电工学14章 半导体器件
第14章 半导体器件 ppt课件
§14.3 二极管
14.3.1 基本结构
PN结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。
符号
P 阳极
P
+
D
N
—
N 阴极
二极管1N4148
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14.3.1 基本结构
☆ 按结构分类：有点接触型、面接触型和平面型三类。
引线
阳极引线
小 功
大
外壳
功
铝合金小球
PN 结
率 高 频
触丝 N 型锗
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14.2.2 PN结的单向导电性
PN结加正向电压，即正向偏置： P区加正电压、N区加负电压。
PN结加反向电压，即反向偏置： P区加负电压、N区加正电压。
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PN结正向偏置——呈低阻导通状态
空间电荷区变薄
P
－+
+
－+
－+ 正向电流
☆ N型半导体
硅或锗 + 少量磷 N型半导体 硅原子
磷离子
Si
Si
多余电子
P+
Si
N型硅表示 +
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☆ P型半导体
硅或锗 + 少量硼 P型半导体
硅原子
Si Si
空穴
硼离子
B-
Si
P型硅表示
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杂质半导体的示意表示法
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+3V A
0V B
DA DB
R
电工学电子技术《半导体器件》第二部分
UCES
100 µA 80µA 60 µA 40 µA 20 µA IB =0 3 6 9
此时UCE很小，集电区收集 载流子的能力很弱。IC主 要取决于UCE，而与IB关系 不大 。 深度饱和时， 硅管饱和压降UCES 0.3V， 锗管饱和压降UCES 0.1V。
IC C + IB B T UCE + E UBE IE
IC C + IB B T UCE + UBE E IE
电流方向和发射结与集电结的极性 (a) NPN 型晶体管； (b) PNP 型晶体管
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14.5.3 特性曲线
晶体管特性曲线即晶体管各电极电压与电流的 关系曲线，是晶体管内部载流子运动的外部表现， 反映了晶体管的性能,是分析放大电路的重要依据。 研究特性曲线的目的： (1) 直观地分析管子的工作状态。 (2) 合理地选择偏置电路的参数,设计性能良好的 电路。 重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线。
(4) 当 IB=0（将基极开路）时，IC=ICEO，表中 ICEO<0.001mA=1μA。 (5) 要使晶体管起放大作用，发射结必须正向偏置， 集电结必须反向偏置。
6/93
3.晶体管内部载流子的运动规律 (1).发射区向基区扩散电子
对NPN型管而言，因为发射区自由电子(多数载流子)的浓度大，而 基区自由电子(少数载流子)的浓度小
0.06 2.30 2.36
0.08 3.10 3.18
0.10 3.95 4.05
(1) 观察实验数据中的每一列，可得 IE = IB + IC 此结果符合基尔霍夫电流定律
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电工电子技术课件：半导体器件及其应用
5.1.3二极管的应用—整流滤波电路
1.单相整流电路 （2）单相桥式整流电路 单相桥式整流电路如图5-8 a）所示，四只整流二极管D1- D4 接成电桥的形式，所以此电路被称为桥式整流电路。图5-8 b） 是其简化画法。
T
a D4
iD1,3
io
D1
u1
u2
RL
uo
v2
D3
D2
b
iD2,4
RL
vo
图5-8 单相桥式整流电路图
电工电子技术
半导体器件及应用
5.1 二极管及其应用
5.1.3二极管的应用—整流滤波电路
（2）选择滤波电容C
取
RLC
5
T 2
，而
T 1 1 0.02S，
f 50
所以
C 1 5 T 1 5 0.02 417μ F
RL
2 120
2
可以选用C = 500μF，耐压值为50V的电解电容器。
电工电子技术
电工电子技术
半导体器件及应用
5.1 二极管及其应用
5.1.1二极管类型及电路符号 1.二极管类型 按材料来分，最常用的有硅管和锗管两种； 按结构来分，有点接触型、面接触型和硅平面型等几种； 按用途来分，有普通二极管、整流二极管、稳压二极管等多
种。
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半导体器件及应用
5.1 二极管及其应用
半导体器件及应用
5.1 二极管及其应用
5.1.3二极管的应用—整流滤波电路
2.滤波电路 （2）电感滤波电路 在桥式整流电路和负载电阻间串入一个电感器L，如图5-12所
示。利用电感的储能作用可以减小输出电压的纹波，从而得到 比较平滑的直流。
~
电工学习题2014_下册
第 14 章半导体器件一、选择题1、对半导体而言，其正确的说法是( )。
(1) P 型半导体中由于多数载流子为空穴，所以它带正电。
(2) N 型半导体中由于多数载流子为自由电子，所以它带负电。
(3) P 型半导体和 N 型半导体本身都不带电。
2、在图 14-1 所示电路中，Uo 为 ( ) 。
(1) -12V (2) -9V (3) -3VR- 0V D Z11V 3kΩ-9VUo DZ2U o + + R- -图14-1 图14-2 图14-33、在图 14-2 所示电路中，二极管 D1、D2、D3 的工作状态为( ) 。
(1) D1、D2 截止， D3 导通 (2) D1 截至， D2、D3 导通 (3) D1、D2、D3 均导通4、在图 14-3 所示电路中，稳压二极管 Dz1 和 Dz2 的稳定电压分别为 5V 和 7V，其正向压降可忽略不计，则 Uo 为( ) 。
(1) 5V (2) 7V (3) 0V5、在放大电路中，若测得某晶体管的三个极的电位分别为 6V，1.2V 和 1V，则该管为( )。
(1) NPN 型硅管 (2) PNP 型锗管 (3) NPN 型锗管6、对某电路的一个 NPN 型的硅管进行测试，测得 UBE>0，UBC>0，UCE>0，则此管工作在 ( ) 。
(1)放大区 (2)饱和区 (3) 截至区7、晶体管的控制方式为( ) 。
(1)输入电流控制输出电压 (2)输入电流控制输出电流 (3)输入电压控制输出电压二、判断题1、晶体管处于放大区，其 PN 结一定正偏。
( )2、三极管由二极管构成的，三极管具有放大作用，故二极管也具有放大作用。
( )3、二极管正向导通，反向截止，当反向电压等于反向击穿电压时，二极管失效了，故所有的二极管都不可能工作在反向击穿区。
( )三、填空题1、若本征半导体中掺入某 5 价杂质元素，可成为，其多数载流子为。
若在本征半导体中掺入某 3 价杂质元素，可成为，其少数载流子为。
《电工学》14秦曾煌主编第六版下册电子技术第14章
(14-15)
§14.2 PN 结及其单向导电性
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。
(14-16)
内电场越强，漂移运动 就越强，而漂移的结果 使空间电荷区变薄。
漂移运动
P型半导体
内电场E N型半导体
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
结
构
N型硅
图
P型硅 N型硅
C (a)平面型
E 铟球
P B N型锗
P 铟球
C
(b)合金型
常见：硅管主要是平面型，锗管都是合金型
(14-38)
发射结 集电结
发射极
E
N PN
集电极 C
发射区 基区 集电区 B 基极
+4
在其它力的作用下， 空穴可吸引附近的电子 来填补，其结果相当于 空穴的迁移，而空穴的 迁移相当于正电荷的移 动，因此可认为空穴是 载流子。
自由电子：在晶格中运动；空穴：在共价键中运动
(14-10)
本征半导体中电流由两部分组成：
1. 自由电子移动产生的电流。 2. 空穴移动产生的电流。
本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。
心，而相邻四个原子位于四面体的顶点，每个原子与 其相邻的原子之间形成共价键，共用一对价电子。
硅和锗的晶 体结构：
(14-5)
硅和锗的共价键结构
+4表示除 去价电子 后的原子
+4
+4
+4
+4
共价键共 用电子对
(14-6)
+4
电路中的半导体器件基础知识总结
电路中的半导体器件基础知识总结电路中的半导体器件是电子技术的重要组成部分，广泛应用于各种电子设备和系统中。
了解和掌握半导体器件的基础知识对于工程师和电子爱好者来说至关重要。
本文将对半导体器件的基础知识进行总结，包括半导体材料、二极管、场效应管和晶体三极管等方面。
一、半导体材料半导体器件的基础是半导体材料。
半导体材料具有介于导体和绝缘体之间的导电性能，其电阻随着温度的变化而变化。
常用的半导体材料有硅和锗。
硅是最重要的半导体材料之一，应用广泛。
半导体材料的导电特性由材料中的杂质控制，将适当的杂质加入纯净的半导体中可以改变其导电性能，这就是掺杂。
二、二极管二极管是一种最简单的半导体器件，它由正负两极组成。
二极管的主要作用是对电流进行整流，也可以用于稳压、开关等电路。
二极管的工作原理是利用PN结的特性。
PN结是由P型半导体和N型半导体连接而成，在PN结的接触面上形成空间电荷区，通过控制电势差，可以控制空间电荷区的导电状态。
在正向偏置时，电流可以从P端流向N端，形成导通状态；在反向偏置时，电流不能从N端流向P端，形成截止状态。
三、场效应管场效应管是一种三电极器件，由栅极、漏极和源极组成。
场效应管的工作原理是利用栅极电场的调控作用来控制漏极和源极之间的电流。
常用的场效应管有MOSFET（金属氧化物半场效应晶体管）和JFET（结型场效应晶体管）等。
MOSFET主要由金属栅极、绝缘层和半导体构成，栅极电压的变化可以控制漏极和源极之间的电流；JFET 主要由PN结构成，通过栅极电压的变化来控制漏极和源极之间的空间电荷区的导电状态。
四、晶体三极管晶体三极管是一种三电极器件，由发射极、基极和集电极组成。
晶体三极管的主要作用是放大和控制电流。
晶体三极管的工作原理是利用少数载流子在不同电极之间的输运和扩散来实现，发射极和基极之间的电流变化可以通过集电极和基极之间的电流放大。
晶体三极管有NPN型和PNP型两种，其中NPN型的晶体三极管发射极和基极连接为N型半导体，集电极为P型半导体；PNP型的晶体三极管发射极和基极连接为P型半导体，集电极为N型半导体。
电工学下册(电子技术)知识点总结
电子技术知识点总结模拟电路处理模拟信号，数字电路处理数字信号第14章半导体器件1.本征半导体概念2.N型和P型半导体的元素、多数载流子和少数载流子、“复合”运动3.PN结的单向导电性，扩散运动，漂移运动4.二极管的伏安特性、等效电阻（14.3.8）5.稳压二极管的工作区6.三极管的放大电流特性（非放大电压）、输出特性曲线（放大区、截止区、饱和区），判断硅管和锗管、PNP型和NPN型（14.5.1，14.5.2,14.5.3）第15章基本放大电路1.共发射极放大电路的组成、静态分析、动态分析，计算电压放大倍数（远大于1，输入输出电压反相）、输入电阻（高）、输出电阻（低）2.静态工作点的稳定：分压式偏置放大电路的组成3.非线性失真：饱和失真（静态工作点高）、截止失真（静态工作点低）4.射极输出器的组成、静态分析（估算法、图解法）、动态分析（微变等效电路法、图解法），计算电压放大倍数（接近1，但小于1，输入输出电压同相）、输入电阻（高）、输出电阻（低）5.多级放大电路的放大倍数，耦合方式三种：变压器耦合、阻容耦合（静态工作点相对独立）、直接耦合（静态工作点相互影响，零点漂移）6.差分(差动)放大电路：针对缓慢变化的信号，采用直接耦合，共模信号，差模信号，抑制零点漂移，电路对称性要好7.功率放大电路状态：甲类、甲乙类、乙类，为避免交越失真，需工作在甲乙类状态下第16章集成运算放大器1.理想运算放大器的理想化条件：开环电压放大倍数∞，差模输入电阻∞，开环输出电阻0，共模抑制比∞，工作区：线性区和饱和区2.虚短、虚断3.运算放大器的比例运算、加法运算和减法运算4.电压比较器第17章电子电路中的反馈1.负反馈对放大电路工作性能的影响：降低放大倍数、提高放大倍数的稳定性、改善波形失真2.深度负反馈的条件（AF>>1）第18章直流稳压电源1.整流电路的作用2.滤波器的作用3.稳压环节的作用第20章门电路和组合逻辑电路1.二进制、十六进制和十进制的转化2.基本逻辑门电路概念：与、或、非3.逻辑代数运算：交换律、结合律、分配律、吸收律、反演律4.常用的组合逻辑电路：加法器、编码器、译码器5.例：判奇电路第21章触发器和时序逻辑电路1.触发器的触发条件、触发时间、功能2.可控RS触发器可能会出现空翻现象3.JK触发器如何转化为T触发器和D触发器4.常用的时序逻辑电路：寄存器（数码和移位）、计数器。
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。
半导体器件教学课件PPT
ID（mA） 4
UGS=+2V
3
ID 2
可
变 电
1
阻பைடு நூலகம்
区0
恒流区
UGS
夹断区
UGS=+1V
UGS=0V
UGS=-1V UGS=-2V U DS （V
场效应管的微变等效电路
输入回路：开路
输出回路：交流压控恒流源，电流 Id gmU gs
D G
S
G +
U gs
D
Id gmU gs
-
S
11.5.1 结型场效应管（JFET）
地
N沟道
ID
IDSS
0 UGS（off）
UGS
D -VDD
G
正电压
ID
S 实际方向
地
P沟道
ID UGS（off） UGS
IDSS 转移特性曲线都设定的ID方 向从D到S
P沟道MOS场效应管
NMOS +VDD
D
ID
ID
IDO
G 正电压
实际方向 地 S
UGS（th） UGS
G 正负电压
D +VDD ID 实际方向
S地
ID IDSS
UGS（off） UGS
PMOS
G 负电压
D -VDD
ID
ID
UGS（th）
实际方向
UGS
S地
IDO
D -VDD
ID UGS（off）
ID
UGS
G
正负电压
实际方向
S地
IDSS
转移特性和输出特性都规定ID方向由D到S
15.4 场效应管放大电路 15.4.1 场效应共源极放大电路
半导体器件的基本知识
半导体器件的基本知识在现代科技的高速发展中，半导体器件扮演着至关重要的角色。
从我们日常使用的智能手机、电脑，到汽车电子、医疗设备，乃至航空航天等领域，都离不开半导体器件的身影。
那么，究竟什么是半导体器件？它们是如何工作的？又有哪些常见的类型和应用呢？接下来，让我们一起揭开半导体器件的神秘面纱。
首先，我们来了解一下半导体的基本概念。
半导体是一种导电性能介于导体和绝缘体之间的材料，常见的半导体材料有硅（Si）、锗（Ge）等。
在纯净的半导体中，掺入少量的杂质元素，可以显著改变其导电性能，这就是半导体器件制造的基础。
半导体器件的核心是 PN 结。
PN 结是由 P 型半导体和 N 型半导体紧密接触形成的。
P 型半导体中多数载流子是空穴，而 N 型半导体中多数载流子是电子。
当 P 型半导体和 N 型半导体结合时，由于载流子的扩散和漂移运动，会在交界处形成一个内电场，从而形成 PN 结。
PN 结具有单向导电性，这是许多半导体器件的重要特性。
二极管是最简单的半导体器件之一。
它就是由一个 PN 结加上相应的电极引线和封装构成的。
二极管的主要作用是整流，即将交流电转换为直流电。
例如，在电源适配器中，二极管就用于将市电的交流电转换为适合电子设备使用的直流电。
此外，二极管还具有稳压、检波等功能。
三极管是另一种重要的半导体器件，分为 NPN 型和 PNP 型。
三极管可以实现电流放大作用。
通过控制基极电流，可以控制集电极和发射极之间的电流，从而实现对信号的放大。
三极管在电子电路中广泛应用于放大器、开关等电路。
场效应管也是常见的半导体器件，包括结型场效应管和绝缘栅型场效应管（MOS 管）。
场效应管具有输入电阻高、噪声小、功耗低等优点，在集成电路中得到了广泛应用。
半导体器件的性能参数对于其应用非常重要。
例如，二极管的正向压降、反向击穿电压；三极管的电流放大倍数、集电极最大允许电流等。
在设计和使用半导体器件时，需要根据具体的电路要求，选择合适的器件型号和参数。
《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。
THANKS
感谢观看
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
电工学(第七版)_秦曾煌_全套课件_14.半导体器件-2
当晶体管饱和时，UCE 0，发射极与集电极之 间如同一个开关的接通，其间电阻很小；当晶体管 截止时，IC 0 ，发射极与集电极之间如同一个开关 的断开，其间电阻很大，可见，晶体管除了有放大 作用外，还有开关作用。
晶体管三种工作状态的电压和电流
IB UBC < 0 + + UBE > 0 IC + UCE IB = 0 IB UBC > 0
IC C + IB B T UCE + UBE E IE
电流方向和发射结与集电结的极性 (a) NPN 型晶体管； (b) PNP 型晶体管
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3.三极管内部载流子的运动规律
集电结反偏， 有少子形成的反 向电流ICBO。 基区空穴向 发射区的扩散 可忽略。
C N P N E
B
RB EB
RC EC
发射结正偏 集电结反偏
PNP VB<VE VC<VB
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2. 各电极电流关系及电流放大作用
IB
A
IC
mA
B + V UBE
C
3DG100
RB
E
mA IE
+ V UCE
EC
EB
晶体管电流放大的实验电路
设 EC = 6 V，改变可变电阻 RB, 则基极电流 IB、 集电极电流 IC 和发射极电流 IE 都发生变化，测量结 果如下表：
作原理和特性曲线，理解主要参数的意义；
3. 会分析含有二极管的电路。
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电工学电子技术应用《半导体器件》第一部分
二极管的单向导电性
1. 二极管加正向电压(正向偏置，阳极接正、阴极 接负)时，二极管处于正向导通状态，二极管正向电 阻较小，正向电流较大。
2. 二极管加反向电压(反向偏置，阳极接负、阴极 接正 )时, 二极管处于反向截止状态，二极管反向电 阻较大，反向电流很小。
3. 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。
13/93
2. PN 结加反向电压 (反向偏置) P接负、N接正
－－－ － －－ + + + + + + －－－ － －－ + + + + + + －－－ － －－ + + + + + +
P
内电场 外电场
N
–+
U
14/93
2. PN 结加反向电压 (反向偏置) P接负、N接正
PN 结变宽
－－－ － －－ －－－ － －－ －－－－ － －
输出端 Y 的电位 VY 。
+3V DA
解：设DA、DB，为理想二极管。 A
VA > VB, DA优先导通， 使VY= 3V。
B 0V DB
VY R
DA 起箝位作用，把Y端的电位钳住在+3V。 -12V
VB < VY ，DB截止， 将VB与VY隔离。 DB 起隔离作用。
27/93
练习与思考
• 14.3.1-14.3.6 • 14.3.7-14.3.10
4/93
14.1.1 本征半导体
• 用和最多的半导体是锗和硅。 • 图14.1.1所示是锗和硅的原子结构图，它们各有四
电工学下 第14章 半导体器件
第14章半导体器件14.1半导体的导电特性1.空穴电流是不是由自由电子底部空穴所形成的？答:所谓空穴是价电子挣脱共价键的束缚，在原来的位置上留下的空位，当其他的价电子从一个束缚状态跳入到这个空位上时就相当于这个空位在移动，在外电场作用下定向移动形成空穴电流；而自由电子跳入到空穴里是自由电子空穴的复合，是自由电子和空穴同时消失的过程。
2.半导体的导电方式和金属导电方式有什么不同？答:金属导电是靠金属存在的大量自由电子导电的，并且参与导电的只有自由电子；而在半导体中有挣脱共价键束缚形成的自由电子，同时半导体内还有大量的空穴，空穴可以认为是带有一个单位正电荷的粒子，通过价电子递补空穴的运动相当于空穴也在运动，在电场的作用下能够参与导电；因此在半导体中除了自由电子以外还有空穴参与导电，这是金属导电的本质区别。
3.在N型半导体中，多数载流子是电子，电子带负电，是不是意味着N型半导体就是带负电？答：N型半导体是在本征半导体中加入少量的五价元素形成的，加入的五价元素的原子是电中性的，同时原有的本征半导体也是电中性的，因此即便是在N型半导体中，电子是多数载流子，整个半导体仍然是电中性的。
14.2PN结及其单向导电性1. 空间电荷区既然是由带电的正、负离子形成的，为什么它的电阻率很高？答:空间电荷区是由P型区和N型区中的多数载流子扩散运动而形成的，其中的正负离子是所加入的三价和五价元索电离的离子，这些离子只是替代了原有的硅原子或锗原子，他们仍然是和周围的四个硅原子或者锗原子各自形成四个共价键，这些正负离子是不能移动的，并且空间电荷区的多子和少子己经被耗尽，这样空间电荷区的电阻率就会很高。
2. PN结可以实现单向导电，反偏电压是不是可以无限增加？答: PN结的一个重要特性是单向导电性，在PN结反偏时，会产生一个反向饱和漏电流，在忽略这个微小电流时，可以认为反向时截止。
但是反向电压并不可以无限地增加，因为当外加电场增强得PN 结空间电场进一步增大时，共价键中的价电子受电场力的作用，就会把价电子从共价键中拉出来，并在电场中进一步加速，同时还会撞击它的价电子，把把这些价电子从共价键中也撞出来，进一步加速，形成一个连锁的反应，反向电流急剧增大，此时PN结己经击穿。
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14.3 二极管
14.3.1 基本结构
(a) 点接触型
外壳 触丝N型锗片
结面积小、结电容小、 引线
正向电流小，适用于高频和
小功率工作，也用作数字电
路中的开关元件。 (b) 面接触型
铝合金小球
阳极引线 PN结
结面积大、结电容大、 正向电流大，适用于低频整
N型硅 金锑合金
流电路。
负极引线
底座
14.3 二极管
P
内电场 外电场
N
–+ U
2. PN 结加反向电压 (反向偏置) P接负、N接正
PN 结变宽
－－－ － －－ －－－ － －－ －－－－ － －
+++ +++ +++
+++ +++ +++
P
IR
内电场 外电场
N
–+
内电场被加 强，少子的漂 移加强，由于
少子数量很少,
形成很小的反 向电流。
U PN 结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小， 反向电阻较大，PN结处于截止状态。 温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增大。
电工电子技术（2）
对于元器件，学习重点放在特性、参数、技术 指标和正确使用方法，不过于追究其内部机理。讨 论器件的目的在于应用。
学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况, 对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近 似,以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。
对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标, 就不要过分追究精确的数值。工程上允许一定的误差， 可采用合理估算的方法。
14.1.2 N型半导体和 P 型半导体
Si
Si
BS–i
Si
接受一个 电子变为
负离子
硼原子
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。
价电子在获得一定能量
(温度升高或受光照)后, 即
Si
Si
可挣脱原子核的束缚，成 为自由电子(带负电), 同时
共价键中留下一个空位，
Si
Si
称为空穴（带正电）。
空穴
这一现象称为本征激发。
价电子
温度愈高，晶体中产 生的自由电子便愈多。
在外电场的作用下, 空穴吸引相邻原子的价电子
来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于
特点：非线性
I
反向击穿 电压U(BR)
正向特性
P+ – N
导通压降
反向电流在 一定电压范围 内保持常数。
O
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。
U
死区电压
硅管0.5V 锗管0.1V
外加电压大于死区 电压，二极管导通。
二极管正向导通电路
二极管反向截止电路
14.3.3 主要参数
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、晶体管和晶闸管等）。
14.1.1 本征半导体
完全纯净的、晶格完整的半导体，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
硅单晶中的共价键结构
共价键中的两个电子，称为价电子。
自由电子 本征半导体的导电机理
第14章 半导体器件
14.1 半导体的导电特性 14.2 PN结及其单向导电性 14.3 二极管 14.4 稳压二极管 14.5 双极型晶体管 14.6 光电器件ຫໍສະໝຸດ 14.1 半导体的导电特性
半导体的导电特性：
热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强 (可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。
光敏性：当受到光照时, 导电能力明显变化 (可做 成各种光敏元件,如光敏电阻、光敏二极 管、光敏晶体管等)。
14.3.1 基本结构
SiO2保护层
阳极引线
P型硅
N型硅
(c) 平面型
阴极引线
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。
(d) 符号 阳极 D 阴极
常见二极管外形图 (a) 玻璃封装 (b) 塑料封装 (c) 金属封装中、大功率二极管
二极管
14.3.2 伏安特性
14.1.2 N型半导体和 P 型半导体
在本征半导体中掺入微量的杂质 (某种元素) , 形
成杂质半导体。
Si
Si
在常温下即可变 为自由电子
掺入五价元素
掺杂后自由电子数目
大量增加，自由电子导
多余 电子
电成为这种半导体的主
PS+i
Si
要导电方式，称为N 型
半导体。
失去一个 电子变为 正离子
磷原子
在N 型半导体中自由 电子是多数载流子，空 穴是少数载流子。
空穴的运动(相当于正电荷的移动)。
本征半导体的导电机理
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。 自由电子和空穴成对地产生的同时, 又不断复合。在 一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半 导体中的载流子便维持一定的数目。 注意： (1) 本征半导体中的载流子数目极少,其导电性能很差; (2) 温度愈高，载流子的数目愈多, 半导体的导电性 能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。
P IF
内电场 N
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。
U
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。
2. PN 结加反向电压 (反向偏置) P接负、N接正
－－－ － －－ + + + + + + －－－ － －－ + + + + + + －－－ － －－ + + + + + +
扩散和漂移这 一对相反的运动 最终达到动态平 衡，空间电荷区 的厚度固定不变。
浓度差 多子的扩散运动
形成空间电荷区
扩散的结果使空
间电荷区变宽。
14.2.2 PN结的单向导电性
1. PN 结加正向电压 (正向偏置) P接正、N接负
PN 结变窄
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ + ++ + + + + ++ + + + + ++ + +
14.2 PN结及其单向导电性
14.2.1 PN结的形成
内电场越强，漂移
空间电荷区也称 PN 结。 运动越强，而漂移使
少子的漂移运动 空间电荷区变薄。
P 型半导体
内电场 N 型半导体
－－－－－－ + + + + + + －－－－－－ + + + + + + －－－－－－ + + + + + + －－－－－－ + + + + + +