半导体基本知识一、本征半导体和导电特性

100 µA
80µA 3
60 µA
2.3 2
放 Q2 40 µA
1.5 1
大 Q1 20 µA
区 IB =0
(1) 放大区
在放大区 IC = IB ，也称
为线性区，具有恒流特性。
在放大区，发射结处 于正向偏置、集电结处 于反向偏置，晶体管工 作于放大状态。
O3 6
9 12 UCE/V
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3. 反向峰值电流IR 指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流
大，说明管子的单向导电性差，IRM受温度的影响，温度越高 反向电流越大。
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二极管状态的判断
1. 二极管加正向电压时导通，二极管正向电阻较小，正向 电流较大。（理想与实际）
2. 二极管加反向电压时截止，二极管反向电阻较大，反向 电流很小。
(3) 饱和区(及临界饱和)
当 集电结也处于正向偏置(UBC > 0)时， 晶体管工作于饱和状态。
IC/mA
饱4 和 区3
2.3 2 1.5 1
O3
100 µA
在饱和区，IB IC，发
射结处于正向偏置，集电
80µA
结也处于正偏。
60 µA 40 µA 20 µA
IB =0
深度饱和时，
硅管UCES 0.3V， 锗管UCES 0.1V。 IC UCC/RC 。
2 电压温度系数ｕ
环境温度每变化1C引起稳压值变化的百分数。
3 动态电阻
rZ
UZ IZ
rZ愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。
4 稳定电流 IZ 、最大稳定电流 IZM
5 最大允许耗散功率 PZM = UZ IZM
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1.3 晶体管
一、 晶体管结构
发射结 集电结
发射极
E
I/A
E=0
E1 E2
(a) 伏安特性
U/ V E2> E1
(b) 符号
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1.4.3 光电晶体管 光电晶体管用入射光照度E的强弱来控制集电极
(2) 截止区
IB = 0 时, IC = ICEO(很小)。(ICEO<0.001mA)
IC/mA 4
3 2.3 2 1.5 1
O3
100 µA 80µA 60 µA
截止时, 两结都处于反 向偏置,此时 IC 0, UCE UCC 。
40 µA
20 µA
IB =0
6
9 12UCE/V
截止区
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3.共阳（阴）极连接情况。
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二极管电路分析举例
定性分析：判断二极管的工作状态
导通 截止
若二极管是理想的，正向导通时正向管压降为零，反向截止 时二极管相当于断开。
否则，正向管压降
硅0.6~0.7V锗 0.2~0.3V
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例： D
A +
3k
(b)面接触型
结面积大、正 向电流大、结电容 大，用于工频大电 流整流电路。
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(c) 平面型
用于集成电路制作工艺中。PN结结面积可大可小，用于高 频整流和开关电路中。
半导体二极管的符号 阳极 D 阴极 ( d) 符号
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三、伏安特性
反向击穿 电压U(BR)
• 管子工作状态的判断 • P20 习题1-9
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1.4 光电器件
1.4. 1 发光二极管(LED) 当发光二极管加上正向电压并有足够大的正向电
流时，就能发出一定波长范围的光。 目前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，
它的电特性与一般二极管类似。 常用的有2EF等系列。 发光二极管的工作电压为1.5 ~ 3V，工作电流为
2.集-基极反向截止电流 ICBO
ICBO
– A +
EC
ICBO是由少数载流子的 漂移运动所形成的电流，
受温度的影响大。
温度ICBO
3.集-射极反向截止电流(穿透电流)ICEO
IB=0
– A + ICEO
ICEO受温度的影响大。 温度ICEO，所以IC 也相应增加。三极管的
温度特性较差。
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I
硅0.6~0.8V
锗0.2~0.3V
导通压降
U
死区电压
硅管0.5V 锗管0.1V
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四、主要参数
1. 最大整流电流 IF 二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电
流。 2. 反向工作峰值电压UR
是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是 二极管反向击穿电压UBR的一半或三分之二。二极管击穿后单 向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。
IC / mA 4
3
Q2
2
Q1
1
03 6 9
在 Q1 点，有
100A 80A
IC IB
1.5 0.04
37.5
60A 由 Q1 和Q2点，得
40A 20A IB=0
Δ IC Δ IB
2.3 1.5 0.06 0.04
40
12 UCE /V
在以后的计算中，一般作近似处理： = 。
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当半导体两端加上外电压时，在半导 体中将出现两部分电流
1、自由电子作定向运动 电子电流 2、价电子递补空穴 空穴电流 自由电子和空穴都称为载流子。
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二、杂质半导体
在常温下即可变
为自由电子
掺入五价元素
Si
Si
pS+i
Si
多余 电子
磷原子
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例:
D2
D1
3k 6V
12V
A + UAB –B
求：UAB
∵ UD2 >UD1 ∴ D2 优先导通， D1截止。
若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB = 0 V
12
流过 D2 的电流为 ID2 3
D1承受反向电压为－6 V
4mA 在这里， D2 起
钳位作用， D1起 隔离作用。
IC/mA 4
3 2.3 2 1.5 1
O3
100 µA 80µA 60 µA 40 µA 20 µA
IC
IB B +
C+ UCE
R UBE E
B
EC=UCC
IB =0
EB 共发射极电路
6
9 12UCE/V
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晶体管有三种工作状态，因而输出特性曲线分为三个工
作区
IC/mA 4
P接负、N接正
－－－ － －－ －－－ － －－ －－－－ － －
+++ +++ +++
+++ +++ +++
P
IR
内电场 外电场
–+
N
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二、二极管的基本结构----PN结加外壳和引线
二极管的分类
(a) 点接触型
结面积小、结电 容小、正向电流小。 用于检波和变频等 高频电路。
0.04 0.06 0.08 0.10 1.50 2.30 3.10 3.95 1.54 2.36 3.18 4.05
把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大 变化的特性称为晶体管的电流放大作用。
实质: 用一个微小电流的变化去控制一个较大电流 的变化，是CCCS器件。
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C
ICBO ICE
N
B
P
EC
RB IBE N
EB
E IE
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ICE IC ICBO IC
IBE IB ICBO IB
C IC
IB ICBO ICE
N
P EC
B
RB IBE N
EB
E IE
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三、伏安特性
1.输入特性 IB/A 80 60 40 20
N PN
集电极 C
发射区 基区 集电区 B 基极
发射结 集电结
发射极
E
P NP
集电极 C
发射区
基区 集电区 B
基极
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结构特点：
集电区： 面积最大
基极 B
集电极 C
N P N
基区：最薄， 掺杂浓度最低
E 发射极
发射区：掺 杂浓度最高
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C
C
IB
IC
N
B
TB
P
IE
N
E
E
NPN型晶体管；
C
C
IB
IC
P
B
TB
N
IE
P
E
E
PNP型晶体管
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IC
mA
IB
C
A
B 3DG100
RB
+ V UBE
E
+
V UCE
mA IE
EC
EB
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二、 晶体管的电流放大原理
IB(mA) 0 0.02 IC(mA) <0.001 0.70 IE(mA) <0.001 0.72
6
9 12UCE/V
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四、主要参数
1. 电流放大系数
直流电流放大系数
交流电流放大系数
___
IC
IB
Δ Δ
IC IB
和 的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且
两者数值接近。
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例：在UCE= 6 V时， 在 Q1 点IB=40A, IC=1.5mA； 在 Q2 点IB=60 A, IC=2.3mA。
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• 二极管的用途：整流、检波、限幅、钳位、 隔离、 开关、元件保护等。
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五、稳压二极管 I
_+
UZ
使用时要加限流电阻
O
U
稳压管正常工作 时加反向电压
IZ
IZ
UZ
IZM
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主要参数
1 稳定电压UZ 稳压管正常工作(反向击穿)时管子两端的电压。
4.集电极最大允许电流 ICM
集电极电流 IC上升会导致三极管的值的下降，当值下 降到正常值的三分之二时的集电极电流即为 ICM。
5.集-射极反向击穿电压U(BR)CEO 当集—射极之间的电压UCE 超过一定的数值时，三极管
就会被击穿。手册上给出的数值是25C、基极开路时的击 穿电压U(BR) CEO。 6.集电极最大允许耗散功耗PCM
第一章 半导体器件的基本知识
1.1 半导体基本知识
一、本征半导体及导电特性
价电子
Si
Si
共价健
Si
Si
硅单晶中的共价健结构 共价键中的两个电子，称为价电子。
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自由电子
Si
Si
温度愈高， 晶体中产生的
自由电子便愈
空穴
Si
Si
多。
价电子
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6V
UAB
12V
– B
电路如图，求：UAB
V阳 =－6 V V阴 =－12 V V阳>V阴 二极管导通 若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB =－ 6V
在这里，二极管起钳位作用。
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例：
+ ui –
R
D 8V
ui
18V 8V
+ uo
–
已知：ui 18sin t V
Si
Si
空穴
掺入三价元素
BS–i
Si
硼原子
无论N型或P型半 导体都是中性的， 对外不显电性。
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2.2 半导体二极管 一、PN结形成及单向导电性
少子的漂移运动
内电场
－－－－－－ + + + + + + －－－－－－ + + + + + + －－－－－－ + + + + + + －－－－－－ + + + + + +
几 ~十几mA。 符号
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1.4.2 光电二极管 光电二极管在反向电压作用下工作。当无光照时,
和普通二极管一样, 其反向电流很小, 称为暗电流。 当有光照时, 产生的反向电流称为光电流。照度E越 强，光电流也越大。
常用的光电二极管有2AU, 2CU等系列。 光电流很小, 一般只有几十微安, 应用时必须放大。
O
IB f (U ) BE UCE常数
UCE≥1V
正常工作时发射结电压： NPN型硅管
UBE 0.6 ~ 0.7V PNP型锗管
UBE 0.2 ~ 0.3V
0.4 0.8 UBE/V
死区电压： 硅管0.5V， 锗管0.1V。
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2.输出特性 IC f (UCE ) IB 常数
浓度差
多子的扩散运动
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PN 结加正向电压（正向偏置）
P接正、N接负
PN 结变窄
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ + ++ + + + + ++ + + + + ++ + +
P IF
内电场 N
外电场
+–
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PN 结加反向电压（反向偏置） PN 结变宽
二极管是理想的，试画 出 uo 波形。
参考点
t
ui > 8V，二极管导通，可看作短路 ui < 8V，二极管截止，可看作开路
在这里，二极管起限幅作用。
uo = 8V uo = ui
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例：已知UI 波形，画出UR、UO波形。
UI
UI
UR
UO
0
t
在这里， D起检波作用。
PCM取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过 高会烧坏三极管。
PC PCM =IC UCE
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由三个极限参数可画出三极管的安全工作区 IC
ICM
ICUCE = PCM
安全工作区
O
U(BR)CEO
UCE
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• 管子类型的判断 (1)3V; 2.3V; 8V (2)-10V; -5V; --5.2V