半导体二极管

-50 -25
U BR
反向
U(V)
-20 -40 A)
图7-22
2CP10硅二极管的伏安特性曲线 PN结内电场对多数载流子（除 少量能量较大者外）扩散运动的阻力，故正向电流很小，几
乎为零。当正向电压超过一定数值后，内电场被大大削弱， 电流增长很快。这个一定数值的正向电压就是死区电压，其 大小与材料及环境温度有关。通常，硅管的死区电压约为 0.6V，锗管约为0.2V。
R 40 欧姆，外加电压10V。求I，IL，IZ。
欧姆，限流电 RL 600
E U Z 10 6V I 100mA R 40
（3）I Z I I L 90mA
四. 二极管的电容特性 PN结不仅具有非线性电阻特性，而且具有非线性电容
特性。在正向偏压下， PN结呈现的电容称为扩散电容，而
图7-25 PN结势垒电容特性
型PN 结电容特性的差别。 图7-25是式（7-12）的曲线。 利用势垒电容可以制成变容二极 管，它的电路符号为图7-26所示。

图7-26 变容二极管符号
§7.4 半导体三极管
一. 基本结构
在一块完整的半导体单晶上制作两个PN结，就获得三
极管。
E
铟 铟Βιβλιοθήκη BnEN型锗片
§7.3 半导体二极管
一. 基本结构 将PN结加上相应的电极引线和管壳，就成为半导体二
极管。按结构分，二极管有点接触型和面接触型两类。点
接触型二极管（一般为锗管）如图7-20(a)所示。它的PN 结结面积很小（结电容小），因此不能通过较大电流，但 其高频性能好，故一般适用于高频和小功率的工作，也用 作数字电路中的开关元件。面接触型二极管（一般为硅管）
N

Cj
I0
U
反向偏压越高，空间电荷越多，
空间电荷区宽度ℓ越大，势垒电容越小。
图7-24 势垒电容
可以证明， PN结势垒电容的表达式为
Cj
C j 0 U 1 UB

Cj
(7-12)
Cj(0) 0 UB U
式中， U — 外加偏压
UB — PN 结内建电位差 对于硅二极管，UB = 0.6 ~ 0.7 V Cj(0) — 零偏压下的势垒电容。 — 电容指数，它反映了不同类
而当U = 0，I = 0，I扩 = I漂时，是动态平衡状态。 三. 实际二极管的伏安特性 图7-22是一个实例。 实际二极管伏安特性，有如下特点： 1. 正向电压较小时，存在死区电压 （又称 阀值电压，导通电压） 由图可见，当外加正向电压很 小时，由于外电场还不能克服
I(mA)
40 正向 死区 20 电压 0 0.4 击穿电压 0.8
在反向偏压下，PN结呈现的电容称为势垒电容。
这里，我们讨论势垒电容。 前已论述，在反向偏压时，反向电
流几乎为零， PN结可以认为几乎截
PN结

止， PN结反向电阻近似无穷大。从
宏观看， PN结边界两边的基本结构 类似于平板电容，这一电容称为势 垒电容Cj。 势垒电容与反向偏压大小有关，
P

C
N型外延层 N型硅衬底
B
C
(b)平面扩散工艺
(a)合金法工艺
第(12)页
图7-27 半导体三极管的结构工艺
三极管有两种基本类型：PNP三极管和NPN三极管。 它们的结构示意图及电路符号如图7-28所示。
发射结

集电结

E
N
发射区 E
P
N
C 集电区
E
P
N
P
C
B 基区 C
B E C
B
B
(a) NPN三极管
I
I IS
IS
e e
qU kT
U VT
1
1
-IS 0
U
根据式（7-11），当 U VT 26mV 时，
图7-21
二极管伏安特性
这是流过二极管的正向电流，由多数载流子的扩散电流构成。 当 U 0 时，
I ISe
qU kT
I IS
这是反向饱和电流，由少数载流子的漂移电流构成。
(b) PNP三极管
图7-28 晶体管结构示意图及电路符号 对比二极管、三极管虽然仅多了一个PN结，但性能上 却有质的飞跃。因为它不仅具有开关作用，而且具有放大
信号的功能。
二. 电流分配和放大原理 1. 三极管外部电路连接条件 为了使三极管产生放大作用，两个PN结必须加上正确 的电压极性，原则是： 发射结（EB结）—— 正向电压（正向偏压） 集电结（CB结）—— 反向电压（反向偏压）
如图7-20(b)所示。它的PN结结面积较大（结电容大），
故可通过较大电流（可达上千安培），但其工作频率较低， 一般用作整流。图7-20(c) 是二极管的表示符号。
二.伏安特性 二极管既然是一个PN结，它当然具有单向导电性，其 伏安特性曲线如图7-21所示。 可以证明，二极管的理想伏安特性可由 下式表示：
而且一般要求
如图7-29所示。
E
P

|U反|>>|U正|
N P
C
E
N

P
N
C
B
B

U正

U反 U正 U反
图7-29 三极管两个PN结的偏置方法
2. 载流子在三极管内的传输过程 以P+NP管为例，载流子的传输经历三个阶段： ① 注入 由于EB结加有正向偏压UEE，发射区多数载流子（空穴）在
正向偏压帮助下大量越过阻挡层扩散到基区，构成IEP；同时
2.PN结的反向击穿
当反向电压增大到一定值时，PN结的反向电流将随反向 电压的增加而急剧增大，这种现象称为PN结的击穿。击穿电
压用U(BR)表示。
我们注意到，击穿时，虽然反向电流急剧增加，但管压降几 乎不变。利用反向击穿时二极管的恒压特性，可以作为稳压
管，它的表示符号如图7-23（a）所示。
I R
基区多数载流子（电子）扩散到发射区，构成IEN，因而发射 极电流
IE E
I E I EP I EN
P

N
P
IEP -IEN B UEE UCC ICB0 C
图7-30 多数载流子的注入
上述多数载流子在正向偏压帮助下，越过边界向对方扩
散的过程称为注入。所形成的电流就是发射极电流。（注意： 电子运动方向与由此引起的电子电流方向相反，图7-30中IEN 的箭头方向是代表电子扩散运动的方向。） 一般，发射区空穴浓度远大于基区电子浓度（P+N结）， 所以IEP >> IEN，使 IE ≈ IEP 另外，CB结加有反向偏压UCC，有一反向饱和电流ICBO流过。

IZ DZ


DZ
E 10V
UZ 6V
IL
RL U0=6V
(a) 符号
(b) 应用电路一例
第(11)页
图7-23 稳压二极管
例7-3 已知图7-23（b）稳压管应用电路中，稳压管击穿电压 （即稳定电压） U Z 6 ，负载电阻 V 阻
6V 10mA 解： （1） I L 600 （2） IR E U Z