第9章半导体二极管三极管
二极管三极管的基础知识
二极管三极管的基础知识
1、二极管是一种双极型半导体器件，是由一个n型半导体和一个p型半导体夹层而成，并且由两个电极连接起来，形成了一个半导体导通元件。
二极管的特点是在正反向作用下具有很大的电阻性。
2、二极管有自发型和电控型。
自发型二极管可以单独工作，而电控型二极管依靠外加电压进行工作，又分半导体二极管、隔离二极管和中继二极管。
3、二极管的基本功能：
（1）可以作为电路的一个开关或分流器；
（2）可以对输入电压的放大作用；
（3）可以实现电子电路与电器的互联；
（4）可以实现信号的保护。
二、三极管
1、三极管是由三个电极（收集极、基极和发射极）连接而成的一种半导体器件，它们三个电极间的关系可以控制电子的流动，从而改变电路的电流。
三极管的特点是在正反向作用下具有很大的电阻性，但其中收发极处的电阻值要小于中间基极处的电阻值。
2、三极管通常以晶体管的形式出现，并可分为双极型晶体管和三极型晶体管两种。
3、三极管的基本功能：
（1）可以实现电子电路的功率放大；
（2）可以对输入信号进行阻塞和增益；
（3）可以实现电子电路的解耦；
（4）可以实现电子电路的节流；
（5）可以实现电子电路的低成本放大和控制。
固体与半导体物理-第九章 半导体中的杂质和缺陷能级
• 等电子陷阱俘获载流子后成为带电中心，这一带电中心又 能俘获另一种相反符号的载流子，形成束缚激子。这种束 缚激子在由间接带隙半导体材料制造的发光器件中起主要 作用。
• 填隙式杂质：杂质原子位于格点之间的间隙式位置。填隙 式杂质一般较小。
贵州大学新型光电子材料与技术研究所
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2. 施主杂质和施主能级（以Si、Ge为例） • V族元素（如P）进入到在Si、Ge晶体中时，与近邻原
子形成四个共价键，还有一个多余的电子，同时原子 所在处成为正电中心。 • V族元素取代Si、Ge后，其效果是形成一正电中心和一 多余的电子，多余的电子只需很小的能量即可跃迁至 导带成为自由电子。 • Si、Ge 晶体中的V族杂质能提供多余的电子，因此称 为施主杂质。存在施主杂质的半导体导电时以电子导 电为主，称n型半导体。
• 深能级测量：深能级瞬态谱仪。
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9.2 Ⅲ-Ⅴ族化合物中的杂质能级
• Ⅲ-Ⅴ族化合物也是典型的半导体，具有闪锌矿型结构，杂质进 入到半导体中，既可以占据正常格点位置成为替位式杂质，也 可以占据格点间的间隙位置成为填隙式杂质。
• 因为Ⅲ-Ⅴ族化合物中有两种不同的原子，因而杂质进入到ⅢⅤ族化合物中情况要复杂得多：杂质替位式杂质既可以取代Ⅲ 族元素的原子，也可以取代Ⅴ族元素的原子。同样，填隙式杂 质如果进入到四面体间隙位置，其周围既可以是四个Ⅲ族元素 原子，也可以是四个Ⅴ族元素原子。
• 只有当掺入原子与基质晶体原子在电负性、共价半径方面 具有较大差别时，才能形成等电子陷阱。
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• 同族元素原子序数越小，电负性越大，共价半径越小。
三极管
N
E EB
PNP VB<VE VC<VB
EC
第一章 半导体二极管、三极管
晶体管放大的条件
发射区掺杂浓度高 1.内部条件 基区薄且掺杂浓度低 I B
集电结面积大 2.外部条件 发射结正偏 集电结反偏
RB
mA A
IC
mA
C B
3DG6
E
IE
EC
晶体管的电流分配和 放大作用
电路条件: EC>EB 发射结正偏 集电结反偏
基极开路
第一章 半导体二极管、三极管
三、极限参数
1. 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。 2.反向击穿电压
（1） 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。基极开 路时 C、E极间反向击穿电压。 （2）集电极－基极反向击穿电压U(BR)CBO — 发射极开路时 C、B极间 反向击穿电压。 （3）发射极－基极反向击穿电压U(BR)EBO — 集电极开路时 E、B极间反 向击穿电压。
第一章 半导体二极管、三极管
一、输入特性
iC
iB f (uBE ) u
uCE 0
iB
RB + + uBE
CE常数
与二极管特性相似
RB +
B + RC + 输出 RB E uCE 输入 回路 + uBE + EC 回路 EB IE
iB
C
二极管和三极管原理
二极管和三极管原理二极管原理：二极管是一种有两个电极（即阴极和阳极）的半导体器件。
它基于PN结的特性，PN结是由P型半导体和N型半导体直接相接而形成的结构。
在正向偏置电压下，P型半导体为正极，N型半导体为负极，形成正向电流。
而在反向偏置电压下，P型半导体为负极，N型半导体为正极，形成反向电流。
二极管的主要原理是PN结的单向导电性。
当二极管正向偏置时，P区与N区之间的电子就会向前移动，同时空穴则向后移动，形成正向电流。
而在反向偏置时，由于PN结上有一个势垒，阻碍了电子和空穴的移动，所以几乎没有电流通过。
因此，二极管可以用来控制电流的流向。
二极管的特性使其在电子设备中有广泛的应用。
例如，它可以用作整流器，将交流电转换为直流电。
当正弦波信号通过二极管时，只有正半周期能通过，负半周期将被阻止，从而将交流电转换为直流电。
此外，二极管还可用于稳压电路、振荡器等。
三极管原理：三极管是一种三个电极（即基极、发射极和集电极）的半导体器件。
它是由两个PN结（即P型和N型）组成的。
PNP型和NPN型是两种常见的三极管。
PNP型的集电极和基极为负极，发射极为正极；NPN型的集电极和基极为正极，发射极为负极。
三极管的原理是基于PNP或NPN结的放大作用。
当三极管的基极接受到一个小信号电流时，这个电流通过PN结的放大作用，导致大量的电子或空穴流向集电极。
这样，三极管就能够将小信号放大成大信号。
具体来说，当三极管处于截止状态时，集电极和发射极之间的电流非常小。
当三极管处于饱和状态时，集电极和发射极之间的电流非常大。
通过控制基极电流的大小，可以在截止和饱和之间控制三极管的工作状态，从而实现对信号的放大。
三极管具有放大、开关、振荡等功能，因此在电子电路中有广泛的应用。
例如，三极管可以用于构建放大器，将小信号放大到足够大的程度。
此外，它还可以用于逻辑门电路、时钟发生器等。
模拟电子电路模电清华大学华成英半导体二极管和三极管
稳压 二极管
发光 二极管
一、二极管的组成
点接触型：结面积小， 面接触型：结面积大， 平面型：结面积可小、
结电容小，故结允许 结电容大，故结允许 可大，小的工作频率
的电流小，最高工作 的电流大，最高工作 高，大的结允许的电
频率高。
频率低。
流大。
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二、二极管的伏安特性及电流方程
二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。
• 为什么半导体器件有最高工作频率？
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§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
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一、二极管的组成
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
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有利于漂移运动，形成漂移电 流。由于电流很小，故可近似 认为其截止。
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四、PN 结的电容效应
1. 势垒电容
PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变 化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电相 同，其等效电容称为势垒电容Cb。
2. 扩散电容
PN结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流子 的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的 过程，其等效电容称为扩散电容Cd。
第四版——P20
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讨论：解决两个问题
• 如何判断二极管的工作状态？
• 什么情况下应选用二极管的什么等效电路？
iD
V
uD R
对V和Ui二极管的模 型有什么不同？
V与uD可比，则需图解： ID 实测特性
Q
二极管三极管
二极管三极管二极管三极管是电子学中常用的基本元件，这两种元件具有许多共同的特性，广泛应用于各种电子系统，如家用电器、计算机、汽车和消费电子等领域。
本文将简要介绍这两种元件的工作原理和应用。
二极管是一种由两个接口（正、负）组成的半导体元件，它只能在正和负两个方向上放电，不能双向放电。
当在正电极施加正电压时，二极管放出电流，被叫做开启或正向电流，通常称作“封开”电流。
另外，当施加的电压为负时，二极管会禁止通过电流，被称为关闭或反向电流。
二极管的两极电压越低，其电阻就越大，反之亦然，由此它可以改变电流的宽度，从而起到调节电阻的作用。
三极管是一种由三个接口（正、负、基极）组成的半导体元件，它可以同时使正负两个电极有电流通过也可以用基极（中间极）对正负电极进行控制。
三极管分为NPN型和PNP型，它们主要功能是放大电压，承担电流放大和信号转换的功能。
另外，三极管也可用于控制或监测外部电路电压，以及在某些特殊的应用上可以做成逻辑门，如双路电路（OR、AND等）。
二极管三极管可广泛应用于各种领域，其普及程度很高。
二极管主要用作电流流转开关，因其具有低成本、高可靠性、简易控制等优点，在家庭电器、汽车电子系统、电池充电器、供电调节器、矩阵开关系统、流量传感器、漏电检测器、视频放大器等电子系统中使用十分普遍。
三极管的应用比二极管更加广泛，在电子系统中担当起放大信号、节流、电路控制等重要作用。
其应用于计算机的存储器，中国的第一台大型计算机曾是使用三极管技术。
三极管也广泛应用于测量、控制和电源系统，通用用于增大驱动信号，促使电机、放大器或直流电压调节器等大功率电子设备更加有效。
以上是二极管三极管的工作原理和应用简介。
可以看出，二极管三极管是电子元件中重要的基本元件，它们因具有简单、可靠、低成本等特点，而被应用于电子系统的各个领域，成为电子技术中不可或缺的重要元素。
半导体、二级管和三极管概述
PN结加反向电压
PN结加反向电压时， 内建电场被增强，势垒 高度升高，空间电荷区 宽度变宽。这就使得多 子扩散运动很难进行， 扩散电流趋于零；
而少子漂移运动处于优势，形成微小的反向的电流。
流过PN结的反向电流称为反向饱和电流(即IS)， PN结呈现为大电阻。由于IS很小,可忽略不计,所 以该状态称为：PN结反向截止。 总结 PN结加正向电压时，正向扩散电流远大于漂移电 流， PN结导通；PN结加反向电压时，仅有很小的 反向饱和电流IS，考虑到IS≈0，则认为PN结截止。
基区空穴 的扩散
扩散运动形成发射极电流IE，复合运动Байду номын сангаас成基极电 流IB，漂移运动形成集电极电流IC。
电流分配：
IE＝IB＋IC
IE－扩散运动形成的电流 IB－复合运动形成的电流 IC－漂移运动形成的电流
直流电流 放大系数
IC IB
iC iB
交流电流放大系数
I CEO (1 ) I CBO
稳压管的伏安特性
稳压管的主要参数 稳定电压Uz：Uz是在规定电流下稳压管的反向击 穿电压。 稳定电流IZ：它是指稳压管工作在稳压状态时， 稳压管中流过的电流，有最小稳定电流IZmin和最大 稳定电流IZmax之分。
（6）其它类型二极管 发光二极管：在正向导通其正向电流足够大时， 便可发出光，光的颜色与二极管的材料有关。广 泛用于显示电路。
图4 本征半导体中 自由电子和空穴
本征半导体的载流子的浓度 本征激发：半导体在热激发下产生自由电子和空 穴对的现象称为本征激发。 复合：自由电子在运动过程中如果与空穴相遇就 会填补空穴，使两者同时消失。 在一定的温度下，本征激发所产生的自由电子与 空穴对，与复合的自由电子与空穴对数目相等，达 到动态平衡。即在一定温度下本征半导体的浓度是 一定的，并且自由电子与空穴浓度相等。
电工与电子技术 -第9章
反向击穿
电压U(BR)
反向特性
P– + N
正向特性
P+ –N
导通压降
硅0.6~0.8V 锗0.2~0.3V
U
死区电压
硅管0.5V 锗管0.1V
外加电压大于反向击
外加电压大于死区电
穿电压时，二极管被击 压，二极管才能导通。
穿，失去单向导电《性电。工学简明教程》
9.2.3 主要参数
1. 最大整流电流 IOM
i IZmax
U ZW RL
25mA
1.2ui iR UZW 25R 10 ①
《电工学简明教程》
uimin = 0.8ui → 流过稳压管的电流为 IZmin
i
I Zmin
U ZW RL
10mA
i ui
iL
R
DZ
iZRL uo
0.8ui iR UZW 10R 10 ②
• 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 -- 掺杂特性。
《电工学简明教程》
9.1.1 本征半导体
1、本征半导体的结构 现代电子学中，用的最多的半导体是硅(Si)和锗(Ge)
，它们的最外层电子（价电子）都是四个。
Ge
Si
通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。 《电工学简明教程》
绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷 、塑料和石英。
半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间 ，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化 物、氧化物等。
《电工学简明教程》
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：
二极管和三极管的形成机理和工作原理
二极管和三极管的形成机理和工作原理二极管和三极管是电子技术中非常重要的两种元件，它们的作用和原理非常复杂。
下面将对二极管和三极管的形成机理和工作原理进行详细说明。
一、二极管的形成机理和工作原理二极管是一种最简单的半导体器件，主要由P型和N型半导体材料构成。
N型半导体材料中的杂质原子的价电子比原本的主体原子多一个，形成了自由电子；而P型半导体材料中的杂质原子的价电子比原本的主体原子少一个，形成了空穴。
当P型材料和N型材料相接触，发生了电子扩散，使得P型材料中的自由电子向N型材料移动，而N型材料中的空穴则向P型材料移动。
这种电子扩散形成的区域称为PN结。
形成PN结后，会形成内部电场，这个电场会阻碍自由电子和空穴的进一步扩散。
当PN结两边的杂质浓度均匀时，内部电场相互抵消，形成了稳定的平衡状态；当外加电势作用于PN结时，内部电场会发生改变，使得自由电子和空穴受到不同的驱动力。
在二极管中，当P端接入正向电压（即P端连接正电源，N端连接负电源），则PN结的内部电场会减弱，使得自由电子和空穴能够进一步扩散，形成电流流动的通道。
这种情况下，二极管处于导通状态，可以通过电流信号。
而当P端接入反向电压（即P端连接负电源，N端连接正电压），则PN结的内部电场会增强，进一步阻塞自由电子和空穴的扩散，电流无法通过。
此时，二极管处于截止状态，不允许电流通过。
所以，二极管的主要作用是将电流按照正向或反向进行选择性传导，实现信号整流和保护电路的功能。
二、三极管的形成机理和工作原理三极管也是一种半导体器件，由薄的P型和N型半导体材料构成。
它具有三个引线，分别是基极（B）、发射极（E）和集电极（C）。
三极管是由两个PN结组成的，其中一个PN结称为发射结，另一个PN结称为集电结。
发射结是由P型材料和N型材料构成，集电结是由N型材料和P型材料构成。
在正常工作状态下，三极管的基极和发射极之间接入一个小电流，称为输入信号。
基极-发射极电流的大小是发射极-集电极电流的放大倍数，用HFE表示。
二极管和三极管
测试二极管的好坏
初学者在业余条件下可以使用万用表测试二极管性能的好坏。测试前先把万用表的转换开关拨到欧姆档的RX1K档位（注意不要使用RX1档，以免电流过大烧坏二极管），再将红、黑两根表笔短路，进行欧姆调零。
1、正向特性测试
把万用表的黑表笔（表内正极）搭触二极管的正极，，红表笔（表内负极）搭触二极管的负极。若表针不摆到0值而是停在标度盘的中间，这时的阻值就是二极管的正向电阻，一般正向电阻越小越好。若正向电阻为0值，说明管芯短路损坏，若正向电阻接近无穷大值，说明管芯断路。短路和断路的管子都不能使用。
面接触型二极管的“PN结”面积较大，允许通过较大的电流（几安到几十安），主要用于把交流电变换成直流电的“整流”电路中。
平面型二极管是一种特制的硅二极管，它不仅能通过较大的电流，而且性能稳定可靠，多用于开关、脉冲及高频电路中。
二极管的导电特性
二极管最重要的特性就是单方向导电性。在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。下面通过简单的实验说明二极管的正向特性和反向特性。
2、反向特性测试
把万且表的红表笔搭触二极管的正极，黑表笔搭触二极管的负极，若表针指在无穷大值或接近无穷大值，管子就是合格的。
二极管的应用
1、整流二极管
利用二极管单向导电性，可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉动直流电。
2、开关元件
二极管在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态，相当于一只接通的开关；在反向电压作用下，电阻很大，处于截止状态，如同一只断开的开关。利用二极管的开关特性，可以组成各种逻辑电路。
2、反向特性
在电子电路中，二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管中几乎没有电流流过，此时二极管处于截止状态，这种连接方式，称为反向偏置。二极管处于反向偏置时，仍然会有微弱的反向电流流过二极管，称为漏电流。当二极管两端的反向电压增大到某一数值，反向电流会急剧增大，二极管将失去单方向导电特性，这种状态称为二极管的击穿。
二极管三极管的工作原理及应用
二极管三极管的工作原理及应用一、二极管的工作原理二极管是一种最简单的电子元件，由正负两个端口组成。
它由一个P型半导体和一个N型半导体组成，两种半导体通过P-N结相互接触而形成。
二极管的工作原理主要基于PN结的特性。
当二极管被正向偏置时，也就是P端连接正电压，N端连接负电压，PN结会形成一个导电通路。
此时，电流可以自由通过PN结，这个状态被称为正向导通状态。
当二极管被反向偏置时，也就是P端连接负电压，N端连接正电压，PN结会形成一个电势差，使得电流不能通过二极管。
这个状态被称为反向截至状态。
二极管的工作原理可以简单归纳为两个关键特性：正向导通和反向截至。
这两个特性赋予了二极管应用中的许多重要功能。
二、二极管的应用转换和整流二极管最常见的应用是在电源转换和整流器电路中。
例如，在交流电源到直流电源的转换中，二极管被用来将交流电转换为单向流的直流电。
在整流电路中，二极管只允许正向电流通过，从而使得交流电的负半周被截取，得到纯直流电。
激光二极管激光二极管也是二极管的应用之一。
它是一种将电能转化为激光光束的电子元件。
激光二极管通过将电流通过PN结，从而产生一个具有频率稳定性和高光亮度的激光输出。
光电二极管光电二极管是一种能够将光能转化为电能的元件。
在光电二极管中，光照射到PN结上，激发电子从价带跃迁到导带，从而产生电流。
这种原理被广泛应用于光电传感、光通信和光测量等领域。
温度传感器二极管还可以用作温度传感器。
根据二极管的温度特性，可以通过测量二极管的反向饱和电流来确定温度。
这种应用在温度控制和温度测量中非常常见。
三、三极管的工作原理三极管是一种由P型半导体和两个N型半导体组成的三电极器件。
它的工作基于PNP或NPN结构。
三极管的工作原理与二极管类似，但具有更多的电极。
其中，分为基极（B）、发射极（E）和集电极（C）。
当三极管处于放大状态时，向基极输入微小的电流变化，于是放大电流从集电极到发射极流过。
这个工作原理使得三极管可以用作放大器、开关和正弦波产生器。
二极管三极管的基础知识
二极管三极管的基础知识二极管和三极管是电子领域中常见的两种元件，它们在电路中起着重要的作用。
本文将从二极管和三极管的基础知识入手，介绍它们的结构、工作原理以及在电子设备中的应用。
一、二极管的基础知识二极管是一种具有两个电极的半导体器件，通常由P型半导体和N 型半导体组成。
它的主要作用是允许电流在一个方向上流动，而阻止电流在另一个方向上流动。
二极管的一个电极称为阳极（Anode），另一个电极称为阴极（Cathode）。
二极管的工作原理是基于PN结的特性。
PN结是指P型半导体和N 型半导体的结合处。
当P型半导体的电子与N型半导体的空穴相遇时，会发生电子与空穴的复合，形成一个带电的区域，这个区域被称为耗尽区。
在耗尽区的两端会形成一个电势差，这个电势差被称为势垒。
当二极管正向偏置时，即阳极连接正极，阴极连接负极，势垒将变得较小，电流可以流过二极管。
而当二极管反向偏置时，即阳极连接负极，阴极连接正极，势垒将变得较大，电流无法流过二极管。
二极管有很多种不同的类型，例如常用的正向工作电压为0.7伏的硅二极管和正向工作电压为0.3伏的锗二极管等。
它们在电子设备中广泛应用，如整流器、稳压器、电压调节器等。
二、三极管的基础知识三极管是一种具有三个电极的半导体器件，通常由P型半导体、N 型半导体和另一种掺杂物较少的P型半导体组成。
它的主要作用是放大电流和控制电流。
三极管的三个电极分别为基极（Base）、发射极（Emitter）和集电极（Collector）。
基极用于控制电流，发射极用于发射电子，集电极用于收集电子。
三极管有两种类型，NPN型和PNP型，它们的构造和工作原理基本相同，只是P型半导体和N型半导体的位置相反。
三极管的工作原理是基于PNP结和NPN结的特性。
当三极管的基极电流较小时，三极管处于截止区，电流无法通过三极管。
当基极电流增大时，会使三极管进入饱和区，电流可以从发射极流向集电极。
三极管的放大作用是通过控制基极电流来实现的，当基极电流变化时，发射极到集电极的电流也会相应变化。
半导体二极管三极管基本知识(补充)
(2) 反向击穿电压VBR
反向电流急剧增加时所加的反向电压。
（参数表中一般规定反向电流所达到的值）
最高反向工作电压一般取击穿电压的一半。 (3) 反向电流I R
管子未发生电击穿时的反向电流。
（参数表中一般规定所应加的反向电压）
23
4.二极管基本电路及其分析方法
2.2 半导体二极管和三极管的开关特性 2.2.1 半导体基本知识 1. 半导体材料
导体：铜，银，铝，铁…… 绝缘体：云母，陶瓷，塑料，橡胶…… 半导体：硅，锗…… 半导体得以广泛应用，是因为其导电性能会随 外界条件的变化而产生很大的变化。
使导电性能产生很大变化的外界条件主要有： 温度：温度上升，电阻率下降。 光照：光照使电阻率降低。 掺杂：掺入少量的杂质，会使电阻率大大降低。
5
4. 杂质半导体 （1） P型半导体
本征激发产生 电子-空穴对。
+4
在本征半导体中掺入微量 3价元素（如硼）形成 。
+4 +3 +4 +4
三价杂质称为 受主杂质。
杂质原子获得一个 电子成为负离子。 硅原子的共价键上 缺少一个电子形成 空穴。
空 穴 -----多数载流子(多子) 自由电子---少数载流子(少子)
一个三价杂质原子产生 一个空穴-负离子对。
6
（2） N型半导体
在本征半导体中掺入少量的 5价元素（如磷）形成。 杂质原子多余的一个价 电子容易挣脱原子核的 束缚变成自由电子。 杂质原子失去一个 电子成为正离子。 一个5价杂质原子产生 一个电子-正离子对。
本征激发：自 由电子-空穴 对
自由电子-----多数载流子 5价杂质-----施主杂质 空 穴 -----少数载流子
二极管三极管的基础知识
二极管三极管的基础知识1. 引言二极管和三极管是电子学中最基本和常用的两种半导体器件。
它们在电路中起到了重要的作用，如信号调理、开关和放大等。
本文将介绍二极管和三极管的基本原理、结构和特性等重要知识。
2. 二极管二极管是一种由P型和N型半导体材料制成的器件。
它具有一个PN结，通过这个结可以实现电流的单向导通。
常见的二极管有普通二极管、肖特基二极管和光电二极管等。
2.1 基本原理二极管的导电性来自于PN结。
当PN结被正向偏置时，P型区域的空穴和N型区域的电子互相扩散，导致少数载流子的重组，形成一个导电通道。
这个导电通道使得电流可以流过二极管，称为正向工作状态。
当PN结被反向偏置时，少数载流子几乎无法通过结，电流基本上是断开的，称为反向工作状态。
2.2 特性曲线二极管的特性曲线是指其正向特性曲线和反向特性曲线。
正向特性曲线显示了二极管在不同正向偏置电压下的电流响应关系。
反向特性曲线显示了二极管在不同反向偏置电压下的电流响应关系。
这些特性曲线对于理解二极管的工作状态和限制条件非常重要。
2.3 应用二极管在电子电路中有广泛的应用。
它可以用作整流器转换交流电为直流电、用作信号调理器修正和稳定输入信号、用作开关控制电流流动方向等。
3. 三极管三极管是一种由三个掺杂不同的半导体材料制成的器件。
它由基极（B）、发射极（E）和集电极（C）组成，具有放大作用。
根据掺杂型号不同，三极管可以分为NPN和PNP两种类型。
3.1 基本原理三极管的放大作用来自于PNP或NPN结之间形成的电流控制区域。
在NPN三极管中，当基极正向偏置时，将使得发射极-基极间的电流增加，进而通过集电极-发射极间的电流放大。
这种放大作用使三极管成为一种强大的电流放大器。
3.2 特性曲线三极管的特性曲线是指其输出特性曲线、输入特性曲线和直流负载线等。
输出特性曲线显示了三极管的集电极电流与集电极-发射极电压之间的关系。
输入特性曲线显示了三极管的基极电流与基极-发射极电压之间的关系。
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DA Y
DB
R
–12V
返回
9.3 稳压管
稳压管是一种特殊的面接触 型半导体硅二极管。其表示符 号如下图所示。
I/mA
+ 正向
稳压管工作于反向击穿区。 UZ 从反向特性曲线上可以看出，
O
U/V
反向电压在一定范围内变化时， 反向电流很小。当反向电压增
+ IZ
高到击穿电压时，反向电流突 然剧增，稳压管反向击穿。此 后，电流虽然在很大范围内变
IZ 反向 IZM
化，但稳压管两端的电压变化
UZ
很小。利用这一特性，稳压管
在电路中能起作用。
稳压管的主要参数有下面几个： 1. 稳定电压 UZ
IZ +20
2. 电压温度系数 U
3. 动态电阻 rZ
IZ R = 1.6 k
rZ
U Z IZ
4. 稳定电流 IZ
DZ UZ = 12V IZM = 18 mA
[例 1] 在图中，输入电位 VA = + 3 V， VB = 0 V， 电阻 R 接负电源 –12 V。求输出端电位 VY。
[解] 因为 VA 高于VB ，所以
VA
DA 优先导通。如果二极管的正向 压降是 0.3 V，则 VY = + 2.7 V。
VB
当 DA 导通后, DB 因反偏而截止。
在这里，DA 起钳位作用， 将输出端电位钳制在 + 2.7 V。
第 9 章 半导体二极管和三极管
9.1 半导体的导电特性 9.2 半导体二极管 9.3 稳压管 9.4 半导体三极管
退出
第 9 章 半导体二极管和三极管
9.1 半导体的导电特性
9.1.1 本征半导体
本征半导体就是完全纯净的、具
有晶体结构的半导体。
自由电子 共价键 空穴
用得最多的半导体是硅或锗,它
们都是四价元素。将硅或锗材料提纯
0.1V。导通时的正向压降，硅管约为0.6 ~ 0.7V，锗管约为0.2 ~
0.3V。 I / mA
I / mA
60
15
正向特性
40
10
20
–50
反
–25
向
0 0.4 0.8 U / V
特
– 0.02
击穿电压
性 U(BR) – 0.04 死区电压
5
– 50 – 25
–0.01 0 0.2 0.4 U / V
电子移动方向
正电的空穴吸引相邻原子
中的价电子来填补，而在
Si
Si
Si
该原子的共价键中产生另
一个空穴。空穴被填补和 相继产生的现象，可以看
SSi i
Si
Si
成空穴顺着电场方向移动，
形成空穴电流。
空穴移动方向 外电场方向
可见在半导体中有自由
电子和空穴两种载流子，它
们都能参与导电。
9.1.2 N 型半导体和 P 型半导体
2. PN 结的单向导电性
(1) 外加正向电压
P区
外电场驱使P空区间的电空荷N穴区区进电变入窄子空进间入空间电荷区 电荷区抵消一部分负抵空消间一电部荷分正空间电荷
N区
I
内电场方向
扩散运动增强，形 成较大的正向电流
外电场方向
E
R
2. 外加反向电压
外电场驱使多空数间载电流荷子区的两扩侧散的运空动穴难和于自进由行电子移走 空间电荷区变宽
负极引线
面接触型
正极
负极 表示符号
9.2.2 伏安特性
二极管和 PN 结一样，具有单向导电性，由伏安特性曲线 可见，当外加正向电压很低时，电流很小，几乎为零。正向电
压超过一定数值后，电流很快增大，将这一定数值的正向电压
称 为 死 区 电 压 。 通 常 ， 硅 管 的 死 区 电 压 约 为 0.5V ， 锗 管 约 为
Si
Si
并形成单晶体后，便形成共价键结构。
在获得一定能量(热、光等)后，少量
Si
Si
价电子即可挣脱共价键的束缚成为自
由电子，同时在共价键中就留下一个 空位，称为空穴。自由电子和空穴总 是成对出现，同时又不断复合。
本征半导体中自由 电子和空穴的形成
在外电场的作用下，
自由电子逆着电场方向定 向运动形成电子电流。带
空穴 价电空子位填补空位
Si
SBBiSiFra bibliotekSSii
Si
Si
9.1.3 PN 结及其单向导电性
1. PN 结的形成
用专门的制造工艺在同一块半导体单晶上，形成 P 型半 导体区域和 N 型半导体区域，在这两个区域的交界处就形成 了一个特殊的薄层，称为 PN 结。
P区
PN 结
N区
内N区电的场电方子向向P区扩散并与空穴复合
5. 最大允许耗散功率 PZM
例 1 的图
[例 1] 图中通过稳压管的电流 IZ 等于多少？R 是限流电阻，
其值是否合适？
2. 反向工作峰值电压 URWM 它是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是 反向击穿电压的一半或三分之二。
3. 反向峰值电流 IRM 它是指二极管上加反向工作峰值电压时的反向电流值。
二极管的应用范围很广，主要都是利用它的单向导电性。 它可用与整流、检波、限幅、元件保护以及在数字电路中作为 开关元件。
本征半导体中由于
多余价电子
载流子数量极少，导电
能力很低。如果在其中 参入微量的杂质(某种元
Si
SPi
Si
素)将使其导电能力大大
增强。
SSi i
Si
Si
1. N 型半导体
在硅或锗的晶体中掺入五价元素磷，当某一个硅原
子被磷原子取代时，磷原子的五个价电子中只有四个用
于组成共价键，多余的一个很容易挣脱磷原子核的束缚
–0.02
硅管的伏安特性
锗管的伏安特性
在二极管上加反向电压时，反向电流很小。但当反向电 压增大至某一数值时，反向电流将突然增大。这种现象称为 击穿，二极管失去单向导电性。产生击穿时的电压称为反向 击穿电压 U(BR)。
9.2.3 主要参数
1. 最大整流电流 IOM 最大整流电流是指二极管长时间使用时，允许流过二极管 的最大正向平均电流。
而成为自由电子。因而自由电子的数量大大增加，是多
数载流子，空穴是少数载流子，将这种半导体称为 N 型 半导体。
2. P 型半导体
在硅或锗的晶体中 掺入三价元素硼，在组 成共价键时将因缺少一 个电子而产生一个空位， 相邻硅原子的价电子很 容易填补这个空位，而 在该原子中便产生一个 空穴，使空穴的数量大 大增加，成为多数载流 子，电子是少数载流子， 将这种半导体称为 P 型 半导体。
P区
N区
IR 少数载流子越过 PN 结
形成很小的反向电流
内电场方向 外电场方向
E
R
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9.2 半导体二极管
9.2.1 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，有点接触型和面接触型两类。
引线 外壳 触丝
N 型锗
点接触型
正极引线
铝合金小球
PN 结
N型锗
金锑合金 底座