第一章 常用半导体器件器件
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常用半导体器件
图1.5 P型半导体旳共价键构造
多数载流子（多子）参加导电，杂质原子成 为不可移动旳离子，半导体呈现电中性。
多子旳浓度与掺杂浓度有关，受温度影响很 小；
少数载流子（少子）是因本征激发产生，因 而其浓度与掺杂无关，对温度非常敏感，影响 半导体旳性能.
三、PN结及其单向导电性
1. PN结旳形成 PN结合 多子浓度差 多子扩散 产生空间 电荷区，形成内电场 阻止多子扩散， 促使少子漂移。
四 、半导体二极管旳应用
1、一般二极管
利用二极管旳单向导电性，可实现整流、限 幅及电平选择等功能。
（1）整流电路
利用单向导电性能旳整流元件，将正负交替 变化旳正弦交流电压变换成单方向旳脉动直流 电压。
在电压正半周（设a端为正，b端为负时为正 半周）电流通路如图(a)中实线箭头所示；电压 旳负半周，电流通路如图(b)中虚线箭头所示。 经过RL旳电流iL以及RL上旳电压uL旳波形如图 1.25所示。iL、uL都是单方向旳全波脉动波形。
图1.6 载流子分布浓度差引起扩散运动
扩散运动：多数载流子因浓度上旳差别而形 成旳运动。
漂移运动：少数载流子在内电场作用下有规 则旳运动。
漂移运动和扩散
运动旳方向相反。
无外加电场时，经过
PN结旳扩散电流等
于漂移电流，PN结
旳宽度处于稳定状态。
图1.7 PN结旳形成
2. PN结旳单向导电性
（1）PN结外加正电压
一 、三极管旳构造及符号
1.三极管旳基本构造
三极管旳构造特点： （1）基区做得很薄，
且掺杂浓度低； （2）发射区杂质浓度很高； （3）集电区面积较大.
NPN
PNP
图1.29 三极管构造与符号
2.三极管旳分类
多数载流子（多子）参加导电，杂质原子成 为不可移动旳离子，半导体呈现电中性。
多子旳浓度与掺杂浓度有关，受温度影响很 小；
少数载流子（少子）是因本征激发产生，因 而其浓度与掺杂无关，对温度非常敏感，影响 半导体旳性能.
三、PN结及其单向导电性
1. PN结旳形成 PN结合 多子浓度差 多子扩散 产生空间 电荷区，形成内电场 阻止多子扩散， 促使少子漂移。
四 、半导体二极管旳应用
1、一般二极管
利用二极管旳单向导电性，可实现整流、限 幅及电平选择等功能。
（1）整流电路
利用单向导电性能旳整流元件，将正负交替 变化旳正弦交流电压变换成单方向旳脉动直流 电压。
在电压正半周（设a端为正，b端为负时为正 半周）电流通路如图(a)中实线箭头所示；电压 旳负半周，电流通路如图(b)中虚线箭头所示。 经过RL旳电流iL以及RL上旳电压uL旳波形如图 1.25所示。iL、uL都是单方向旳全波脉动波形。
图1.6 载流子分布浓度差引起扩散运动
扩散运动：多数载流子因浓度上旳差别而形 成旳运动。
漂移运动：少数载流子在内电场作用下有规 则旳运动。
漂移运动和扩散
运动旳方向相反。
无外加电场时，经过
PN结旳扩散电流等
于漂移电流，PN结
旳宽度处于稳定状态。
图1.7 PN结旳形成
2. PN结旳单向导电性
（1）PN结外加正电压
一 、三极管旳构造及符号
1.三极管旳基本构造
三极管旳构造特点： （1）基区做得很薄，
且掺杂浓度低； （2）发射区杂质浓度很高； （3）集电区面积较大.
NPN
PNP
图1.29 三极管构造与符号
2.三极管旳分类
第1章—02-半导体二极管-sw
六、发光二极管 发光二极管
将电能转换成光能的特殊半导体器件。 1.定义：将电能转换成光能的特殊半导体器件。 定义： 2.类型 类型 普通发光二极管 红外发光二极管 …… 直流驱动电路 交流驱动电路
3.常用驱动电路： 常用驱动电路：
4.工作原理： 管子加正向电压时 在正向电流激发下， 4.工作原理：当管子加正向电压时，在正向电流激发下， 工作原理 管子发光，属电致发光。 管子发光，属电致发光。 注意：发光二极管在加正向电压时才发光。 注意：发光二极管在加正向电压时才发光。
模拟电子技术基础 第1章 常用半导体器件
电子系 2010年9月 Electronic Department Sep. 2010
第一章 常用半导体器件
1.1、半导体的基础知识 1.1、 1.2、半导体二极管 1.2、 1.3、 1.3、晶体三极管 1.4、 1.4、场效应管
1.2 半导体二极管
一、二极管的组成 二、二极管的伏安特性及电流方程 三、二极管的等效电路 四、二极管的主要参数 五、稳压二极管 六、发光二极管 七、光电二极管 八、其他二极管 九、二极管的应用
ui=0时直流电源作用 时直流电源作用
∆u D U T 根据电流方程，rd = ≈ ∆iD ID
小信号作用 Q越高，rd越小。 越高， 越小。 越高 静态电流
四、二极管的主要参数
• • • • 最大整流电流I 最大整流电流 F：最大平均值 最大反向工作电压U 最大反向工作电压 R：最大瞬时值 反向电流 IR：即IS 最高工作频率f 最高工作频率 M：因PN结有电容效应 结有电容效应 结电容为扩散电容（ 与势垒电容（ 之和。 结电容为扩散电容（Cd）与势垒电容（Cb）之和。
uL
+
常用半导体器件
1.特点：非线性
I
反向击穿 电压U(BR)
反向电流 在一定电压 范围内保持 常数。
P– + N 反向特性
外加电压大于反向击 穿电压二极管被击穿， 失去单向导电性。
正向特性
P+ – N
导通压降
硅0.6~0.8V 锗0.1~0.3V
U
硅管0.5V, 开启电压
锗管0.1V。
外加电压大于开启 电压二极管才能通。
+ + ++ + + + + ++ + + + + ++ + +
P IF
内电场 N
外电场
+–
P接正、N接负
动画
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。
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PN 结加反向电压（反向偏置） P接负、N接正
掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电 能力明显改变(可做成各种不同用途的半导 体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。
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一、本征半导体
完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征 半导体。
价电子
Si
Si
共价健
Si
Si
晶体中原子的排列方式
硅单晶中的共价健结构
共价键中的两个电子，称为价电子。
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。
第1章常用半导体器件
ui=0时直流电源作用
根据电流方程，rd
uD iD
UT ID
小信号作用
Q越高，rd越小。 静态电流
3. 二极管电路应用举例
（1）开关电路（掌握）
方法：假设法，将D管断开 原则一：单向导电性
阳极 a
k 阴极
D
V阳>V阴，D管正偏，导通 V阳< V阴，D管反偏，截止
原则二：优先导通原则（多二极管电路中）
物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气 体、液体、固体均有之。
P区空穴 浓度远高 于N区。
N区自由电 子浓度远高
于P区。
扩散运动
扩散运动使靠近接触面P区的空穴浓度降低、靠近接触面 N区的自由电子浓度降低，产生内电场。
由于扩散运动使P区与N区的交界面缺少多数载流子，形成 内电场，从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从N区向P 区、自由电子从P区向N 区运动。
2
98 0.98
100
综上所述，实现晶体三极管放大作用的 两个条件是：
（1）内部条件：发射区杂质浓度远大于基区 杂质浓度，且基区很薄。
（2）外部条件：发射结正向偏置，集电结反 向偏置。
正偏电压工作，通电流→发光，电信号→光信号 光颜色：红、橙、黄、绿（与材料磷、砷、镓、化有关）
3. 激光二极管
（a）物理结构 （b）符号
发光二极管
光电二极管
一、晶体管的结构及类型 二、晶体管的电流放大原理 三、晶体管的共射输入特性和输出特性 四、温度对晶体管特性的影响 五、主要参数
三极管：电流放大（三个电极）
将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。
小功率 二极管
大功率 二极管
稳压 二极管
模电1常用半导体器件
ICEO = (1+β) ICBO
三. 极限参数
1. 集电极最大允许电流ICM 2. 集电极最大允许功耗PCM 3. 反向击穿电压U(BR)CEO 、U(BR)CBO
α=β/(1+β)
三极管的安全工作区
1 .4 场效应管（Field Effect Transistor ）
场效应管是单极性管子，其输入PN结处于反偏或 绝缘状态，具有很高的输入电阻（这一点与三极管相 反），同时，还具有噪声低、热稳定性好、抗辐射性 强、便于集成等优点。
1 .3 .5 共射NPN三极管伏安特性曲线
二. 输出特性曲线 IC=f ( IB ，UCE )
实际测试时如下进行：
IC= f ( UCE )|IB
发射结正偏、集电结反 偏时，三极管工作在放大 区(处于放大状态)，有放 大作用：IC =βIB + ICEO
两结均反偏时，三极管 工作在截至区(处于截止状 态) ，无放大作用。 IE=IC=ICEO≈0
第五章 负反馈放大器
第六章 信号运算电路
第七章 波形发生电路
第八章 功率放大电路 第九章 直流电源
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第一章 常用半导体器件
本章主要内容：
半导体材料、由半导体构成的PN 结、二极管结构特性、三极管结构特性及 场效应管结构特性。
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1 .1 半导体（Semiconductor）基本知识
• 2、《电子技术实验》.石焕玉等编. • 3、《电子技术基础》(模拟部分).康华光
主编. 高等教育出版社 • 4、《模拟电子技术基础》华成英(第四
版)习题解答（因网络不通，暂时没法放 在系网页上，需要者来复制）
第一章 半导体器件 第二章 基本放大电路 第三章 放大电路的频率特性 第四章 集成运算放大器
1.常用半导体器件
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第五节 场效应晶体管
N沟道增强型MOS管 N沟道耗尽型MOS管 MOS管的主要参数及使用注意事项
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场效应晶体管是用输入回路的电场效应来控 制半导体中的多数载流子，使流过半导体内的电 流大小随电场强弱而变化，形成电压控制其导电 的一种半导体器件。与晶体管相比场效应晶体管 更易于集成。
场效应晶体管有两种: 结型场效应晶体管 绝缘栅型场效应晶体管
发光二极管的发光颜色取决于使用的材料。
发光二极管只能工作在正向偏置状态，工 作 时电路中必须串接限流电阻。
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第四节 晶体管
晶体管的基本结构和类型 晶体管的电流分配和放大原理 晶体管的特性曲线 晶体管的主要参数 温度对晶体管特性和参数的影响
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一、晶体管的基本结构和类型
集电极
集电结
集电区
基极
基区
返回
例2、已知ui = 6sinωt，UZ =3V，画输出波形。
ui /V
6
ui
VS
3
uo O
ωt
uo
3
O
ωt
返回
例3、图示电路中，稳压管VS1、VS2的稳压值分
别为UZ1＝5V，UZ2＝7V，正向压降为0.7Ｖ，若
输入电压Ui波形如图所示，试画出输出电压波
形。
Ui
R
12V
Ui R
Uo 6V VS1 VS2 －2V
（ NPN： VBC. > VNBP>NVE V C V B V E
PNP： VC<PUNB <PVE）V C V B V E
返回
例2：有三只晶体管，分别为 锗管β＝150， ICBO＝2μA； 硅管β＝100，ICBO＝1μA； 硅管β＝40，ICEO＝41μA；试从β和温度稳定 性选择一只最佳的管子。 解： β 值大，但ICBO也大，温度稳定性较差； β 值较大，ICBO＝1μA，ICEO＝101 μA ； β 值较小，ICEO＝41μA， ICBO＝1μA。 、 ICBO相等，但 的β 较大，故 较好。
第五节 场效应晶体管
N沟道增强型MOS管 N沟道耗尽型MOS管 MOS管的主要参数及使用注意事项
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场效应晶体管是用输入回路的电场效应来控 制半导体中的多数载流子，使流过半导体内的电 流大小随电场强弱而变化，形成电压控制其导电 的一种半导体器件。与晶体管相比场效应晶体管 更易于集成。
场效应晶体管有两种: 结型场效应晶体管 绝缘栅型场效应晶体管
发光二极管的发光颜色取决于使用的材料。
发光二极管只能工作在正向偏置状态，工 作 时电路中必须串接限流电阻。
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第四节 晶体管
晶体管的基本结构和类型 晶体管的电流分配和放大原理 晶体管的特性曲线 晶体管的主要参数 温度对晶体管特性和参数的影响
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一、晶体管的基本结构和类型
集电极
集电结
集电区
基极
基区
返回
例2、已知ui = 6sinωt，UZ =3V，画输出波形。
ui /V
6
ui
VS
3
uo O
ωt
uo
3
O
ωt
返回
例3、图示电路中，稳压管VS1、VS2的稳压值分
别为UZ1＝5V，UZ2＝7V，正向压降为0.7Ｖ，若
输入电压Ui波形如图所示，试画出输出电压波
形。
Ui
R
12V
Ui R
Uo 6V VS1 VS2 －2V
（ NPN： VBC. > VNBP>NVE V C V B V E
PNP： VC<PUNB <PVE）V C V B V E
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例2：有三只晶体管，分别为 锗管β＝150， ICBO＝2μA； 硅管β＝100，ICBO＝1μA； 硅管β＝40，ICEO＝41μA；试从β和温度稳定 性选择一只最佳的管子。 解： β 值大，但ICBO也大，温度稳定性较差； β 值较大，ICBO＝1μA，ICEO＝101 μA ； β 值较小，ICEO＝41μA， ICBO＝1μA。 、 ICBO相等，但 的β 较大，故 较好。
第1章常用半导体器件
1.1.1 本征半导体
纯净的具有晶体结构的半导体
一、导体、半导体和绝缘体 导体、
导体：自然界中很容易导电的物质称为导体， 导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属 导体 一般都是导体。 一般都是导体。 绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体 绝缘体， 绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡 陶瓷、塑料和石英。 皮、陶瓷、塑料和石英。 半导体： 半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘 半导体， 体之间，称为半导体 如锗、 体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓 和一些硫化物、氧化物等。 和一些硫化物、氧化物等。
二、P 型半导体
杂质元素， 在硅或锗的晶体中掺入少量的 3 价杂质元素，如 铟等， 型半导体。 硼、镓、铟等，即构成 P 型半导体。
+4 +4 +4
3 价杂质原子称为 受主原子。 受主原子。 空穴浓度多于电子 浓度， 浓度，即 p >> n。空穴 。 为多数载流子， 为多数载流子 ， 电子为 少数载流子。 少数载流子。
五、PN结的电容效应 结的电容效应
上的电压发生变化时， 当PN上的电压发生变化时，PN 结中储存的电荷量 上的电压发生变化时 将随之发生变化， 结具有电容效应。 将随之发生变化，使PN结具有电容效应。 结具有电容效应 势垒电容 电容效应包括两部分 扩散电容 1. 势垒电容 b 势垒电容C 结的空间电荷区变化形成的。 是由 PN 结的空间电荷区变化形成的。
公式推导过程略
四、PN结的伏安特性 结的伏安特性
i = f (u )之间的关系曲线。 之间的关系曲线。
i/ mA
60 40 20 –50 –25 0 0.5 1.0 u / V – 0.002
正向特性
纯净的具有晶体结构的半导体
一、导体、半导体和绝缘体 导体、
导体：自然界中很容易导电的物质称为导体， 导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属 导体 一般都是导体。 一般都是导体。 绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体 绝缘体， 绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡 陶瓷、塑料和石英。 皮、陶瓷、塑料和石英。 半导体： 半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘 半导体， 体之间，称为半导体 如锗、 体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓 和一些硫化物、氧化物等。 和一些硫化物、氧化物等。
二、P 型半导体
杂质元素， 在硅或锗的晶体中掺入少量的 3 价杂质元素，如 铟等， 型半导体。 硼、镓、铟等，即构成 P 型半导体。
+4 +4 +4
3 价杂质原子称为 受主原子。 受主原子。 空穴浓度多于电子 浓度， 浓度，即 p >> n。空穴 。 为多数载流子， 为多数载流子 ， 电子为 少数载流子。 少数载流子。
五、PN结的电容效应 结的电容效应
上的电压发生变化时， 当PN上的电压发生变化时，PN 结中储存的电荷量 上的电压发生变化时 将随之发生变化， 结具有电容效应。 将随之发生变化，使PN结具有电容效应。 结具有电容效应 势垒电容 电容效应包括两部分 扩散电容 1. 势垒电容 b 势垒电容C 结的空间电荷区变化形成的。 是由 PN 结的空间电荷区变化形成的。
公式推导过程略
四、PN结的伏安特性 结的伏安特性
i = f (u )之间的关系曲线。 之间的关系曲线。
i/ mA
60 40 20 –50 –25 0 0.5 1.0 u / V – 0.002
正向特性
模电知识整理
模电知识整理第零章 导言第一章 常用半导体器件1.1 半导体基础知识1.1.1 本征半导体纯净的具有晶体结构的半导体1.1.1.1 半导体物质的导电性能决定于原子结构。
导体一般为低价元素。
绝缘体一般为高价元素（如惰性气体）。
常用半导体材料硅锗均为四价元素。
1.1.1.2 本征半导体的晶体结构晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵，称为晶格。
本征半导体中的电子通过共价键互联。
1.1.1.3 本征半导体中的两种载流子常温下，极少数价电子由于热运动（热激发）获得足够的能量，挣脱共价键的束缚成为自由电子，带负电。
自由电子脱离轨道束缚，原处留下空位置，称为空穴，带正电。
自由电子与空穴成对出现，数目相等。
在本征半导体外加电场，则自由电子将产生定向移动，形成电子电流；空穴将被价电子按一定方向依次填补，即空穴也产生定向移动，形成空穴电流。
二者运动方向相反。
半导体中电流为自由电子与空穴电流之和。
运载电荷的粒子称为载流子。
导体的载流子仅有自由电子一种；本征半导体的载流子有自由电子和空穴两种。
1.1.1.4本征半导体中载流子的浓度本征激发：半导体在热激发下产生自由电子和空穴对的现象。
复合：自由电子填补空穴的现象。
动态平衡：本征激发产生的自由电子与空穴数目相等。
在一定温度下，本征半导体中载流子的浓度是一定的，且自由电子与空穴浓度相等。
环境温度升高时，载流子浓度升高，导电性增强。
3-3221,,()GOE kT i i i i n p K T e n p cm -==分别表示自由电子与空穴的浓度本征半导体的导电性能很差，且与环境温度密切相关。
可用于制作热敏、光敏器件，但也会造成半导体器件温度稳定性差。
1.1.2杂质半导体通过扩散工艺，在本征半导体中掺入少量合适的杂质元素得到的半导体。
1.1.2.1 N 型半导体在纯净的硅晶体中掺入五价元素。
杂质原子外层有五个价电子，因此除了参与构成共价键的价电子，还多出一个电子，这个电子只需要很少的能量就可以挣脱束缚，成为自由电子。
1章 常用半导体器件图
ΔI 0
0
ui
U
ΔU
例4.Dio －
E
5.稳压管的参数及应用
• ⑴.稳压管的(应用电路)工作原理：
IR ＋
R
Ui
Z
IZ
IL RL
•
┗┓ D
－
IR=IZ + IL IR =(Ui –UZ)/R
稳压管的伏安特性和等效电路
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⑴.稳压管稳压电路
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⑵.稳压管的参数
• • • • • ①.稳定电压UZ ②.稳定电流IZ ③.额定功耗PZ ④.稳压管的温度系数 ⑤.动态电阻rZ
(1).PN结内部载流子 的运动：
①.多子的扩散运动： ②.自建电㘯和 耗尽层的形成： 载流子复合
③.少数载流子的 漂移运动：
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2. PN结的单向导电性：
(1). PN结加正向电压时导通
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(2).PN结加反向电压时截止
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3.PN结的伏安特性
• ⑴. PN结的电流方程：
i Is(
qu kT
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图1.5.1 单结晶体管的结构示意图和等效电路
返回
图1.5.2 单结晶体管特性曲线的测试
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图1.5.3 单结晶体管组成的振荡电路
返回
图1.5.4 晶闸管的外形
返回
图1.5.5 晶闸管的结构、等效电路和符号
返回
图1.5.6 晶闸管的工作原理
返回
图1.5.7 晶闸管的伏安特性曲线
返回
返回
图1.6.1 基片与管芯图
返回
图1.6.2 集成电路的剖面图及外形
返回
图1.6.3 PN结隔离的制造工艺
Pi=Ni
P = Pa ＋ Pi N = Ni （多子）P＞n（少子）
第一章常用半导体器件 (2)
Cb
• d
S
式中ε是介质常数，S是PN结的面积，d是PN结的宽度。
❖ 扩散电容Cd
Cd是PN结正向电压变化时， 多数载流子在扩散过程中积累 引起的。反向偏置时，以扩散 电容Cd为主。
PN结正偏时，多数载流子扩 散到对方成为对方区域中的“少 子” (称为“非平衡少子”）这 些少子在正偏电压变化时，也有 堆积与泄放的过程。
＋4
＋4
＋4
电流是电子电流和空穴电流之和，
(而导体只有自由电子导电)。
图 1.1.2 电子-空穴对的产生和空穴的移动
在本征半导体中不断地进行着激发与复合 两种相反的过程， 当温度一定时， 两种状态 达到动态平衡，即本征激发产生的电子-空穴对， 与复合的电子-空穴对数目相等，这种状态称为 动态平衡状态（热平衡）。 半导体中自由 电子和空穴的多少分别用浓度（单位体积中载 流子的数目）ni和pi来表示。处于热平衡状态 下的本征半导体，其载流子的浓度是一定的， 并且自由电子的浓度和空穴的浓度相等。
第一章 常用半导体器件
1.1 半导体的基本知识 1.2 半导体二极管 1.3 双极型晶体管 1.4 场效应管
有关半导体的基本概念
• 本征半导体、杂质半导体 • 施主杂质、受主杂质 • N型半导体、P型半导体 • 自由电子、空穴 • 多数载流子、少数载流子
§ 1.1 半导体基础知识
自然界的物质按其导电能力可分为导体、半导 体和绝缘体三类。常用的半导体材料有硅（Si）和 锗（Ge）。半导体导电能力介于导体和绝缘体之间。
1.2.4. 二极管的等效电路
(a)理想二极管
(b)正向导通时端电压为常量 (c)正向导通时端电压与电流成线性关系
图１．２．４由伏安特性折线化得到的等效电路
《电子技术基础》第1章
集电结 集电极c
发射结
Collector
基极b Base 发射极e Emitter NPN型
PNP型
晶体管的分类
材料
用途
硅管
锗管 放大管 开关管 低频管
结构
PNP
NPN
不论是硅管还是锗管 都有NPN型和PNP型
频率
高频管
功率
小功率管 中功率管 大功率管
2．晶体三极管的放大原理
晶体三极管具有放大作用，因此常 用它组成放大电路。放大电路框图如图 1-6所示。在输入端加上一个小信号ui， 在输出端可以得到比较大的信号uo。
图1-6 放大电路框图
三极管的三种连接方法
晶体三极管只有三个电极，用它组成放大电路时，一 个电极作为输入端，一个电极作为输出端，剩下的一个 电极作为输入、输出的公共端，所以用三极管组成放大 器时就有三种接法。如图1-7所示。
图1-7 三极管的三种连接方法
（1）晶体三极管具有放大作用的条件
要使三极管能够放大，必须满足一定的外部条件 ： 发射结加一个正向电压，习惯上称为正向偏置。 P端电位大于N端电位。 给集电结加一个反向电压，习惯上称为反向偏置 。 P端电位小于N端电位。
晶体二极管特性曲线
击穿电压 门限电压
图1-4 晶体二极管伏安特性曲线
曲线分析
（1）正向特性
① 只有当正向电压超过某一数值 时，才有明显的正向电流，这个电压 数值称为“门限电压”或“死区电压 ”用UT 表示。对于硅管UT 为0.6～0.8 伏； 对于锗管UT 为0.2～0.3伏。一般情 况下，从曲线近似直线部分作切线， 切线与横坐标的交点即为UT。 ② 随着电压u的增加，电流i按照 指数的规律增加，当电流较大时，电 流随着电压的增加几乎直线上升。 ③ 不论硅管还是锗管，即使工作 在最大允许电流，管子两端的电压降 一般也不会超过1.5伏，这是晶体二极 管的特殊结构所决定的。
第一章半导体器件基础知识
江西应用技术职业学院
16
本章概述
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
第一章 半导体器件基础知识
2. 最高反向工作电压 UR
工作时允许加在二极管两端的反向电压值。通常将击穿电
压 UBR 的一半定义为 UR 。
第
二
3. 反向电流 IR
节
通常希望 IR 值愈小愈好。
半 导
4. 最高工作频率 fM
体 二
如果给PN外加反向电压，即P区接电源的负极，N区接电源的
正极，称为PN结反偏，如图所示。
外加电压在PN结上所形成的外电场与PN结内电场的方向相同， 第
增强了内电场的作用，破坏了原有的动态平衡，使PN结变厚，加 强了少数载流子的漂移运动，由于少数载流子的数量很少，所以 只有很小的反向电流，一般情况下可以忽略不计。这时称PN结为
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22
本章概述
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
第一章 半导体器件基础知识
2．光电二极管 光电二极管又称光敏二极管，是一种将光信号转换为电信号的 特殊二极管（受光器件）。光电二极管的符号如图所示。
受光面
受光面
第
二
节
半
光电二极管工作在反向偏置下，无光照时，流过光电二极管的电 导
管
第五节
击穿并不意味管子损坏，若控制击穿电流，电
压降低后，还可恢复正常。
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15
第一章 半导体器件基础知识
三、温度对二级管特性的影响
本章概述
1．温度升高1℃，硅和锗二极管导通时的正向压降UF将
减小2.5mv左右。
第一节
2．温度每升高10℃，反向电流增加约一倍。
模电助教版第1章常用半导体器件FE
半导体器件的频率特性
01
02
03
频率响应
描述半导体器件在不同频 率下的工作性能。
频率限制
由于半导体器件内部电子 和空穴的运动速度限制， 存在一个最高工作频率。
频率变换
通过改变半导体器件的结 构和材料，可以实现不同 频率下的工作。
半导体器件的噪声特性
噪声来源
主要包括热噪声、散粒噪 声和闪烁噪声等。
04伏安特性定义
描述半导体器件在工作状态下， 输入电压与输出电流之间的关系。
线性区与饱和区
在一定的工作电压范围内，半导体 器件的伏安特性呈现线性关系；超 过该范围，器件进入饱和区，电流 不再随电压增大而增大。
截止区与击穿区
当输入电压过低或过高时，半导体 器件处于截止区或击穿区，此时电 流极小或为零。
05
04
1970年代
超大规模集成电路技术的突破，使得 电子设备更加微型化和智能化。
02
半导体基础知识
半导体的定义与分类
总结词
半导体的定义与分类
详细描述
半导体的定义是具有导电性，但导电性介于导体和绝缘体之间的材料。根据导 电性能的不同，半导体可以分为n型和p型两种类型。
半导体材料特性
总结词
半导体材料特性
详细描述
半导体材料具有特殊的物理和化学性质，如高掺杂性、光电效应等。这些特性使 得半导体在电子、光电子、微电子等领域具有广泛的应用。
半导体物理基础
总结词
半导体物理基础
详细描述
半导体物理是研究半导体材料中电子状态和运动的学科，包括能带理论、载流子类型与浓度、迁移率等基本概念。 这些理论为理解半导体的性质和应用提供了基础。
三极管
总结词
模电第1章 常用半导体器件
1、工程性
实际工程需要证明其可行性。
强调定性分析。
实际工程在满足基本性能指标的前提下总是容许存
在一定的误差范围的。 电子电路的定量分析称为“估算”。 近似分析要“合理”。 抓主要矛盾和矛盾的主要方面。
电子电路归根结底是电路。
估算不同的参数需采用不同的模型，可用电路的
基本理论分析电子电路。
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第一章 常用半导体器件
+4
+4
+4 自由电子
+4
+5 +4
+4 施主原子
+4
+4
+4
图 1.1.3
N 型半导体
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第一章 常用半导体器件
二、 P 型半导体
在硅或锗的晶体中掺入少量的 3 价杂质元素，如 硼、镓、铟等，即构成 P 型半导体。
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第一章 常用半导体器件
导
言
本课程成绩评定标准
作业
考勤
10 %
10 %
实验报告
考试
10 %
70 %
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第一章 常用半导体器件
导
言
一、电子技术的发展 二、模拟信号与模拟电路 三、“模拟电子技术基础”课程的特 点 四、如何学习这门课程 五、课程的目的 六、考查方法
安徽工程科技学院电工电子技术教研室－－模拟电路多媒体课件
第一章 常用半导体器件
本征半导体掺入 5 价元素后，原来晶体中的某些 硅原子将被杂质原子代替。杂质原子最外层有 5 个价 电子，其中 4 个与硅构成共价键，多余一个电子只受 自身原子核吸引，在室温下即可成为自由电子。 自由电子浓度远大于空穴的浓度，即 n >> p 。 电子称为多数载流子(简称多子)， 空穴称为少数载流子(简称少子)。 5 价杂质原子称为施主原子。
实际工程需要证明其可行性。
强调定性分析。
实际工程在满足基本性能指标的前提下总是容许存
在一定的误差范围的。 电子电路的定量分析称为“估算”。 近似分析要“合理”。 抓主要矛盾和矛盾的主要方面。
电子电路归根结底是电路。
估算不同的参数需采用不同的模型，可用电路的
基本理论分析电子电路。
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第一章 常用半导体器件
+4
+4
+4 自由电子
+4
+5 +4
+4 施主原子
+4
+4
+4
图 1.1.3
N 型半导体
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第一章 常用半导体器件
二、 P 型半导体
在硅或锗的晶体中掺入少量的 3 价杂质元素，如 硼、镓、铟等，即构成 P 型半导体。
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导
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本课程成绩评定标准
作业
考勤
10 %
10 %
实验报告
考试
10 %
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第一章 常用半导体器件
导
言
一、电子技术的发展 二、模拟信号与模拟电路 三、“模拟电子技术基础”课程的特 点 四、如何学习这门课程 五、课程的目的 六、考查方法
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第一章 常用半导体器件
本征半导体掺入 5 价元素后，原来晶体中的某些 硅原子将被杂质原子代替。杂质原子最外层有 5 个价 电子，其中 4 个与硅构成共价键，多余一个电子只受 自身原子核吸引，在室温下即可成为自由电子。 自由电子浓度远大于空穴的浓度，即 n >> p 。 电子称为多数载流子(简称多子)， 空穴称为少数载流子(简称少子)。 5 价杂质原子称为施主原子。
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4. 杂质半导体的表示方法如下图所示。
(a)N 型半导体
(b) P 型半导体
图 杂质半导体的的简化表示法
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第一章 常用半导体器件
1.1.3 PN结
在一块半导体单晶上一侧掺杂成为 P 型半导体，另 一侧掺杂成为 N 型半导体，两个区域的交界处就形成了 一个特殊的薄层，称为 PN 结。
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第一章 常用半导体器件
二、 P 型半导体
在硅或锗的晶体中掺入少量的 3 价杂质元素，如 硼、镓、铟等，即构成 P 型半导体。
+4
+4
+4
3 价杂质原子称为
空穴
受主原子。
+4
+34
+4 受主
空穴浓度多于电子
原子
浓度，即 p >> n。空穴
为多数载流子，电子为
第一章 常用半导体器件
二、本征半导体的晶体结构
完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导体 称为本征半导体
+4
+4
+4
将硅或锗材料提
纯便形成单晶体，
共 价
它的原子结构为 键
+4
+4
价 电 子
+4
共价键结构。
+4
当温度 T = 0 K 时，半导 体不导电，如同绝缘体。 图 1.1.1
+4
+4
本征半导体结构示意图
第
3.场效应管的分类、工作原理和特性曲线。
三
版
童
本章教学时数：
8学时
诗
白
本章讨论的问题：
1.为什么采用半导体材料制作电子器件？
2.空穴是一种载流子吗？空穴导电时电子运动吗？
3.什么是N型半导体？什么是P型半导体？ 当二种半导体制作在一起时会产生什么现象？
第
4.PN结上所加端电压与电流符合欧姆定律吗？它为什么
白
10 直流稳压电源
第一章 常用半导体器件
1.1 半导体基础知识 1.2 半导体二极管 1.3 双极型晶体管 第 1.4 场效应管
三
版 1.5 单结晶体管和晶闸管
童
诗 1.6集成电路中的元件
白
本章重点和考点：
1.二极管的单向导电性、稳压管的原理。
2.三极管的电流放大原理， 如何判断三极管的管型 、管脚和管材。
第一章 常用半导体器件
五、PN结的电容效应
当PN上的电压发生变化时，PN 结中储存的电荷量 将随之发生变化，使PN结具有电容效应。
电容效应包括两部分 势垒电容 扩散电容
1. 势垒电容Cb 是由 PN 结的空间电荷区变化形成的。
空间
空间
P 电荷区 NP电荷区5刘君华 虚拟仪器图形化编程语言
西安电子科技大学出版社。
6.张易知 虚拟仪器的设计与实现
西安电子科技大学出版社。
目录
1 常用半导体器件
2 基本放大电路
3 多级放大电路
4 集成运算放大电路
5 放大电路的频率响应
第
6 放大电路中的反馈
三
7 信号的运算和处理
版 童
8 波形的发生和信号的转换
诗
9 功率放大电路
本征半导体中载流子的浓度公式：
ni= pi= K1T3/2 e -EGO/(2KT)
T=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度:
n = p =1.43×1010/cm3
本征锗的电子和空穴浓度:
n = p =2.38×1013/cm3
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第一章 常用半导体器件
+4
+4
+4
少数载流子。
图 1.1.4 P 型半导体
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说明：
第一章 常用半导体器件
1. 掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度；温度决 定少数载流子的浓度。
2. 杂质半导体载流子的数目要远远高于本征半导 体，因而其导电能力大大改善。
3. 杂质半导体总体上保持电中性。
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第一章 常用半导体器件
3. 空间电荷区产生内电场
空间电荷区正负离子之间电位差 Uho —— 电位壁垒； —— 内电场；内电场阻止多子的扩散 —— 阻挡层。
4. 漂移运动 内电场有利 于少子运动—漂 移。
少子的运动 与多子运动方向 相反
阻挡层
第一章 常用半导体器件
四、PN结的伏安特性
i = f (u )之间的关系曲线。
i/ mA
60
40
正向特性
20
–50 –25
反 向
0 0.5 1.0 u / V 击穿电–压0.002
特 性
U(BR–) 0.004 死区电压
图 1.1.10 PN结的伏安特性
反向击穿 齐纳击穿 雪崩击穿
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5. 载流子的浓度与温度密切相关，它随着温度的升 高，基本按指数规律增加。
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第一章 常用半导体器件
1.1.2 杂质半导体
杂质半导体有两种
N 型半导体 P 型半导体
一、 N 型半导体(Negative)
在硅或锗的晶体中掺入少量的 5 价杂质元素，如 磷、锑、砷等，即构成 N 型半导体(或称电子型 半导体)。
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第一章 常用半导体器件
半导体的导电机理不同于其它物质，所以它 具有不同于其它物质的特点。例如：
当受外界热和光的作用时，
它的导电能力明显变化。
光敏器件
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。
二极管
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综上所述： 当 PN 结正向偏置时，回路中将产生一个较大的 正向电流， PN 结处于 导通状态； 当 PN 结反向偏置时，回路中反向电流非常小， 几乎等于零， PN 结处于截止状态。
可见， PN 结具有单向导电性。
（动画1-4）（动画1-5）
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第一章 常用半导体器件
在 PN 结加上一个很小的正向电压，即可得到较大的 正向电流，为防止电流过大，可接入电阻 R。
2. PN 结外加反向电压时处于截止状态(反偏) 反向接法时，外电场与内电场的方向一致，增强了内 电场的作用；
外电场使空间电荷区变宽； 不利于扩散运动，有利于漂移运动，漂移电流大于扩 散电流，电路中产生反向电流 I ； 由于少数载流子浓度很低，反向电流数值非常小。
第一章前 常用言半导体器件
5. 学习方法
重点掌握基本概念、基本电路的分析、计算及设计方法。
6. 成绩评定标准
理论： 作业
7%
考勤、提问 、课外读书 7 %
实验
30%
期终考试
7. 教学参考书
56 %
童诗白主编，《模拟电子技术基础》 第二版，高教出版社
康华光主编，《电子技术基础》 模拟部分 第三版，高教出版社 陈大钦主编，《模拟电子技术基础问答：例题 • 试题》，华工出版社
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第一章 常用半导体器件
课外阅读教材：
1.谢自美 电子线路设计.实验.测试
华中理工大学出版社。
2.毕满清 电子技术实验与课程设计
机械工业出版社。
3.高伟涛 Pspice8.0电路设计实例精粹 国防工业出版社 。
4.李东生 Protel99SE电路设计技术入门 电子工业出版社。
自由电子浓度远大于空穴的浓度，即 n >> p 。 电子称为多数载流子(简称多子)， 空穴称为少数载流子(简称少子)。
5 价杂质原子称为施主原子。
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第一章 常用半导体器件
+4
+4
+4
自由电子
+4
+45
+4
施主原子
+4
+4
+4
图 1.1.3 N 型半导体
P
N
对称结
不对称结
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第一章 常用半导体器件
二、 PN 结的单向导电性 空间电荷区变窄，有利
1. PN结 外加正向电压时处于导通于状扩态散运动，电路中有
较大的正向电流。
又称正向偏置，简称正偏。
P
耗尽层
N
I 内电场方向
外电场方向
V
R
图 1.1.6
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第一章 常用半导体器件
模拟电子技术基础
Fundamentals of Analog Electronics
童诗白、华成英 主编
—多媒体教学课件
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第一章绪 常用论半导体器件
1. 本课程的性质
常用的 5 价杂质元素有磷、锑、砷等。
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第一章 常用半导体器件
本征半导体掺入 5 价元素后，原来晶体中的某些 硅原子将被杂质原子代替。杂质原子最外层有 5 个价 电子，其中 4 个与硅构成共价键，多余一个电子只受 自身原子核吸引，在室温下即可成为自由电子。