01單元半導體器件基礎

由…夕節導體的導電特性

!；?????導體、絕緣體和半導體

本征半導體的導電特性

心雜質半導體的導電特性

?PN結

由■晶體二極管

!\-^二極管的結構與伏安特性

!—半導體：極管的主要參數

I；?,一/半導體：極管的等效電路與升：關特性

一??一/穩壓二極管

由…■晶體三極管

Ir二極管的結構與分類

I\-一極管內部載流子的運動規律、電流分配關系和放大作用

i—三極管的特性曲線

/、/三極管的主要參數

I二d三極管的開關特性

由?場效應管

iK結型場效應管

i二”.絕緣柵型場效應管

由…?梆軸緝體器件

發光二極管

'光敏二極管和光敏三極管

02津元基本放大電路

由…■基本放大電路的工作原理

:…?基本放大楨各的組成

!:…必直流通路與靜態工作點

!卜.交流詢各與/imrn

i二名放大電路的性能指標

由…6放大電路的圖解分析法

I；..-、/放大電路的靜態圖解分析

i放大電路的動態圖解分析

j輸出電玉的最大幅度與非線性失真分析

由…■微變等效電路分析法

!4力晶體管的h參數

IX晶體管的微變等效電路

I二?必用微變等效?電路法分析放大電路

由…?靜態工作點的穩定

I尹《溫度變化對靜態工作點的影響

「恪工作點穩定的電路

由■場效應管放大電路

場效應管放大電路的靜態分析

由.多級放大電路

多級放大電路的級間耦合方式

多級放大電路的分析方法

由…?放大儂備的頻率特性

K單級阻容耦合放大電路的頻率特性

多級阻容耦合放大電路的頻率特性

03單元負反

由….反饋的基本概念和分類

IK反饋的基本概念和一般表達式

I反饋放大段各的類型與判斷

由一.負反饋放大電路基本類型舉例

I竺?電壓串聯負反饋放大電路

::

I電流并聯負反饋放大電路

!\"^電流串聯負反饋放大電路

I二”.電壓并聯負反饋放大電路

由…6負反饋對放大?瞬性能的影響

I留順大儲

!/提高放大倍數的穩定性

j展寬通頻帶

1；減小非線性失真

I二.,/改娜入電阻和輸出電阻

由…?負反饋放大電路的分析方法

深度負反饋放大電路的近似計算

二*方框圖法分析負反饋放大電路

04單元功率放大器

由…■功率放大電路的基本知識

I駿

::

I甲類單管功率放大電路

由…@互補對稱功率放大火

j”"<OCL類互補放大電路

OTL甲乙類互補對稱電路

■復合互補對稱電路

@變壓器耦合推挽功率放大?蹶

05耦合放大電路

由…6順

…于直接耦合放大電路中的零點漂移

由…■基本差動放大電路的分析

基本差動放大電路

；基本差動放大電路抑偉零點漂移的原理

；??勿基本差動放大電路的靜態分析

基本差動放大電路的動態分析

二名差動放大邨各的刎

06集成運算放大器

由….知戈利備野陶識

!:

;救燉^的特點

IA/集成電路恒流源

!二-、/有源負載的基本概念

由….集成運放的典型電路及參數

I:…/財第=攵F007?幡簡介

［二,?/集成運放的主要技術參數

加，期滋放的血口

概述

:…必磁的基本雌方式

集;照放在信號運算方面的應用

二”.集成運放在使用中應注意的問題

07單元直流電源

由…?整流電路

/斗皺蟋各

加全波整流F幡

于橋超流棚各

i、,十倍壓整流電路

由”■'濾被棧各

心電精繳郵各

:電^惑濾波電路

I復式濾波電路

!二”.有源濾波Ffcl路

由…⑥穩壓叫

:…、/并聯型硅穩壓管穩壓電路

串聯型穩壓越的檄I源

帶有放大環節的串聯型穩壓電路

:…七夕穩壓電源的質量指標

二”.提高穩壓電源性能的措施

08正弦電路

由??■自激振蕩原理

心自激振蕩的條件

…必自激振蕩的建i和振幅的穩定

：正弦波振蕩電路的組成

由-■LC正弦波振蕩電路

I二▼變壓器反饋式振蕩電路

由…?三點式LC振蕩電路

!三點式LC振蕩電路的構成原則

K電感上點式振蕩電路

電容三點式振蕩Ft1路

j二“?克拉潑可席勒振蕩電路（改進型電容三點式振蕩電路）

由,■石英品體振蕩器

|石英晶體的基本特性和等效電路

!?????/石英晶振：并聯型晶體振蕩電路

!二-.石英晶振：串聯型晶體振蕩電路

由…?RC振蕩電路

上".RC相移振蕩電路

文氏電橋振蕩電路

調制、解調和頻

各調制方式

由…■調幅

i調幅原理

i;…調幅波的頻譜

!—調幅波的功率

i二,必調幅電路

由,?檢波

!小信號平方律檢波

i恪大信號直線性檢波

由…■調頻

ix調頻的特點

iX調頻波的表達式

I\~^調頻電路：變容：極管調頻電路

i二”、?調頻與調幅的比較

由--鑒頻

1:…必對稱式比例鑒頻劉

I二▼不又撒式比例鑒頻利

由--變頻

頻原理

—變頻電路

10^^無線廣播與接受

6根司，播與腳攵

6無線電波的傳播

由…6，勖卜差收音機

::

I留卜差收音機加II圖

::

1二,〈,勖嗟收音機性能指標

由…6LC諧振回路

移LC串聯諧振回路

…8LC并聯諧振回路

6輸入回路

@統調

■中頻放大電路

?自動增益電路

■整機邨的析

半導

導體、物體和半導體

自然界的各種物質就其導電性能來說、可以分為導體、絕緣體和半導體三大類。

導體具有良好的導電特性，常溫下，其內部存在著大量的自由電子，它們在外電場的作用下做定向運動形成

較大的電流。因而導體的電阻率很小，只有1。1（?".ctn金屬..般為導體，如銅、鋁、銀等。

絕緣體幾乎不導電，如橡膠、陶瓷、塑料等。在這類材料中，幾乎沒有自由電子，即使受外電場作用也不會

形成電流，所以，絕緣體的電阻率很大，在1010A,cm以上。

半導體的導電能力介于導體和絕緣體之間，如硅、楮、硒等，它們的電阻率通常在I。'已,cm之間。

半導體之所以得到廣泛應用是因為它的導電能力受摻雜、溫度和光照的影響十分顯著。如純凈的半導體單晶

硅在室溫下電阻率約為214X1Q3A-ctn,若按百萬分之?的比例摻入少量雜質（如磷）后，其電阻率急劇下

降為2X10-3。?加，幾乎降低了一百萬倍。半導體具有這種性能的根本原因在于半導體原子結構的特殊性。

本征半導體的導電特性

〃本?衽才字體的兵偷破鞋構4原子模型

及半導體中的我溫于常用的半導體材料是單晶硅（Si）和單

晶銘（Gc）。所謂單晶，是指整塊晶體中

的原子按?定規則整齊地排列著的晶體。

非常純凈的單晶半導體稱為本征半導體。

價電J-

一、本征半導體的原子結構

?Q.半導體錯和硅都是四價元素，其原子結構

“￡》的簡化模中示意圖如圖Z0I02所示。它們的最外層

---------—…都有4個電子，帶4個單位負電荷。通常

圖Z°101硅原子模型把原子核和內層電子看作一個整體,稱為

慣性核，如圖ZO1O1所示。

圖Z0102硅本征半慣性核帶有4個單位正電荷，最外層有4個價電子帶有4個單位

負電荷，因此，整個原子為電中性。

二、本征激發

一般來說，共價鍵中的價電子不完全象絕緣體中價電子所受束縛那樣強，如果能從外界獲得一

定的能量（如光照、升溫、電磁場激發等），?些價電子就可菖靜脫共價鍵的束縛而成為自由電子。

理論和實驗表明：在常溫（T=3OOK）下,硅共價鍵中的價電子只要獲得大于電離能EG（=LleV）

的能量便可激發成為自由電子。本征錯的電離能更小，只有0.72eV。

當共價鍵中的一個價電子受激發掙脫原子核的束縛成為自由電子的同時，在共價鍵中便留下了

一個空位子，稱為"空穴”。當空穴出現時，相鄰原子的價電子比較容易離開它所在的共價鍵而填

補到這個空穴中來使該價電子原來所在共價鍵中出現一個新的空穴，這個空穴又可能被相鄰原子

的價電子填補，再出現新的空穴。價電子填補空穴的這種運動無論在形式上還是效果上都相當于

帶正電荷的空穴在運動，目運動方向與價電子運動方向相反。為了區別于自由電子的運動，把這

種運動稱為空穴運動，并把空穴看成是一種帶正點荷的載流子。

電子一空穴對

本征激發

復合：當自由電子在運動過程中遇到空穴時可能會填充進去從而恢復

一個共價鍵，與此同時消失個地子--空穴對，這相反過程稱為復合。

動態平衡：在一定溫度條件下，產生的"電子一空穴對"和復合的”電子一空穴對'數量相等時，形

成相對平衡，這種相對平衡屬于動態平衡，避慟態平衡忖，電子一空穴對維持一定的數目。

可見，在半導體中存在著自由電子和空穴兩種載流子，而金屬導體中只有自由電子一種載流子,

這也是半導體與導體導電方式的不同之處。

半導體的導性

木征半導體的導電能力很弱，熱穩定性也彳艮差，因此不宜直接用它制造

半導體器件。半導體器件多數是用含有一定數量的某種雜質的半導體制成。

根據摻入雜質性質的不同，雜質半導體分為N型半導體和P型半導體兩種。

-、N型轉體

在本征半導體硅（或錯）中摻入微量的5價元素，例如磷，則磷原子就

取代了硅晶體中少量的硅原子，占據晶格上的某些位置。如圖Z0103所示。

由圖可見，磷原子最外層有5個價電子，其中4個價電子分別與鄰近4

個硅原子形成共價鍵結構，多余的1個價電子在共價鍵之外，只受到磷原

子對它微弱的束縛，因此在室溫下，即可獲得掙脫束縛所需要的能量而成

為自由電子，游離于晶格之間。失去甩了的磷原子則成為不能移動的正離

子。磷原子由于可以釋放1個電子而被稱為施主原子，又秘施主雜質。

圖Z0103N型半導體在本征半導體中每摻入1個磷原子就可產生1個自由電子，而本征激發

產生的空穴的數目不變。這樣，在摻入磷的半導體中，自由電子的數目就

遠遠超過了空穴數目，成為多數載流子（簡稱多子），空穴則為少數載流子（簡稱少子）。顯然，參與導電的主

要是電子，故這種半導體稱為電子型半導體，簡稱N型半導體。

二、P型半導體

在本征半導體硅（或錯）中，若摻入微量的3價元素，如硼，這時硼原子

就取代了晶體中的少量硅原子，占據品格上的某些位置，如圖Z0104所示。

由圖可知，硼原子的3個價電子分別與其鄰近的3個硅原子中的3個價電子

組成完整的共價鍵,而與其相鄰的另1個硅原子的共價鍵中貝啾少1個電子,

出現了1個空穴。這個空穴被附近硅原子中的價電子來填充后，使3價的硼

原子獲得了1個電子而變成負離子。同時，鄰近共價鍵上出現1個空穴。由

于硼原子起著接受電子的作用，故稱為受主原子，又稱受主雜質。

PN結的形成

在本征半導體中每摻入1個硼原子就可以提供1個空穴，當摻入一定數量

的硼原子時，就可以使半導體中空穴的數目遠大于本征激發電子的數目，成

SZ0105PN醐緘

為多數我流于，而電了則成為少數載流已顯然，參與導電的主要是空穴，

故這種半導體稱為空穴型半導體，簡稱P型半導體。

PN結

空間電荷區一、PN結的形成

在一塊完整的硅片

上，用不同的摻雜工藝

使其一邊形成N型半

導體，另一邊形成P

型半導體，那么在兩種

受主雜助離子/篦主雜腦葉子半導體交界面附近就

PN結的形成形成了PN結，如圖

Z0105所示。由于P

圖Z0105PN結的形成區的多數載流子是空

穴，少數載流子是電

子；N區多數投流于是電子，少數載流子是空穴，這就使交界面

兩側明顯地存在著兩種載流子的濃度差。因此，N區的電子必然

越過界面向P區擴散，并與P區界面附近的空穴復合而消失，在

N區的一側留下了一層不能移動的施主正離子；同樣，P區的空

穴也越過界面向N區擴散，與N區界面附近的電子復合而消失，

在P區的一側，留下一層不能移動的受主負離子。擴散的結果，使交界面兩側出現了由不能移

動的帶電離子組成的空間電荷區，因而形成了個由N區指向P區的電場，稱為內電場。隨著

擴散的進行，空間電荷區加寬，內電場增強，由于內電場的作用是阻礙多子擴散，促使少子漂

移，所以，當擴散運動9漂移運動達到動態平衡時，將形成穩定的空間電荷區，稱為PN結。

由于空間電荷區內缺少截流子，所以又稱PN結為耗盡層或高阻區。

二、PN結的單向導電性

PN結在未加外加電壓時，擴散運動與漂移運動處于動態平衡，

通過PN結的電流為零。當電源正極接P區，負極接N區時，稱為

給pN結加正向電壓或正向偏置，如圖Z0106所示。由于PN結是

高阻區，而P區和N區的電阻很小，所以正向電壓兒乎全部加在

PN結兩端。在PN結上產生一個外電場，其方向與內電場相反，

在它的推動下，N區的電子要向左邊擴散，并與原來空間電荷區的

正離子中和，使空間電荷區變窄。同樣，P區的空穴也要向右邊擴

散，并與原來空間電荷區的負離子中和，使空間電荷區變窄。結果

使內電場減弱，破壞了PN結原有的動態平衡。于是擴散運動超過

了漂移運動，擴散又繼續進行。與此同時，電源不斷向P區補充正

F反向偏置的PN結電荷，向N區補充負電荷，結果在電路中形成了較大的正向電流

/F。而且/F隨著正向電壓的增大而增大。

圖Z0106單向導電性當電源正極接N區、負極接P區時，稱為給PN結加反向電壓

或反向偏置。反向電壓產生的外加電場的方向與內電場的方向相

同，使PN結內電場加強，它把P區的多子（空穴）和N區的多子（自由電子）從PN結附近

拉走，使PN結進一步加寬，PN結的電阻增大，打破了PN結原來的平衡，在電場作用下的

漂移運動大于擴散運動。這時通過PN結的電流，主要是少子形成的漂移電流，稱為反向電流

/R。由于在常溫下，少數載流子的數量不多，故反向電流很小，而且當外加電壓在一定范圍內

變化時，它幾乎不隨外加電壓的變化而變化，因此反向電流又稱為反向飽和電流。當反向電流

可以忽略時，就可認為PN結處于截止狀態。值得注意的是，由于本征激發隨溫度的升高而加

劇，導致電子一空穴對增多，因而反向電流將隨溫度的升高而成倍增長。反向電流是造成電路

噪聲的主，要原因之一，因此，在設計電路時，必須考慮溫度補償問題。

綜上所述，PN結正偏時，正向電流較大，相當于PN結導通，反偏時，反向電流很小，相

當于PN結截止。這就是PN結的單向導電性。

三、PN結的擊穿特性

當PN結上加的反向電壓增大到?定數值時，反向電流突然劇增，這種現象稱為PN結的反

向擊穿。PN結出現擊穿時的反向電壓稱為反向擊穿電壓，用VB表示。反向擊穿可分為雪崩

擊穿和齊納擊穿兩類。

1.雪崩擊穿

當反向電壓較高時，結內電場很強，使得在結內作漂移運動的少數載流子獲得很大的動能。

當它與結內原子發生直接碰撞時，將原子電離，產生新的"電子一空穴對"。這些新的"電子一空

穴對"，又被強電場加速再去碰撞其它原子，產生更多的”電子一空穴對"。如此鏈鎖反應，使結

內載流子數目劇增，并在反向電壓作用下作漂移運動，形成很大的反向電流。這種擊穿稱為雪

崩擊穿。顯然雪崩擊穿的物理本質是碰撞電離。

2.齊納擊穿

齊納擊穿通常發生在摻雜濃度很高的PN結內。由于摻雜濃度很高，PN結很窄，這樣即使

施加較小的反向電壓（5V以下），結層中的電場卻很強（可達2$XI。5V/m左右在強電

場作用下，會強行促使PN結內原子的價電子從共價鍵中拉出來，形成"電子一空穴對"，從而

產生大量的載流子。它們在反向電壓的作用下，形成很大的反向電流，出現了擊穿。顯然，齊

納擊穿的物理本質是場致電離。

采取適當的摻雜工藝，將硅PN結的雪崩擊穿電壓可控制在8?1000V。而齊納擊穿電壓低于

5V。在5?8V之間兩種擊穿可能同時發生。

晶極管

評管的鈉與伏靖性

晶體二極管也稱半導體二極管，它是在

PN結上加接觸電極、引線和管殼封裝而

成的。按其結構，通常有點接觸型和面結

型兩類。常用符號如圖Z0107中V、HD（本

資料用D）

半導體二極首

電路符號

圖Z0111二極管伏安轉性曲線示意圖

圖Z0107電路符號圖Z0108點接觸2

點接觸型適用于工作電流小、工作頻率高的場合；（如圖Z0108）

面結合型適用于工作電流較大、工作頻率較低的場合；（如圖Z0109）

平面型適用于工作電流大、功率大、工作頻率低的場合。（如圖zono）

按使用的半導體材料分，有硅二極管和銘二極管；按用途分，有普通二極管、整

流二極管、檢波二極管、混頻二極管、穩壓二極管、開關二極管、光敏二極管、變

容二極管、光電二極管等。

二極管是由一個PN結構成的，它的主要特性就是單向導電性，通常主要用它的

伏安特性來表示。

二極管的伏安特性是指流過二極管的電流ZD與加于二極管兩端的電壓〃D之間的

關系或曲線。用逐點測量的方法測繪出來或用晶體管圖示儀顯示出來的U?I曲線，

稱二極管的伏安特性曲線。圖Z0111是二極管的伏安特性曲線示意圖，依此為例說

明其特性。

一、正向特性

由圖可以看出，當所加的正向電壓為零時，電流為零；當正向電壓較小時，由于外

電場遠不足以克服PN結內電場對多數載流子擴散運動所造成的阻力，故正向電流

很小（幾乎為零），二極管呈現出較大的電阻。這段曲線稱為死區。

當正向電壓升高到一定值Uy（Uth）以后內電場被顯著減弱，正向電流才有明顯

增加。Uy被稱為門限電壓或閥電壓。Uy視二極管材料和溫度的不同而不同，常溫

下，硅管一般為0.5V左右，錯管為0.1V左右。在實際應用中，常把正向特性較直

部分延長交于橫軸的一點，定為門限電壓Uy的值，如圖中虛線與u軸的交點。

當正向電壓大于勿以后，正向電流隨正向電壓幾乎線性增長。把正向電流隨正向

電壓線性增長時所對應的正向電壓，稱為二極管的導通電壓，用UF來表示。通常，

硅管的導通電壓約為0.6?0.8V（一般取為0.7V）,鑄管的導通電壓約為0.1?0.3V

（一般取為0.2V）。

二、反向特性

當二極管兩端外加反向電壓時，PN結內電場進一步增強，使擴散更難進行。這時

只有少數載流子在反向電壓作用下的漂移運動形成微弱的反向也流尿。反向電流很

小，且幾乎不隨反向電壓的增大而增大（在一定的范圍內），如圖Z0111中所示。但

反向電流是溫度的函數，將隨溫度的變化而變化。常溫下，小功率硅管的反向電流

在nA數量級，錯管的反向電流在nA數量級。

三、反向擊穿特性

當反向電壓增大到一定數值UBR時，反向電流劇增，這種現象稱為二極管的擊穿，

0BR（或用-B表示）稱為擊穿電壓，UBR視不同二極管而定，普通二極管一般在幾

十伏以上且硅管較錯管為高。

擊穿特性的特點是，雖然反向電流劇增，但二極管的端電壓卻變化很小，這特

點成為制作穩壓二極管的依據。

四、二極管伏安特性的數學表達式

由理論分析可知，二極管的伏安特性可近似用卜湎的數學表達式來表示：

丐="到GS0101

式中，，。為流過二極管的電流，MD,為加在二極管兩端的電壓，片稱為溫度的電

壓當量，與熱力學溫度成正比，表示為

>T=W/g其中T為熱力學溫度，單位是K；q是電子的電荷量，q=1602XlO-^C.

k為玻耳茲曼常數，k=L381xi（r23j/K室溫下，可求得片=26mV。/R是

二極管的反向飽和電流。

五、溫度對二極管伏安特性的影響

二極管是溫度的敏感器件，溫度的變化對其伏安特性的影響主要表現為：隨著溫

度的升高，其正向特性曲線左移，即正向壓降減小；反向特性曲線下移，即反向電

流增大。一般在室溫附近，溫度每升高I。。其正向壓降減小2?2.5mV；溫度每升

高10。€\,反向電流大約增大1倍左右。

綜上所述，二極管的伏安特性具有以下特點：

①二極管具有單向導電性；

②二極管的伏安特性具有非線性;

③二極管的伏安特性與溫度有關。

半導體二a管的型參數

描述二極管特性的物理量稱為二極管的參數，它是反映二極管電性能的質量指標，

是合理選擇和使用二極管的主要依據。在半導體器件手冊或生產廠家的產品目錄中，

對各種型號的二極管均用表格列出其參數。二極管的主要參數有以下幾種：

1.最大平均整流電流IF64v；

/F是指二極管長期工作時，允許通過的最大正向平均電流。它與PN結的面

積、材料及散熱條件有關。實際應用時，工作電流應小于IF(AV),否則，可能導

致結溫過高而燒毀PN結。

2.最高反向工作電壓VRM

■RM是指二極管反向運用時，所允許加的最大反向電壓。實際應用時，當反向電

壓增加到擊穿電壓KR時，二極管可能被擊穿損壞，因而，JZRM通常取為(1/2?

2/3)KBRo

3.反向電流”

/R是指二極管未被反向擊穿時的反向電流。理論上/R=/R(sat),但考慮表面漏

電等因素，實際上/R稍大一些。/R愈小，表明二極管的單向導電性能愈好。另外，

/R與溫度密切相關，使用時應注意。

4.最高工作頻率亦I

亦1是指二極管正常工作時，允許通過交流信號的最高頻率。實際應用時，不要超

過此值，否則二極管的單向導電性將顯著退化。.人的大小主要由二極管的電容效應

來決定。

5.二極管的電阻

就二極管在電路中電流與電壓的關系而言，可以把它看成一個等效電阻，且有直

流電阻與交流電阻之別。

(1)直流等效電阻RD

直流電阻定義為加在二極管兩端的直流電壓UD與流過二極管的直流電流ID之

比，即

RD=-GS0102

RD的大小與二極管的工作點有關。通常用萬用表測出來的二極管電阻即直流電阻。

不過應注意的是，使用不同的歐姆檔測出來的直流等效電阻不同。其原因是二極管

工作點的位置不同。一般二

??“體?住鈉位*曲五學升?底極管的正向直流電阻在幾

11

0*三例介，2*%￥?8部外7停得分十歐姆到幾千歐姆之間，反

唾用漢?茶

向直流電阻在幾十千歐姆

陽百技＜)?***界弓到幾百千歐姆之間。正反向

用漢0(攜*字****《?突W直流電阻差距越大，二極管

用漢“責*字R?示

的單向導電性能越好。

用xmtm中?**件的電11。

(2)交流等效電阻rd

■?ft*5HAn*tAX*X

Y)。

GS0103

山亦隨工作點而變化，是

非線性電阻。通常，二極管

的交流正向電阻在兒?兒

十歐姆之間。

需要指出的是，由于制造

表Z0101國產半導體器件型號的命名方法工藝的限制，即使是同類型

號的二極管，其參數的分散

性很大。通常半導體手冊上

給出的參數都是在一定測試條件下測出的，使用時應注意條件。

半導體二極管的型號命名

二極管的型號命名通常根據國家標準GB-249-74規定，由五部分組成。第一一部分

用數字表示器件電極的數目；第二部分用漢語拼音字母表示器件材料和極性；第三

部分用漢語拼音字母表示器件的類型；第四部分用數字表示器件序號；第五部分用

漢語拼音字母表示規格號。如表Z101所示。

半導體二極管的等效電路與開關特性

一、二極管的電容效應

二極管具有電容效應。它的電容包卻；勢壘電容6和擴散電容6。

1.勢壘電容OBCCr)

前面已經講過，PN結內缺少導電的載流子，其電導率很低，相當于介質；而PN結兩側的P區、

N區的電導率高，相當于金屬導體。從這一結構來看，PN結等效于一個電容器。

事實上，當PN結兩端加正向電壓時，PN結變窄，結中空間『(J荷量減少，相當于電容"放電"，

當PN結兩端加反向電壓時，PN結變寬，結中空間電荷量增多，相當于電容"充電"。這種現象可

以用個電容來模擬，稱為勢壘電容。勢壘電容與普通也容不同之處，在于它的電容量并非常數,

而是與外加F[1壓有關。當外加反向電壓增大時，勢壘電容

減小；反向電壓減小時，勢壘電容增大。目前廣泛應用的

變容二極管，就是利用PN結電容隨外加電壓變化的特性

制成的。

2.擴散電容6

PN結正向偏置時，N區的電子向P區擴散，在P區形成

一定的非平衡載流子的濃度分布，即靠近PN結T則濃度

高，遠離PN結的Tffl濃度低。顯然，在P區積累了電子,

即存貯了一定數量的負電荷；同樣,在N區也積累了空穴,

即存貯了一定數即正電荷。當正向電壓加大時，擴散增強,

這時由N區擴散到P區的電子數和由P區擴散N區的空穴數將增多,致使在兩個區域內形成了

電荷堆積，相當于電容器的充電。相反，當正向電^減小時，擴散減弱，即由N區擴散到P區的

電子數和由P區擴散到N區的空穴數減少，造成兩個區域內電荷的減少,、這相當于電容器放電。

因此，可以用一個電容來模擬，稱為擴散電容。

總之，二極管呈現出兩種電容，它的總電容G相當于兩者的并聯，即0=6+6。二極管正

向偏置時，擴散電容遠大于勢壘電容Q=Cb；而反向偏置時，擴散電容可以忽略，勢壘電容起主

要作用，。乜力。

二、二極管的翎螭

二極管是一個非線性器件，對于非線性電路的分析與計算是比較復雜的。為了使電路的分析簡

化，可以用綠院件組成的郵各來模擬二極管。使線性?蹶的電壓、卜蝴關系和二極管夕隋性S

似致那么這個線性?酹就稱為二極管的等效電路。顯然等效id路是在定條件下的近似。

二極管應用于直流電路時，常用一個理?想二極管模型來等效，可把它看成一個理想開關。正偏

時，相當于"開關"閉合(ON),電阻為零，壓降為零；反偏時；相當于"開關慚開(OFF),電阻

為無限大，電流為零。由于理想二極管模型突出表現了二極管最基本的特性-單向導電性，所以廣

泛應用于直流電路及開關電路中。

在直流電路中如果考慮到二極管的電阻和門限電壓的影響。實際二極管可用圖Z0112所示的電

螂鉞

在二極管兩端加直流偏置電壓和工作在交流小信號的條件卜，可以用簡化的電路來等效。圖中

rs為二極管P區和N區的體電阻。

三、二極管的開關特性

二極管正偏時導通，相當于開關的接通；反偏時截止相當于開關的斷開，表明二極管具有開關

特性。不過一個理想的開關，在接通時開關本身電阻為零，壓降為零，而斷開時電阻為無窮大，

電流為冬，而且要求在高速開關時仍具有以上特性，不需要開關時間。但實際二極管作為開關運

用，并不是太理想的。因為二極管正向導通時，其正向電阻和正向降壓均不為零；反向戳止時，

其反向電阻也不是無窮大，反向電流也不為零。并且二極管開、關狀態的轉換需要一定時間.這

就限制了它的開關速度。因此作開關時，應選用正向電阻RF小、反向電阻&R大、開關時間小的

開關二極管。

穩壓二極管

—硅穩壓二極管（簡稱

，實物圖片?型號?主要參數?符號小

硅穩壓管）實質上是一

GM3Z6VP?使用時的注意事項

J.OV1,1W個硅晶體二極管。穩壓

1.正負極的判定

-?_?2,反而接入電路二極管的實例和管子

Z7T27Vzn2.7V3.摟入限流電阻

（ITT1F2）Pv1W4.稔壓管是聯管的符號如圖Z0113所

1.二極管的擊穿現象

圖Z10113穩壓二極管

由二極管的伏安特

性可知，當加于它兩端的反偏Ftl壓超過反向擊穿電壓之后，二極管將發生擊穿現象。二極管的擊

穿通常有三不忖青況，即雪崩擊穿、齊納擊穿和熱擊穿。

（1）雪崩擊穿

對于摻雜濃度較低的PN結，結較厚，當外加反向電壓高到一定數值時，因外出場過強，使PN

結內少數載流了獲得很大的動能而直接與原子碰撞，將原子電離，產生新的電/空穴對，由于鏈

鎖反應的結果，使少數載流「數目急劇增多，反向電流雪崩式地迅速增大，這種現象叫雪崩擊穿。

雪崩擊穿通常發生在高反壓、低摻雜的情況下。

（2）齊納擊穿

對于采用高摻雜（即雜質濃度很大）形成的PN結，由于結很薄（如0.04阿）即使外加電壓并

不高（如4V）,就可產生很強的電場（如?附'/cm）將結內共價鍵中的價電子拉出來，產生大

量的電子一空穴對，使反向電流劇增，這種現象叫齊納擊穿（因齊納研究而得名）。齊納擊穿一般

發生在低反壓、高摻雜的情況下。

（3）熱擊穿

在使用二極管的過程中，如由于PN結功耗（反向電流與反向電壓之積）過大，使結溫升高，電

流變大，循環反復的結果，超過PN結的允許功耗，使PN結擊穿的現象叫熱擊穿。熱擊穿后二極

管將發生永久性損壞。

對于硅PN結，擊穿電壓在7V以上的為雪崩擊穿；4V以下的為齊納擊穿；在。4?7V之間的

兩種情況都有。無論哪種擊穿，只要控制反向電流的數值不致弓I起熱擊穿，當反向電壓下降到擊

穿電壓以下，其性能可以恢復SU未擊穿前的狀況。

2.穩壓管的擊穿特性穩壓管的正向特性與?般二極管相同，而反向擊穿特性很陡峭。

3.觸管的主要領

(1)穩定電壓上

丘穩壓管反向擊穿后其電流為規定值時它兩端的電壓值。不同型號的穩壓管其丘的范圍不同；

同種型號的穩壓管也常因工藝上的差異而有一定的分散性。所以，也一般給出的是范圍值，例如

2CW11的正在3.2?4.5V(測試電流為10mA)。當然，二極管(包括穩壓管)的正向導通特性

也有穩壓作用，穩定電壓只有Q6718V,且隨溫度的變化較大，故一般不常用。

(2)穩定電流無

IZ是指穩壓管正常工作時的參考電流。■/Z通常在最小穩定電流//min與最大穩定電流岳爾之間。

其中八n是指穩缶管開始起穩作用時的最小電流，電流低于此值時，穩壓效果差；歷.是指

穩田管穩定工作時的最大允許電流，超過此電流時，只要超過額定功耗，穩東管將發生永久性擊

穿。故，一般要求/zmin<lz</zmax?

(3)動態電阻々

rz是指在穩壓管正常工作的范圍內，電壓的微變量與電流的微變量之比。rz.越小，表明穩壓

管性白健好。

(4)額定功耗Pz

及是由管子溫升所決定的參數，PT尸VzM。

(5)溫度系數a

a是指以受溫度影響的程度。硅穩壓管在改<4V時a<0；在上>7V時，a>0；在此=4?

7V時,a很小

三極管的結構與分類

晶體三極管

晶體三極管又稱半導體三極管，簡稱晶體管或三極管。在三極管內，有兩種截流子：電廣與空穴,

它們同時參與導電，故晶體三極管又稱為雙極型晶體三極管，簡記為BJT(英文BipolarJunction

Transistor的縮寫)。它的基本功能是具有電流放大作用。

一、鈉

圖Z0113和圖Z0114給出了NPN和PNP型兩類三極管的結構示意圖和表示符號。它有兩個PN

結（分別稱為發射結和集電結），三個區（分別稱為發射區、基區和集電區），從三個區域引出三

個電極（分別稱為發射極e、基極b和集電極c）。發射極的箭頭方向代表發射結正向導通時的電

流的實際流向。

為了保證二極管具有良好的電流放大作用，在制造三極管的工藝過程中，必須作到：

①使發射區的摻雜濃度最高，以有效地發射載流子；

②使基區摻雜濃度最小，且區最薄，以有效地傳輸載流子；

③使集電區面積最大，月摻雜濃度小于發I寸區，以有效地收集載流子。

一三良營ii的,東女國--------------------------------

圖Z10H3三極管結構示意圖

三微管的電路符號VT（V、T）

PNP型NPN■型

圖Z10114三極管的電路符號

二、

在實際應用中，從不同的角度對三極管可有不同的分類方法。

按材料分，有硅管和精管；

按結構分，有NPN型管和PNP型管；

按工作頻率分，有高頻管和低頻管；

按制誕工藝分，有合金管和平面管；

按功率分，有中、小功率管和大功率管等等。

三極管內部載流子的遨娜律、分配關系和放大作用

一、三極管的三種連接方式

三極管在電路中的連接方式有三種:①共基極接法;②共發射極接法,

③共集電極接法。如圖Z0115所示。共什么極是指電路的輸入端及輸

出端以這個極作為公共端。必須注意，無論那種接法，為了使三極管

具有正常的電流放大作用，都必須外加大小和極性適當的電壓。即必

須給發射結加正向偏置電壓，發I寸區才能起到向基區注入載流子的作

用；必須給集電結加反向偏置電壓（一般幾?幾十伏），在集電結才能

形成較強的電場，才能把捌寸區注入基區，并擴散到集電結邊緣的載

圖Z115三種連接方式流子拉入集電區，使集電區起到收集載流子的作用。

二、三極管內部載流子的運動規律

在發射結正偏、集電結反偏的條件下，三極管內部載流子的運動，可分為3個過程，下面以NPN

型三極管為例來討論（共射極接法）。

1.發射區向基區注入載流子的過程

由于發射結外加正向電壓，發射區的電子載流子源源不斷地注入基區，基區的多數載流子空穴,

也要注入發射區。如圖Z0116所示，二者共同形成發勢微電流正。但是，由于基區摻雜濃度比發

射區小2?3個數量級，注入發射區的空穴流與注入基區的電子流相比，可略去。

三城管內部通位分配關系

影成的電子電流.

Ipe.基區亞子空穴向發里區

擴散而B成的空穴最流

Ipe<3CIne

Inb,Ine里與基區中空穴

復合的蟹少那余電了.

這是基板電指的主要

成分.

Inc,菜?結反解,在結電

電躺撼藏人集

ICBO?集基反向飽和電流

IB=Ine+IpeIne

IB=Inb+Ipe-ICBO

HInb-ICBO

Ic=Inc+ICBO

(Ine=Inc+Inb)

IE=IB+Ic

圖Z0116三極管內部電癡分配關系示意圖

2.載流子在基區中擴散與復合的過程

由發射區注入基區的電子載流子，其濃度從發射結邊緣到集電結邊緣是逐漸遞減的，即形成了一

定的濃度梯度，因而，電子便不斷地向集電結方向擴散。由于基區寬度制乍制艮小，且摻雜濃度

也很低，從而大大地減小了復合的機會，使注入基區的95%以上的也了載流了都自例達集電結。

故基區中是以擴散電流為主的，且擴散與復合的比例決定了三極管的電流放大能力。

3.集電區收解漪子的過程

集電結外加較大的反向電壓，使結內電場很強，基區中擴散到集電結邊緣的電子，受強電場的

作用，迅速漂移越過集電結而進入集電區，形喊電極電流加c。另一方面，集電結兩邊的少數載

流子，也要經過集電結漂移，在c,b之間形成所謂反向飽和電流/CBO,不過，1fcB。一^艮小，因

而集電極電流

TNC+/CBO-INCGS0105

同時基極電流

加=/PB+/E-/CB8/PB-/CBOGS0106

反向飽和電流/CBO與發射區無關，對放大作用無貢獻，但它是溫度的函數，是管子工作不穩定

的主要因素。制譴時，總是盡量設法減小它。

三、三極管的電流分配關系與放大作用

1.電分配關系

由圖Z0U6可知，三極管三個電極上的電流組成如下：

發射極電流/E

IE—/NE+IPE=/NEGS0107

基極電流/B

/B=+小E-/CBO~/PB-/CBO

集電極電流/C

/C=7NC+A:BO^/NC

同時由圖Z0116也可看出