第14章半導體器件14.1半導體的導電特性14.2PN結及其單向導電性14.3二極管14.4穩壓二極管14.5雙極型晶體管14.6光電器件目錄14.1半導體的導電特性半導體：導電能力介乎于導體和絕緣體之間的物質。半導體特性：熱敏特性、光敏特性、摻雜特性本征半導體就是完全純凈的半導體。應用最多的本征半導體為鍺和硅，它們各有四個價電子，都是四價元素.硅的原子結構14.1.1本征半導體純凈的半導體其所有的原子基本上整齊排列，形成晶體結構，所以半導體也稱為晶體

——晶體管名稱的由來本征半導體晶體結構中的共價健結構SiSiSiSi共價鍵價電子自由電子與空穴共價鍵中的電子在獲得一定能量后，即可掙脫原子核的束縛，成為自由電子同時在共價鍵中留下一個空穴。空穴SiSiSiSi自由電子SiSiSiSi熱激發與復合現象

由于受熱或光照產生自由電子和空穴的現象--熱激發自由電子在運動中遇到空穴后，兩者同時消失，稱為復合現象溫度一定時，本征半導體中的自由電子—空穴對的數目基本不變。溫度愈高，自由電子—空穴對數目越多。半導體導電方式在半導體中，同時存在著電子導電和空穴導電，這是半導體導電方式的最大特點，也是半導體和金屬在導電原理上的本質差別。載流子自由電子和空穴因為，溫度愈高，載流子數目愈多，導電性能也就愈好，所以，溫度對半導體器件性能的影響很大。SiSiSiSi當半導體兩端加上外電壓時，自由電子作定向運動形成電子電流；而空穴的運動相當于正電荷的運動。14.1.2N型半導體和P型半導體N型半導體在硅或鍺的晶體中摻入微量的磷（或其它五價元素）。自由電子是多數載流子，空穴是少數載流子。電子型半導體或N型半導體SiSiP+Si多余電子P型半導體在硅或鍺晶體中摻入硼（或其它三價元素）。空穴是多數載流子，自由電子是少數載流子。空穴型半導體或P型半導體。SiSiB-Si空穴

不論N型半導體還是P型半導體，雖然它們都有一種載流子占多數，但是整個晶體仍然是不帶電的。14.2PN結及其單向導電性1外加正向電壓使PN結導通PN結呈現低阻導通狀態，通過PN結的電流基本是多數載流子的擴散電流——正向電流–+PNRI2外加反向電壓使PN結截止PN結呈現高阻狀態，通過PN結的電流是少子的漂移電流(反向電流)特點:受溫度影響大–+PNRI≈0結論PN結具有單向導電性（1）PN結加正向電壓時，處在導通狀態，結電阻很低，正向電流較大。（2）PN結加反向電壓時，處在截止狀態，結電阻很高，反向電流很小。14.3

二極管14.3.1基本結構PN結陰極引線鋁合金小球金銻合金底座N型硅陽極引線面接觸型引線外殼觸絲N型鍺片點接觸型表示符號14.3.2伏安特性正向O0.40.8U/VI/mA80604020-50-25I/μA-20-40反向死區電壓擊穿電壓

半導體二極管的伏安特性是非線性的。

死區電壓：硅管：0.5伏左右，鍺管：0.1伏左右。正向壓降：硅管：0.7伏左右，鍺管：0.2~0.3伏。1正向特性正向O0.40.8U/VI/mA80604020-50-25I/μA-20-40反向死區電壓擊穿電壓反向擊穿電壓U（BR）2反向特性正向O0.40.8U/VI/mA80604020-50-25I/μA-20-40反向死區電壓擊穿電壓14.3.3主要參數1最大整流電流IOM：二極管長時間使用時，允許流過的最大正向平均電流。2反向工作峰值電壓URWM:

保證二極管不被擊穿而給出的反向峰值電壓。3反向峰值電流IRM:

二極管上加反向工作峰值電壓時的反向電流值。主要利用二極管的單向導電性。可用于整流、檢波、限幅、元件保護以及在數字電路中作為開關元件。例:圖中電路，輸入端A的電位VA=+3V，B的電位VB=0V，求輸出端Y的電位VY。電阻R接負電源-12V。設二極管正向壓降0.3vVY=+2.7V解：DA優先導通，DA導通后，DB上加的是反向電壓，因而截止。DA起鉗位作用，DB起隔離作用。Y-12VAB+3V0VDBDAR

二極管電路分析舉例定性分析：判斷二極管的工作狀態導通截止否則，正向管壓降硅0.6~0.7V鍺0.2~0.3V

分析方法：將二極管斷開，分析二極管兩端電位的高低或所加電壓UD的正負。若V陽

>V陰或UD為正(正向偏置)，二極管導通若V陽

<V陰或UD為負(反向偏置)，二極管截止

若二極管是理想的，正向導通時正向管壓降為零，反向截止時二極管相當于斷開。電路如圖，求：UABV陽

=－6VV陰=－12VV陽>V陰二極管導通若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB=－6V否則，UAB低于－6V一個管壓降，為－6.3Ｖ或－6.7V例1：

取B點作參考點，斷開二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。D6V12V3kBAUAB+–兩個二極管的陰極接在一起取B點作參考點，斷開二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。V1陽

=－6V，V2陽=0V，V1陰

=V2陰=－12VUD1=6V，UD2=12V

∵

UD2>UD1

∴D2優先導通，D1截止。若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB

=0V例2:D1承受反向電壓為－6V流過D2

的電流為求：UABBD16V12V3kAD2UAB+–ui>8V，二極管導通，可看作短路uo=8V

ui<8V，二極管截止，可看作開路uo=ui已知：二極管是理想的，試畫出uo

波形。8V例3：ui18V二極管陰極電位為8VD8VRuoui++––14.4穩壓二極管一種特殊的面接觸型半導體硅二極管。它在電路中與適當數值的電阻配合后能起穩定電壓的作用。1穩壓管表示符號：

正向+-反向+-IZUZ2穩壓管的伏安特性：3穩壓管穩壓原理：穩壓管工作于反向擊穿區。穩壓管擊穿時，電流雖然在很大范圍內變化，但穩壓管兩端的電壓變化很小。利用這一特性，穩壓管在電路中能起穩壓作用。穩壓管的反向特性曲線比較陡。反向擊穿是可逆的。U/VI/mA0IZIZMUZ

4主要參數（2）電壓溫度系數（1）穩定電壓UZ穩壓管在正常工作下管子兩端的電壓。說明穩壓管受溫度變化影響的系數

（3）動態電阻（4）穩定電流（5）最大允許耗散功率rZ穩壓管端電壓的變化量與相應的電流變化量的比值IZPZM管子不致發生熱擊穿的最大功率損耗。

PZM=UZIZM

例題+_UU0UZR穩壓管的穩壓作用當U<UZ

時,電路不通；當U>UZ

時,穩壓管擊穿;此時選R，使IZ<IZM14.5雙極型晶體管14.5.1基本結構結構平面型合金型NPNPNPNNPBECCEB發射結集電結BNNP發射區基區集電區EC發射極基極集電極PPNBECCEB發射結集電結BPPN發射區基區集電區EC發射極基極集電極14.5.2電流分配和放大原理μAmAmAIBICIERBEC++__EBBCE3DG6共發射極接法晶體管電流測量數據由此實驗及測量結果可得出如下結論：(1)IE=IC+IB

符合基爾霍夫電流定律。(2)IE和IC比IB

大的多。(3)當IB=0（將基極開路）時，IE=ICEO，ICEO<0.001mAECμAmAmAIBICIERBEBBCEIB/mA00.020.040.060.080.10IC/mA<0.0010.701.502.303.103.95IE/mA<0.0010.721.542.363.184.05用載流子在晶體管內部的運動規律來解釋上述結論。

外部條件：發射結加正向電壓；集電結加反向電壓。RBEC++__EBEBCNNP電流方向和發射結與集點結的極性CEBCEB14.5.3

特性曲線用來表示該晶體管各極電壓和電流之間相互關系、反映晶體管的性能，是分析放大電路的重要依據。

以共發射極接法時的輸入特性和輸出特性曲線為例。μAmAVIBICRBEC++__EBBE3DG6V+_+_UBEUCEC1輸入特性曲線：死區電壓：硅管：0.5伏左右，鍺管0.1伏左右。正常工作時，發射結的壓降：

NPN型硅管UBE=0.6-0.7V;PNP型鍺管UBE=0.2-0.3V。00.40.8UBE/VIB/μA80604020UCE>1

μAmAVIBICRBEC++__EBBE3DG6V+_+_UBEUCEC2輸出特性曲線

晶體管的輸出特性曲線是一組曲線。μAmAVIBICRBEC++__EBBE3DG6V+_+_UBEUCECUCE/V13436912IC/mA10080604020μAIB=002晶體管的輸出特性曲線是一組曲線。晶體管的輸出特性曲線分為三個工作區：（1）放大區（2）截止區（3）飽和區（1）放大區（線性區）1324369IC/mA10080604020μAIB=00放大區UCE/V

輸出特性曲線的近似水平部分。發射結處于正向偏置；集電結處于反向偏置（2）截止區IB=0曲線以下的區域為截止區

對NPN型硅管而言，當UBE〈0.5V時，即已開始截止，為了截止可靠，常使UBE小于等于零。132436912IC/mA10080604020μAIB=00截止區UCE/V（3）飽和區

當UCE〈UBE時，集電結處于正向偏置，晶體管工作處于飽和狀態

在飽和區，IB的變化對IC的影響較小，兩者不成比例13436912IC/mA10080604020μAIB=002飽和區UCE/VIC+_+_+_IBUCEUBC<0UBE>0放大區IC≈0+_+_+_IB=0UCE≈UCCUBC<0UBE≤0截止區IC≈+_+_+_IB≥I'BUCE≈0UBC>0UBE>0飽和區UCCRC14.5.4主要參數1電流放大系數：靜態電流（直流）放大系數：動態電流（交流）放大系數注意：兩者的含義是不同的，但在特性曲線近于平行等距并且ICEO較小的情況下，兩者數值較為接近。在估算時，常用近似關系（1）（2）對于同一型號的晶體管，值有差別，常用晶體管的

值在20-100之間。2集—基極反向截止電流ICBOICBO=IC|IE=0ICBO受溫度的影響大。在室溫下，小功率鍺管的I