狀態。擊穿電壓從幾伏到幾十伏，反向電流也較一般二極管大。在反向擊穿狀態下正常工作而不損壞，是穩壓管的特點。

39??1.3穩壓二極管穩壓管是利用半導體特殊工藝制成，實質1.3穩壓二極管

1、穩壓管的伏安特性和符號

401.3穩壓二極管1、穩壓管的伏安特性和符號401.3穩壓二極管

2、穩壓管的主要參數

①

穩定電壓UZ：它是指當穩壓管中的電流為規定值時，穩壓管在電路中其兩端產生的穩定電壓值。

②

穩定電流IZ：它是指穩壓管工作在穩壓狀態時，穩壓管中流過的電流，有最小穩定電流IZmin和最大穩定電流IZmax之分。

③

動態電阻rZ：指穩壓管在正常的工作范圍內，管子兩端電壓UZ的變化量和管中電流IZ的變化量之比，穩壓管反向特性曲線越陡，

rZ越小穩壓性能越好。

rZ=△

UZ/△

IZ

411.3穩壓二極管2、穩壓管的主要參數①穩定電壓UZ：1.3穩壓二極管

3、穩壓管的典型穩壓電路

421.3穩壓二極管3、穩壓管的典型穩壓電路421.3穩壓二極管

i

iLR

4、例題：

RLuui穩壓管的技術參數:oDZiZUzW?10V,

Izmax?20mA,

負載電阻

RL?2k?

Izmin?5mA要求當輸入電壓由正常值發生?20%波動時，負載電壓基本不變。

求：電阻R和輸入電壓

ui的正常值。

解：令輸入電壓達到上限時，流過穩壓管的電流為Izmax。

UZWi?Izmax??25mARL1.2ui?iR?UzW?25R?10——方程1431.3穩壓二極管iiLR4、例題：RLuui1.3穩壓二極管

令輸入電壓降到下限時，流過穩壓管的電流為Izmin。

i

uiR

DZiLiZRLUZWi?Izmin??10mARLuo0.8ui?iR?UzW?10R?10聯立方程1、2，可解得：

——方程2ui?18.75V,R?0.5k?441.3穩壓二極管令輸入電壓降到下限時，流過穩壓管的電流為1.4其它類型二極管

1、發光二極管

?發光二極管是一種光發射器件，英文縮寫是LED。此類管子通常由鎵（Ga）、砷（As）、磷（P）等元素的化合物制成，管子正向導通，當導通電流足夠大時，能把電能直接轉換為光能，發出光來。目前發光二極管的顏色有紅、黃、橙、綠、白和藍6種，所發光的顏色主要取決于制作管子的材料。

?發光二極管應用非常廣泛，常用作各種電子設備如儀器儀表、計算機、電視機等的電源指示燈和信號指示等，還可以做成七段數碼顯示器等。發光二極管的另一個重要用途是將電信號轉為光信號。

451.4其它類型二極管1、發光二極管?發光二極管是一種光1.4其它類型二極管

LED461.4其它類型二極管LED461.4其它類型二極管

2、光電二極管

?光電二極管又稱為光敏二極管，它是一種光接受器件，其PN結工作在反偏狀態，可以將光能轉換為電能，實現光電轉換。

471.4其它類型二極管2、光電二極管?光電二極管又稱為光1.4其它類型二極管

3、激光二極管

?激光二極管是在發光二極管的PN結間安置一層具有光活性的半導體，構成一個光諧振腔。工作時接正向電壓，可發射出激光。

?激光二極管的應用非常廣泛，在計算機的光盤驅動器，激光打印機中的打印頭，激光唱機，激光影碟機中都有激光二極管。

481.4其它類型二極管3、激光二極管?激光二極管是在發光1.5半導體三極管

半導體三極管又稱晶體三極管（下稱三

極管），一般簡稱晶體管，或雙極型晶體

管。它是通過一定的制作工藝，將兩個PN結

結合在一起的器件，兩個PN結相互作用，使

三極管成為一個具有控制電流作用的半導體

器件。

491.5半導體三極管半導體三極管又稱晶體三極1.5.1基本結構和類型

?三極管可以是由半導體硅材料制成，稱為硅三極管；也可以由鍺材料制成，稱為鍺三極管。

?三極管從應用的角度講，種類很多。根據工作頻率分為高頻管、低頻管和開關管；根據工作功率分為大功率管、中功率管和小功率管。

501.5.1基本結構和類型?三極管可以是由半導體硅材料制成?1.5.1基本結構和類型

三極管從結構上來講分為兩類：NPN型三極管和PNP型三極管。

51?1.5.1基本結構和類型三極管從結構上來講分為兩類：N??1.5.1基本結構和類型

52符號中發射極上的箭頭方向，表示發射結正偏時電流的流向。三極管制作時，通常它們的基區做得很薄（幾微米到幾十微米），且摻雜濃度低；發射區的雜質濃度則比較高；集電區的面積則比發射區做得大，這是三極管實現電流放大的內部條件。??1.5.1基本結構和類型52符號中發射極上的箭1.5.2電流分配與放大

要實現三極管的電流放大作用，首先要給三極管各電

極加上正確的電壓。三極管實現放大的外部條件是：其發射

結必須加正向電壓（正偏），而集電結必須加反向電壓（反

偏）。

1、實驗

在電路中，要給三極管的發射結加正向電壓，集電結加

反向電壓，保證三極管能起到放大作用。改變可變電阻Rb的

值，則基極電流IB、集電極電流IC和發射極電流IE都發生變

化，電流的方向如圖中所示。

531.5.2電流分配與放大要實現三極管的電流1.5.2電流分配與放大

?實驗電路圖

541.5.2電流分配與放大?實驗電路圖541.5.2電流分配與放大

?由實驗及測量結果可以得出以下結論：

（1）實驗數據中的每一列數據均滿足關系：IE=IC+IB；

（2）IE≈IC＞＞IB，而且有IC與IB的比值近似相等，設為β

，則β

為電流放大系數；

（3）

IB的的微小變化會引起IC較大的變化；

551.5.2電流分配與放大?由實驗及測量結果可以得出以下結1.5.2電流分配與放大

2、三極管實現電流分配的原理

上述實驗結論可以用載流

1）發射區向基區發射自由電子，形成發射極電流IE。

2）自由電子在基區與空穴復合，形成基極電流IB。

3）集電區收集從發射區擴散過來的自由電子，形成集電極電流IC。

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