电工电子技术之第七章半导体器件
电工学少学时第三版 张南主编 课后练习答案 第七章_半导体器件修改
第七章半导体器件
7．1基本要求
（1）掌握PN结的单向导电性。
（2）熟悉二极管、稳压管、三极管、场效应管的基本结构、特性曲线和主要参数。
（3）学会分析整流及滤波电路，并对其进行简单的计算。
（4）掌握晶体三极管的电流分配和放大作用。
7．2基本内容
7.2.1PN结与二极管
P型半导体和N型半导体的结合形成PN结。
内部结构条件——发射区高掺杂，其中多数载流子浓度很高；基区很薄，且低掺杂，则基区中多子的浓度很低。
外部条件——外加电源极性应使发射结正向偏置，集电结反向偏置。
在满足上述条件的前提下，三极管中载流子的运动经历发射、复合和扩散以及收集等过程，最后，使三极管中的电流分配符合以下关系：
，且
当基极电流 发生微小的变化时，相应的集电极电流 将有较大的变化，集电极电流的变化量 比基极电流的变化量 大 倍，即
实际二极管：正向电压超过二极管的死区电压（硅：0.5V；锗：0.1V），二极管才能导通。一旦导通，二极管有一定正向电压降（硅：0.6~0.7V；锗：0.2~0.3V）。二极管反向截止，反向电流IR≠0。
主要参数：最大整流电流、反向工作峰值电压。
7.2.2．整流电路
整流就是利用二极管单向导电特性，将交流电转变为直流电的过程。整流二极管可视为理想二极管。在分析整流电路时，应抓住“二极管在正向电压作用下导通，而在反向电压作用下截止”这个基本点，并且弄清楚在交流正半周和负半周期间电流的通路方向，从而确定负载电压的+、-极性。整流电路以桥式电路用的最多。
7.3.2．三极管的放大作用
从三极管的结构看，由NPN和PNP两种类型。但是，无论哪一种类型，管子内部都有三个区、两个PN结，并引出三个电极。三个区——发射区、基区和集电区；两个PN结——发射结和集电结；三个电极——发射极e、基极b和集电极c。
半导体及其常用器件资料
章目录
电工电子技术
1. 半导体中少子的浓度虽然很低 ，但少子对温度 非常敏感，因此温度对半导体器件的性能影响很 大。而多子因浓度基本上等于杂质原子的掺杂浓
是这种半导体的导 电主流。
＋4
＋4
＋4
在室温情况下，本征硅中的磷杂质等于10-6数量级时，电 子载流子的数目将增加几十万倍。掺入五价元素的杂质半导
体由于自由电子多而称为电子型半导体，也叫做N型半导体。
章目录
电工电子技术
＋4
＋－ 4
＋4
掺入硼杂质的硅半
+
B
导体晶格中，空穴 载流子的数量大大
＋4
＋4
＋4
章目录
电工电子技术
＋4
＋4
＋4
自由电子载流子运动可以形
容为没有座位人的移动；空穴
载流子运动则可形容为有座位
＋4
＋4
＋4 的人依次向前挪动座位的运动。
半导体内部的这两种运动总是
共存的，且在一定温度下达到
动态平衡。
＋4
＋4
＋4
半导体的导电机理
半导体的导电机理与金属导体导电机理有本质上的区别： 金属导体中只有自由电子一种载流子参与导电；而半导体中 则是本征激发下的自由电子和复合运动形成的空穴两种载流 子同时参与导电。两种载流子电量相等、符号相反，即自由 电子载流子和空穴载流子的运动方向相反。
学习与归纳 度，所以说多子的数量基本上不受温度的影响。
2. 半导体受温度和光照影响，产生本征激发现象而出现电子、空 穴对；同时，其它价电子又不断地 “转移跳进”本征激发出现 的空穴中，产生价电子与空穴的复合。在一定温度下，电子、空 穴对的激发和复合最终达到动态平衡状态。平衡状态下，半导体 中的载流子浓度一定，即反向电流的数值基本不发生变化。
第7章 半导体器件基础
7.3 晶体管
图7-������
16
晶体管的安全工作区
3)集电极-发射极反向击穿电压U（BR)CEO，是指当基极开路时，
7.3 晶体管
集电极-发射极间允许加的最高反向电压，通常比U(BR)CBO小一些。 (3) 集电极最大允许耗散功率PCM 由于集电极电流在流经集电结 时将产生热量，使结温升高，从而引起晶体管参数变化。
电工与电子技术
主编
第7章 半导体器件基础
7.1 半导体的基础知识
7.2 半导体二极管 7.3 晶体管 7.4 晶闸管
7.1 半导体的基础知识
1)热敏性：半导体对温度很敏感，随着温度的升高，其导电能力 大大增强。 2)光敏性：半导体对光照也很敏感，当受光照射时其导电能力大
大增强。 3)掺杂性：半导体对“杂质”很敏感，掺杂以后导电能力大大增 强。 7.1.1 本征半导体
7.2 半导体二极管
2)反向电压增加到一定数值时(如曲线中的C点或C′点)，反向电流 急剧增大，这种现象称为反向击穿，此时对应的电压称为反向击 穿电压，用UBR表示，曲线中CD段(或段)称为反向击穿区。
7.2.3 二极管的主要参数 二极管的参数是反映二极管性能的质量指标，工程上必须根 据二极管的参数，合理地选择和使用二极管。 (1)最大正向整流电流IFM 它是指二极管长期工作时所允许通过的 最大正向平均电流。 (2)最高反向工作电压UFM 它是指二极管工作时所允许加的பைடு நூலகம்高 反向电压，超过此值二极管就有被反向电压击穿的危险。 (3)反向电流IR 它是指二极管未被击穿时的反向电流值。 (4)最高工作频率fM 主要由PN结电容大小决定。
图7-������
12 晶体管电流的实验电路
7.3 晶体管
电工电子技术常用半导体器件
7.2 半导体二极管
14
7.2.1 半导体二极管的结构
半导体二极管实际上是由一个PN结加上电极引线与外壳制成的，在PN结的P 区和N区分别用引线引出，P区的引线称为阳极（或正极），N区的引线称为阴极 （或负极），将PN结用外壳封装起来，便构成了晶体二极管，其结构和图形符号 如图7.7所示。二极管文字符号用字母VD表示，图形符号中箭头所指的方向是正 向导通的方向。
7.2 半导体二极管
22
图7.10 稳压二极管符号和伏安特性曲线
7.2 半导体二极管
23
（2）稳压二极管的主要参数 1）稳压电压UZ。UZ是稳压二极管反向击穿后的稳定工作电压值，如稳 压二极管2CW1的稳定电压是7～8.5V。由于制造工艺不易控制，同一型号的 稳压二极管，稳定电压值也会有一定范围的差异。但对每一只管子来说， 对应于一定的工作电流却有一个确定的稳定电压值。 2）稳定电流IZ。IZ是工作电压等于稳定电压时的工作电流，是稳压二 极管工作时的电流值。如上图7.11中A、B间是IZ正常的工作范围ΔIZ，ΔIZ 不大，稳压作用有限。应用时不要超过最大耗散功率，IZ偏大，稳定性可以 高一些，但功率消耗也大一些。 3）最大耗散功率PM。PM定义为管子不致产生热击穿的最大功率损耗， 即PM=UZ·IZM。根据PM和UZ可以推算出最大稳定电流IZM=PM/UZ。
7.2 半导体二极管
17
图7.9 二极管的伏安特性曲线
7.2 半导体二极管
18
1.正向偏置时的特性
当二极管的正极加高电位、负极加低电位时，称为二极管正向偏置， 此时二极管就产生正向电流，但当正向电压较小时，外电场不足以克服结 内电场对载流子扩散运动造成的阻力，这时正向电流很小，二极管呈现较 大的电阻，通常称这个区域为死区。
电工与电子技术习题课件--第七单元 半导体器件2013.10.21
习题课件
电气学院 电工教研室
第七单元
半导体器件
教学基本要求 主要知识内容 习题分析
第七单元
半导体器件
一、教学基本要求:
1、了解半导体的导电特性； 2、了解PN结的形成;掌握其单向导电性； 3、掌握半导体二极管、稳压管的伏安特性及其应用； 4、掌握晶体管的输入、输出特性曲线及其应用； 5、了解光电器件及其应用。
u
反向饱和电流： 很小，A级
死区电压： （开启电压） 硅管0.5V 锗管0.1V
（四 ） 稳压二极管 稳压二极管特性曲线 i 稳定 正向同 电压
—
稳压二极管符号 DZ
UZ
+
—
+
二极管
IZmin IZ IZmax 稳定 电流
u
（五） 晶体管（三极管） 1、 基本结构 NPN型
C
N
PNP型
C B E
R
5 k 3V 10V
Uo
（二）填空题 1、稳压管电路如图1所示, 稳压管的稳压值Uz=6.3V, 正向导通压降UD=0.7V,其输出电压为( 7V ). 2、稳压管稳压电路如图2所示, 其中UZ1=7V, UZ2=3V , 该电 路的输出电压为( 3V )
R
+ VSZ1
R
+ VSZ2
24V
图1
掺入+3价元素，形成P型半导体；
3、特点：
N型半导体：多数载流子为自由电子， 少数载流子为空穴。 又称为电子半导体。
P型半导体：多数载流子为空穴， 少数载流子为自由电子。 又称为空穴半导体。
（二）PN结及其单向导电性
1、PN结的形成：在同一片半导体基片上，分别制造P型 半导体和N型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界 面处就形成了PN结。 － － － － － － － － － － － － + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + － － － －
电工学第七章 二极管和晶体管
发射结必正偏，集电结必反偏。
返回
用载流子在晶体管内部的运动规律来解释上述结论
C N
B RB
P
+
N
EC _
E EB _ + 1、发射区向基区扩散电子，形成发射极电流IE。
发射结正偏
发射区的电子向基区发射
形成发射极电流IE
IE由扩散运动形成
返回
C N
B RB
P
+
N
EC _
E EB _ +
2、电子在基区中有复合现象，形成基极电流IB
C
P BN
P
发射 结
P
集电 结
NP
发射区 B(基极基) 集电 区区 B
E
C(集电极) C
E
返回
2、电流分配和放大原理
µA IB
mA
C
B
IC
E
RB
mA IE
+ EC _
+EB_
共发射极接法
共发射极接法：晶体管接成两个电路，基极电路和集
电极电路，其中发射极是公共端。
注：三极管要起放大作用(NPN型
时)
反向击穿电压：产生击 穿时的电压。
I/mA 80
60
正向
40
死区
20 电压
-50 -25 O 0.4
击穿 -20
电压
-40 反向 I/µA
0.8 U/V
二极管的伏安特性曲线 返回
3、主要参数
(1)最大整流电流IOM 二极管长时间使用时，允许流过的最大正向平均
电流。
(2)反向工作峰值电压URWM 保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压。一般
《电工电子技术基础》_电子技术中常用半导体器件
体
•硅和锗 的简化 原子模 型。
•这是硅和锗构成的 共价键结构示意图 • 晶体结构中的 共价键具有很强的 结合力，在热力学 零度和没有外界能
量激发时，价电子
没有能力挣脱共价
•一般情况下，本征半导体中的载流子浓
键束缚，这时晶体 中几乎没有自由电
度很小，其导电能力较弱，且受温度影响 子，因此不能导电
很大，不稳定，因此其用途还是很有限的
•第3 页
•第3 页
•讨论题
•半导体导电机理 •和导体的导电机
• 半导体的导电机理与金属导体 的导电机理有本质的区别：金属 导体中只有一种载流子—自由电
•理有什么区别？
子参与导电，半导体中有两种载
流子—自由电子和空穴参与导电
，而且这两种载流子的浓度可以
•杂质半导体中的多数载
通过在纯净半导体中加入少量的
• 面接触型二极管PN结面积大，因而能通过较大的电流，但其
•第3 页
•3. PN结
• P型和N型半导体并不能直接用来制造半导体器件。通常是在N型或 P型半导体的局部再掺入浓度较大的三价或五价杂质，使其变为P型或N 型半导体，在P型和N型半导体的交界面就会形成PN结。
•PN结是构成各种半导体器件的基础。
• 左图所示的是一块晶片，两边分别形成 P型和N型半导体。为便于理解，图中P区仅 画出空穴（多数载流子）和得到一个电子的 三价杂质负离子，N区仅画出自由电子（多 数载流子）和失去一个电子的五价杂质正离 子。根据扩散原理，空穴要从浓度高的P区 向N区扩散，自由电子要从浓度高的N区向P 区扩散，并在交界面发生复合(耗尽），形 成载流子极少的正负空间电荷区如图中间区 域，这就是PN结，又叫耗尽层。
•第3 。
页
电工学第7章半导体器件
6
Si
Si
BS–i
Si
硼原子 接受一个 电子变为 负离子
掺入三价元素 空穴 掺杂后空穴数目大量
增加，空穴导电成为这 种半导体的主要导电方 式，称为空穴半导体或 P型半导体。 在 P 型半导体中空穴是多 数载流子，自由电子是少数 载流子。
无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。
7
三、PN 结
外电场
+–
内电场被
削弱，多子 的扩散加强， 形成较大的 扩散电流。
PN 结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较 大，正向电阻较小，PN结处于导通状态。
PN 结加反向电压（反向偏置） P接负、N接正
PN 结变宽
－－－ － －－ －－－ － －－ －－－－ － －
++ + ++ + ++ +
+ ++ + ++ + ++
UCC = 15 V UBB1 = 5 V UBB2 = 1.5 V
晶体管处于放大状态。
RB1 = 500 k RB2 = 50 k
RC = 5 k
(2) 开关 S 合向 b 时
IB =
UBB1 RB2
=
5 50×103 A = 0.1 mA
RB1
IC
=
UCC RC
=
15 5×103 A = 3 mA
点接触型、面接触型。
Ｐ
(2) 按材料分类
阳极
硅管、锗管。
(3) 按用途不同分类
普通管、整流管、开关管等。
N
阴极
13
(a) 点接触型 结面积小、
电工与电子技术半导体器件电子教案
电工与电子技术-半导体器件电子教案第一章：半导体基础1.1 半导体的概念与分类1.2 半导体的物理特性1.3 PN结的形成与特性第二章：二极管2.1 二极管的结构与类型2.2 二极管的伏安特性2.3 二极管的应用第三章：晶体管3.1 晶体管的结构与类型3.2 晶体管的放大作用3.3 晶体管的应用第四章：场效应晶体管4.1 场效应晶体管的结构与类型4.2 场效应晶体管的伏安特性4.3 场效应晶体管的应用第五章：集成电路5.1 集成电路的基本概念5.2 集成电路的分类与特点5.3 集成电路的应用第六章：晶闸管6.1 晶闸管的结构与类型6.2 晶闸管的伏安特性6.3 晶闸管的应用第七章：GTO、GRT与GTO7.1 GTO的结构与类型7.2 GRT的结构与类型7.3 GTO、GRT的应用第八章：功率集成电路8.1 功率集成电路的基本概念8.2 功率集成电路的分类与特点8.3 功率集成电路的应用第九章：传感器9.1 传感器的基本概念9.2 传感器的分类与特点9.3 传感器的应用第十章：半导体器件在工程应用中的问题10.1 半导体器件的可靠性10.2 半导体器件的抗干扰能力10.3 半导体器件的散热问题重点和难点解析重点一：半导体的物理特性解析：半导体材料的导电性能介于导体和绝缘体之间，其导电性能受温度、掺杂浓度、光照等因素的影响较大。
理解半导体的能带结构、载流子运动等基本物理过程是理解后续半导体器件工作的基础。
重点二：PN结的形成与特性解析：PN结是半导体器件的基础，其形成过程和伏安特性是理解二极管、晶体管等器件工作的关键。
PN结的形成涉及到扩散、漂移等过程，其伏安特性包括正向导通和反向截止两个状态。
重点三：二极管的伏安特性解析：二极管的伏安特性决定了其在电路中的应用，如整流、调制、稳压等。
理解二极管在不同电压和温度条件下的工作状态，对于设计电路至关重要。
重点四：晶体管的放大作用解析：晶体管是现代电子电路的核心，其放大作用是理解放大电路、振荡电路等的基础。
电工电子学第二版第七章
RC
+ ui –
无输入信号(ui i= 0)时（静态）: 有输入信号(u ≠ 0)动态时
uo t
ui
O
uBE
t
O
iB UBE tO
IB
iB I B ib
IC
iC I C ic
u BE U BE ube
tO
tO
？
UCE
t
uCE U CE uce
7-2-1 放大电路的组成
U CC U BE IB RB (1 β ) RE
IE
IC IE
IC β IB 由KVL可得： CE U CC I C RC I E RE U
U CE U CC I C ( RC RE )
三极管的主要参数
4、集电极最大允许电流 I CM
5、集电极-发射极反向击穿电压U（BR）CEO 6、集电极最大允许功率损耗PCM
IC(mA ) PCM ICM
安全工作区 O
U（BR）CEO UCE(V)
7-2
基本交流放大电路
放大的概念:
放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。 输出电压或电流在幅度上得到放大，输出信号能量得到加强 放大电路中必须包括放大器件，且工作在放大区 放大电路本质 ： 1. 输出信号的能量实际上是直流电源来提供的。 2. 小能量信号通过三极管的电流控制作用，将直流电源 的能量转化为交流能量输出给负载 对放大电路的基本要求 ： 1. 要有足够的放大倍数(电压、电流、功率)。 2. 尽可能小的波形失真。 另外还有输入电阻、输出电阻、通频带等其它技术指标。 主要讨论放大电路的电路结构、工作原理、分析方法
RC
+UCC
半导体器件的基本知识
半导体器件的基本知识
半导体器件是一种利用半导体材料制成的电子元件，具有电流控制和电压放大的特性。
在半导体器件中，最常见的是二极管和晶体管。
一、二极管
二极管是一种由P型半导体和N型半导体组成的电子元件，具有单向导电性。
当二极管的正极连接正电压时，P型半导体中的空穴向N型半导体中的电子流动，形成电流；当二极管的正极连接负电压时，P型半导体中的空穴被吸收，N 型半导体中的电子也被吸收，电流被截止。
二、晶体管
晶体管是一种由P型半导体、N型半导体和中间夹层组成的电子元件，具有电流放大和控制的特性。
晶体管的夹层被称为基区，当基区加上正电压时，P型半导体中的空穴向基区流动，N型半导体中的电子向基区流动，形成电流；当基区加上负电压时，P型半导体中的空穴被吸收，N型半导体中的电子也被吸收，电流被截止。
晶体管的电流放大是通过控制基区电压来实现的。
三、场效应管
场效应管是一种利用场效应原理制成的电子元件，具有电流放大和控制的特性。
场效应管的主要部分是栅极和源极之间的沟道，当栅极加上正电压时，沟道中的电子会被吸引到栅极附近，形成导电通道，电流得以通过；当栅极加上负电压时，
沟道中的电子被排斥，导通被截止。
四、集成电路
集成电路是一种将多个半导体器件集成在一起的电子元件，可以实现多种功能。
集成电路的制造需要先在单晶硅片上形成多个半导体器件，然后通过金属线连接这些器件，形成一个完整的电路。
集成电路的种类很多，包括数字集成电路、模拟集成电路、混合集成电路等。
以上是半导体器件的基本知识，半导体器件的应用非常广泛，涉及到电子、通讯、计算机、医疗、汽车等领域。
单元七 半导体器件及应用
补充，因此，自由电子和空穴总是成对产生，同时又不断复合，二者数量始终相
等。 在一定温度条件下，电子空穴对的产生和复合达到动态平衡，半导体中维
持一定数目的载流子。当温度升高时，电子空穴对的数目增多，导电性能增强。
所以温度对半导体器件性能影响极大。
PN结
1 . 1半导体基础知识
在正常情况下，原子是电中性的。 当价电子成为自由电子后，原子
或反向饱和电流。
晶体二极管
２. 2 二极管的伏安特性
二极管具有反向击穿特性：
当加在二极管两端的反向电压大于某一数值(击穿电压)后，反向电流突然
急剧增大，此时称二极管反向击穿。
二极管的反向击穿分为齐纳击穿和雪崩击穿两种。
齐纳击穿:在高掺杂浓度的情况下，反向电压较大时，使价电子脱离共价
键束缚，产生电 子-空穴对，致使电流急剧增大，这种击穿称为齐纳击穿。 如
2023/5/21
“ 十 二 五” 职业教育国家规划教材
经 全 国 职 业 教育教 材审定 委员会 审定
汽车电工与电子基础
（第4版）
三相交流电路
磁路与变压器
交流电动机及控制
直流电动机
半导体器件及应用
三极管及放大电路
数字电路基础
电子电力技术
汽车微机控制系统介绍
2023/5/21
单元七 半导体器件及应用
光敏二极管
光敏二极管，又称光电二极管。光敏二极管与半导体二极管在结构上是
类似的，其管芯是一个具有光敏特征的ＰＮ结，具有单向导电性，因此工作
时需加上反向电压。无光照时， 有很小的饱和反向漏电流，即暗电流，此时
光敏二极管截止。当受到光照时，饱和反向漏电流大大增加，形成光电流，
它随入射光强度的变化而变化。 当光线照射ＰＮ结时，可以使ＰＮ结中产生
半导体器件重要知识点总结
半导体器件重要知识点总结一、半导体基础知识1. 半导体的概念及特性：半导体是指导电性介于导体和绝缘体之间的一类材料。
由于半导体材料的导电性能受温度、光照等外部条件的影响比较大，它可以在不同的条件下表现出不同的导电特性。
半导体材料常见的有硅、锗等。
2. P型半导体和N型半导体：P型半导体是指在半导体材料中掺入了3价元素，如硼、铝等，使其成为带正电荷的空穴主导的半导体材料。
N型半导体是指在半导体材料中掺入了5价元素，如磷、砷等，使其成为自由电子主导的半导体材料。
3. 掺杂：半导体器件在制造过程中一般都要进行掺杂，以改变其导电性能。
掺杂分为N型掺杂和P型掺杂，通过掺杂可以使半导体材料的导电性能得到调控，从而获得所需要的电子特性。
4. pn结：pn结是指将P型半导体和N型半导体直接连接而成的结构，它是构成各类半导体器件的基础之一。
pn结具有整流、发光、光电转换等特性，在各类器件中得到了广泛的应用。
二、半导体器件的基本知识1. 二极管（Diode）：二极管是一种基本的半导体器件，它采用pn结的结构，在正向偏置时可以导通，而在反向偏置时则将电流阻断。
二极管在各类电子电路中具有整流、电压稳定、信号检测等重要作用。
2. 晶体管（Transistor）：晶体管是一种由半导体材料制成的三电极器件，它采用多个pn结的结构，其主要功能是放大信号、开关电路和稳定电路等。
晶体管在各类电子器件中扮演着至关重要的作用，是现代电子技术的重要组成部分。
3. 集成电路（IC）：集成电路是将大量的半导体器件集成在一块半导体芯片上的器件，它可以实现各种功能，如存储、计算、通信等。
集成电路在现代电子技术中已成为了各类电子产品不可或缺的一部分，是现代电子产品的核心之一。
4. MOS场效应管（MOSFET）：MOSFET是一种基于金属-氧化物-半导体的结构的场效应晶体管，它在功率控制、开关电路、放大器等方面有着重要的应用。
MOSFET在各类电源、电动机控制等领域得到了广泛的应用。
电工学(第7章-半导体器件)
特点：非线性
I mA
80 60 40 20 -25
0.4 -20 -40 -60
I A
0.8 U（V）
I mA
当二极管正向偏置：
80
60 40 死区 20 电压 -50 -25
死区: 当正向电压低于某一值，
硅管约0.5V，锗管约0.1V，正向 电流非常小,这一电压称死区电压Βιβλιοθήκη aDuo 无电容滤波
+
+
u2
+ C
RL
uo
-
-
0 D导通 D截止 D导通 t 电容滤波
uo
b
当u2由峰值下降：
0
D
D
t
截导
止通
电容较慢放电 (放电回路时间常数大)
u2按正弦规律较快下降
当u2<uC，D截止
uc继续对R放电直至u2到达另一正半周的u2>uC，
D重新导通
加入滤波后， 负载上得到的直流电压的脉动情况改善，
例1： D
A +
3k
6V
UAB
12V
–
B
电路如图，求：UAB
取 B 点作参考点， 断开二极管，分析二 极管阳极和阴极的电 位。
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 否则， UAB低于－6V一个管压降，为－6.3Ｖ或－6.7V
二极管的命名规则： 2 C P 10
2： 二极管 C： N型硅材料, A: P型锗材料 P： 普通型，K: 开关管，Z：整流管,W：稳压管 10： 序号
第7章-半导体元件及其应用
2.光敏性：在无光照时电阻率很高，但一有光照电阻 率则显著下降。
利用这个特性可以制成光敏元件。 3.杂敏性：在纯净的半导体中加入杂质，导电能力猛
增几万倍至百万倍。
2019/11/2
广东海洋大学
主讲：张波
电工电子学
第七章 半导体元件及其应用
本征半导体：纯净的半导体
硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。在本征半导 体中有电子和空穴2种载流子，而金属导体中只有电子一种载流 子。
五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必
定多出一个电子，成为自由电子
因为掺杂浓度远 大于本征半导体 中载流子浓度， 所以，自由电子 浓度远大于空穴 浓度。自由电子 称为多数载流子 （多子），空穴 称为少数载流子 （少子）。 2019/11/2
广东海洋大学
杂质原子提供 的多余电子
杂质原子失去一个 电子成为正离子
发射结正偏，集电结反偏：放大模式（最常用）
发射结正偏，集电结正偏：饱和模式 （用于开关电路中）
发射结反偏，集电结反偏：截止模式
2019/11/2
广东海洋大学
主讲：张波
电工电子学
第七章 半导体元件及其应用
总结:在放大电路中三极管主要工作于放大状态，
即要求，发射结正偏(正偏压降近似等于其 PN结的导通压降），集电结反偏（反偏压降
电工电子学
第七章 半导体元件及其应用
2、PN结的单向导电性
2019/11/2
广东海洋大学
主讲：张波
电工电子学
第七章 半导体元件及其应用
PN 结加正向电压（正向偏置) ： P 区接电压正极和 N 区接电压负极。
PN 结加反向电压（反向偏置）： P 区接电压负极和N 区接电压正极。
《半导体器件》课件
总结词
高效转换，环保节能
详细描述
在新能源系统中，半导体器件用于实现高效能量转换和 环保节能。例如，太阳能电池板中的硅基太阳能电池可 以将太阳能转换为电能，而LED灯中的发光二极管则可 以将电能转换为光能。
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总结词
制造工艺复杂
详细描述
集成电路的制造工艺非常复杂，需要经过多个步骤和工艺 流程。制造过程中需要精确控制材料的物理和化学性质， 以确保器件的性能和可靠性。
总结词
具有小型化、高性能、低功耗等特点
详细描述
集成电路具有小型化、高性能、低功耗等特点，使得电子 设备更加轻便、高效和节能。同时，集成电路的出现也推 动了电子产业的发展和进步。
总结词
由半导体材料制成
详细描述
双极晶体管通常由半导体材料制成，如硅或锗。这些材料 在晶体管内部形成PN结，是实现放大和开关功能的关键 结构。
总结词
正向导通，反向截止
详细描述
在正向偏置条件下，双极晶体管呈现低阻抗，电流可以顺 畅地通过。在反向偏置条件下，双极晶体管呈现高阻抗， 电流被截止。
场效应晶体管
05
CATALOGUE
半导体器件的应用
电子设备中的半导体器件
总结词
广泛使用，基础元件
详细描述
在电子设备中，半导体器件是最基本的元件 之一，用于实现信号放大、传输和处理等功 能。例如，二极管、晶体管和集成电路等是 电子设备中不可或缺的元件。
通信系统中的半导体器件
总结词
高速传输，信号处理
详细描述
在通信系统中，半导体器件用于信号的高速 传输和处理。例如，激光二极管用于光纤通
总结词
通过电场控制电流的电子器件
电工与电子技术半导体器件电子教案
电工与电子技术-半导体器件电子教案第一章：半导体基础知识1.1 半导体的概念与分类1.2 半导体的物理性质1.3 半导体材料的制备与掺杂1.4 半导体器件的优点与局限性第二章：二极管2.1 二极管的结构与工作原理2.2 二极管的伏安特性2.3 二极管的分类与参数2.4 二极管的应用举例第三章：晶体管3.1 晶体管的结构与工作原理3.2 晶体管的分类与参数3.3 晶体管的放大作用3.4 晶体管的应用举例第四章：场效应晶体管4.1 场效应晶体管的结构与工作原理4.2 场效应晶体管的分类与参数4.3 场效应晶体管与晶体管的比较4.4 场效应晶体管的应用举例第五章：集成电路5.2 集成电路的分类与特点5.3 集成电路的封装与测试5.4 集成电路的应用举例第六章：晶闸管6.1 晶闸管的结构与工作原理6.2 晶闸管的伏安特性6.3 晶闸管的触发与维持6.4 晶闸管的应用举例第七章：可控硅7.1 可控硅的结构与工作原理7.2 可控硅的触发与控制7.3 可控硅的应用领域7.4 可控硅与其他器件的比较第八章：集成电路设计基础8.1 集成电路设计的基本流程8.2 数字集成电路设计8.3 模拟集成电路设计8.4 集成电路设计软件与工具第九章：集成电路制造技术9.1 集成电路的制造流程9.2 晶圆制造技术9.4 集成电路制造的发展趋势第十章：半导体器件的检测与维护10.1 半导体器件的检测方法10.2 半导体器件的测试仪器与设备10.3 半导体器件的维护与保养10.4 半导体器件的故障分析与处理第十一章：功率半导体器件11.1 功率二极管和快恢复二极管11.2 晶闸管模块和GTO11.3 IGBT和MOSFET11.4 功率集成电路和模块第十二章：传感器与半导体器件12.1 温度传感器12.2 压力传感器12.3 光敏传感器和光电子器件12.4 超声波传感器和其他传感器第十三章：半导体器件在通信技术中的应用13.1 晶体管在放大器和振荡器中的应用13.2 集成电路在数字通信中的应用13.3 光电器件在光纤通信中的应用13.4 射频识别技术(RFID)和半导体器件第十四章：半导体器件在计算机技术中的应用14.1 微处理器和逻辑集成电路14.2 存储器原理和存储器芯片14.3 显卡和显示技术中的半导体器件14.4 固态硬盘和闪存技术第十五章：半导体器件的安全、环保与可靠性15.1 半导体器件的安全性15.2 环保型半导体器件的设计与制造15.3 半导体器件的可靠性原理15.4 故障诊断和寿命预测技术重点和难点解析本文主要介绍了电工与电子技术中的半导体器件相关知识，包括半导体基础知识、二极管、晶体管、场效应晶体管、集成电路、晶闸管、可控硅、集成电路设计基础、集成电路制造技术、半导体器件的检测与维护、功率半导体器件、传感器与半导体器件、半导体器件在通信技术中的应用、半导体器件在计算机技术中的应用以及半导体器件的安全、环保与可靠性等内容。
城市轨道交通电工电子课件项目七半导体器件
城市轨道交通电工电子课件项目七半导体器件一、引言二、半导体器件的原理半导体器件是由半导体材料制成的电子器件，由于其具有电导率介于导体和绝缘体之间的特点，因此可以灵活地控制电流的流动。
半导体器件主要包括二极管、晶体管和场效应管等多种类型。
1.二极管二极管是最简单的一种半导体器件，它由一对不同掺杂的半导体材料构成。
二极管的主要作用是将电流沿一个方向进行导通，而在相反方向则阻止电流的流动。
在城市轨道交通中，二极管被广泛应用于整流电路、稳压电路和开关电路等。
2.晶体管晶体管是一种控制电流的器件，通过对输入信号的调节，可以控制输出信号的电流放大或开关。
晶体管由三个掺杂不同的半导体材料层构成，即基极、发射极和集电极。
晶体管在城市轨道交通中被广泛应用于控制电路、放大电路和时序电路等。
3.场效应管场效应管是一种以电场为控制因素的半导体器件，根据栅极电压的变化来控制漏极电流的大小。
场效应管可以分为MOSFET和JFET两种类型。
场效应管在城市轨道交通中被广泛应用于功率放大电路、开关电路和频率控制电路等。
三、城市轨道交通中的半导体器件应用案例在城市轨道交通系统中，半导体器件被广泛应用于各个电子系统中，如列车控制系统、信号系统和通信系统等。
1.列车控制系统列车控制系统是城市轨道交通中最关键的系统之一，它负责对列车进行精确的控制和调度。
半导体器件在列车控制系统中被用于制动系统、牵引系统和信号系统等方面。
2.信号系统3.通信系统四、总结半导体器件作为城市轨道交通电工电子系统中不可或缺的组成部分，对于城市轨道交通的安全、稳定和高效运行起着重要作用。
未来，随着城市轨道交通系统的不断升级和发展，半导体器件的技术也将不断创新和发展，为城市交通系统带来更多的新能源、环保和高效的解决方案。
半导体器件(电工电子课件第七章)
60 死区电 压，硅管 0.5V，锗 管0.2V。
40 20
0.4
0.8
UBE(V)
(1-29)
2. 输出特性
IC(mA )
此区域满 4 足IC = IB 称为线性 3 区（放大 区）。
当UCE大于 一定的数值 100 A 时， IC只与 IB有关: 80 A IC = IB。
2
60A
40A 20A IB=0 12 UCE(V)
+ + + + + +
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + 扩散使空间电荷区逐 渐加宽，空间电荷区 越宽，内电场越强 。
(1-9)
空间电荷区， 也称耗尽层。
扩散运动
漂移运动 P型半导体 － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － + + + + 内电场E
导电能力越强 。
·半导体的特点: 温度对半导体性能的影响很大。
(1-5)
7.1.2 杂质半导体
·在本征半导体中掺入微量的某些杂质，会使半导体 的导电性能显著提高。原因是掺杂使半导体的某种 载流子浓度大大增加。
1.N 型半导体
·在本征半导体中掺入少量的 五价元素磷，晶体中的某些 半导体原子被杂质取代。
N型半导体
+ + + + + + + +
+ + + + + + + + + + + +
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二、 PN结的单向导电性 ◎PN结加正向电压（正向偏置）： P区接电源的正极、N区接电源的负极。 ◎PN结加反向电压（反向偏置）： P区接电源的负极、N区接电源的正极。
PN结外加正向电压
变薄 － + + + +
内电场被削弱， 多子的扩散加强
+4表示除去价电子后的原子
共价键共用电子对
3）.自由电子和空穴
+4
+4
+4 +4
在其它力的作用下，空 穴吸引临近的电子来填 补，这样的结果相当于 空穴的迁移，而空穴的 迁移相当于正电荷的移 动，因此可以认为空穴 是载流子。
归纳
本征半导体中存在数量相等的两种载流子，
即自由电子和空穴。
本征半导体的导电能力取决于载流子
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.最大反向工作电压URM
二极管正常工作时允许承受的最大反向工作电压。手册上给 出的最高反向工作电压URM一般是UBR的一半。
3. 最大反向电流 IRM
指二极管加反向峰值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，因此反向电流越小越好。反 向电流受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向 电流较小，锗管的反向电流要大几十到几百倍。
工作在反 向击穿区
VDZ I
稳压值
UZ
UZ IZ IZ IZmax
U 曲线越 陡，电 压越稳 定。
+
稳压管与二极管的主要区别 稳压管运用在反向击穿区 二极管运用在正向区；
稳压管比二极管的反向特性更陡。
发光二极管
发光二极管简称为LED。由含镓（Ga）、砷（As）、 磷（P）、氮（N）等的化合物制成的二极管。 导通电压一般为1~2V。 实际应用中，发光二极管的长引脚接电源的 正极，短引脚接电源的负极。
能够形成较大的
扩散电流。PN结 －
+
_ 处于导通状态。
N
P
－ － 外电场
内电场
I正
PN结外加反向电压 变厚
－ + + + + 内电场被被加强 ，多子的扩散受 抑制。PN结处于 截止状态，反向 + 电阻很大。 N
_ P
－ － －
内电场 外电场 I反
结论
PN结单向导电性： PN结在正向电压作用下，处于导通状态； PN结在反向电压作用下，处于截止状态。
① -0.8v
② 6v
③ -1v
2. 饱和状态
当三极管的UCE<UBE时， BC结处于正向偏置，此时 ，即使再增加IB，IC也不 会增加了。饱和状态
EC I C I B , I C RC U CE U CES 0.1 ~ 0.3V
饱和的三极 管相当于一 个闭合的开 关
3. 截止状态
B 基极
B 基极
E
发射极
E
发射极
C 集电极 N P N
E 发射极 集电结 发射结
B 基极
集电区： 面积较大 B 基极
C 集电极 N P N E 基区：较薄， 掺杂浓度低 发射区：掺
发射极
杂浓度较高
二、三极管的工作原理
C
1. 放大状态 RB EB
B
N P N
E
Ec RC
放大的条件：发射结正偏，集电结反偏 EB保证发射结正偏，EC>EB保证集电结反偏。
2014年诺贝尔物理学奖得主是开发 蓝色发光二极管(LED)的日本名古屋 大学终身教授赤崎勇(85岁)、日裔美 国科学家、美国加州大学圣塔芭芭 拉分校教授中村修二(60岁)及名古屋 大学教授天野浩(54岁)。
7.3 半导体二极管
一、基本结构 PN结 + 管壳和引线
阳极
符号：
P VD
阴极
N
二、伏安特性
80A
60A 40A 20A IB=0 12 UCE(V)
2
1 3 6
9
特性归纳
输入特性
同二极管的正向特性
UBE IB 输出特性
放大区 截止区 一组曲线（一个IB对应一条曲线）
UBE >0， UCE > UBE 发射结正偏，集电结反偏
I C = IB
电流放大作用
UBE<0， IB 0 I C = IB
当三极管的UBE<UT时， BE结处于反向偏置。
截止状态
饱和的三极 管相当于一 个断开的开 关
I B 0, IC 0
分析管子的工作状态 0V 硅管 -3V 锗管
1.3V
硅管 -2.8V
-1.4V
1.2V
-2.7V
1.5V
-3.5V
三、三极管的特性曲线
（1）输入特性 IB(A)
死区电 压，硅 管0.5V ，锗管 0.2V 工作压降： 硅管 UBE0.6~0.7V,锗管 UBE0.2~0.3V
光电二极管
又叫光敏二极管，在其管壳上开有一个嵌着玻璃的
小口，便于光线射入。 工作在反向截止状态，反向电流随光照强度的增加
而上升。 常用作测量光的强度，光电传感器、烟雾探测 器（光电）等。
7.4 半导体三极管
一、三极管的基本结构 NPN型 C 集电极 N P N PNP型 C 集电极 P N P
◆ 3、杂质半导体中起导电作用的主要是多子。 ◆ 4、N型半导体中电子是多子，空穴是少子；
P型半导体中空穴是多子，电子是少子。
7.2 PN结及其单向导电性
一、PN 结的形成 通过现代工艺，在一块本征半导体基片上， 一边形成P型半导体，另一边形成N型半导体，经 过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN 结。
迚入P区的电子 少部分与基区的 空穴复合，形成 电流IB ，多数扩 散到集电结。
C B IB N P N IE
发射结正 偏，发射 区电子不 断向基区 扩散，形 成发射极 E 电流 IE。 c
RB EB
IB
E
RC
C
B IC
IB
IC N P N
IB
RB EB
Ec RC
E
IE
从基区扩 散来的电 子作为集 电结的少 子，漂移 迚入集电 结而被收 集，形成IC 。
I反很小，与温度 有关；U击穿电 压，击穿导通； I
I
E
I VD
死区电压 硅管 0.5V,锗管0.1V。
导通压降: 硅 管0.6~0.7V,锗 管0.2~0.3V。
正向特性：
反向特性： E VD
反向击穿电 压U(BR)
U
U<死区电 压，不通 ；U>死区 电压，导 通；
I反
三、主要参数
1.最大整流电流 IOM
80 60 40 20 0.4 0.8 UB
E
UCE1V IB
UBE(V)
（2）输出特性 IC(mA ) 4
当UCE大于一 定的数值时， IC只与IB有关 100 ， IC =A IB 。
3
此区域满 足 I C = I B 称为线性 区（放大 区）。 2
80A
60A
40A 20A IB=0 12 UCE(V)
的浓度。
温度越高载流子的浓度越高本征
半导体的导电能力越强。
二. 杂质半导体
在本征半导体中掺入某些微量杂质。
1）N型半导体 在硅或锗晶体（四价）中掺入少量的五价
元素磷，使自由电子浓度大大增加。
N型半导体
磷原子
+4
+4
多余电子
+5
+4
多数载流子（多子）：电子。取决于掺杂浓度； 少数载流子（少子）：空穴。取决于温度。
半导体器件
7.1 半导体的基本知识 7.2 PN结及其单向导电性
7.3 半导体二极管
7.4 半导体三极管 7.5 场效应管 7.6 晶闸管
7.1 半导体的基本知识
基础知识
导 体: 自然界中很容易导电的物质.例如金属。
绝缘体：电阻率很高的物质，几乎不导电;如橡皮、 陶瓷、塑料和石英等。 半导体：导电特性处于导体和绝缘体之间的物质， 例如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等
电子电路中常用的半导体器件有二极管、三极管、
场效应管、晶闸管等。 半导体的特点
当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。 往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力 明显改变。
一. 本征半导体
纯净的半导体。如：硅和锗 1）.最外层四个价电子。 2）.共价键结构
+4
Ge
+4 +4
Si
+4
四、应用举例
理想二极管
U >0，VD导通；UD=0，I 取决于外电路；相当于一 个闭合的开关 E UD I VD E U I
U 0，VD截止；I=0， UD（负值）取决于外电路 ；相当于一个断开的开关
E
E
UD VD I反
U I反
特殊二极管：稳压二极管
1.结构和符号：结构同二极管 2.伏安特性：
发射结反偏
UBE >0， UCE < UBE 发射结正偏，集电结正偏
饱和区 无电流放大作用
2）P型半导体
在硅或锗晶体（四价）中掺入少量的三价元素硼。 多子：空穴。 取决于掺杂浓度；
硼原子
+4
+4
空穴Байду номын сангаас
少子：电子。 取决于温度。
+3
+4
归纳
◆ 1、杂质半导体中两种载流子浓度不同，分为
多数载流子和少数载流子（简称多子、少子）。