第一章半导体二极管和晶体管b
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第1章 半导体二极管和晶体管
型求出 IO 和 UO 的值。
+ UD -
解:
1、理想模型
UO = V = 6 V
E
IO = E / R = 6 / 6 = 1 (mA)
+
2 V ID
R UR
6KΩ
-
2、恒压降模型
UO = E – UD = 6 0.7 = 5.3 (V) IO = UO / R = 5.3 / 6 = 0.88 (mA)
反向击穿电压 I/mA 反向饱和电流
硅几 A
锗几十~几百 A UBR
硅管的温度稳
IS
O
U/V
定性比锗管好 反向 饱和电流
36
（二）极间电容
第三节、半导体二极管
C
1、PN结存在等效结电容
PN结中可存放电荷,相 当一个电容。
PN
+ ui –
R
– 2、对电路的影响：外加交流电源
+
时，当频率高时，容抗小，对PN
14
第一节、半导体的导电特性
N型半导体
多一个 价电子
4
+5
4
掺杂
4
4
4
15
本征激发
第一节、半导体的导电特性
N型半导体
4
+5
4
掺杂
正离子
电子
4
4
4
多子-------电子 少子-------空穴
N型半导体示意1图6
第一节、半导体的导电特性
P型半导体
多一个 空穴
4
+3
4
掺杂
4
4
4
17
本征激发
第一节、半导体的导电特性
第一章半导体器件的特性讲解
第一章 半导体器件的 特性
主要内容及要求
1.1 半导体的导电特性 1.2 PN结 1.3 二极管 1.4 双极型晶体管（BJT） 1.5 场效应管（FET）
基础，必须掌握： 基本概念，原理， 特征曲线、参数， 应用等。
了解原理，掌握特 征曲线、参数。
1.1 半导体的导电特性
半导体材料：
物质根据其导电能力(电阻率)的不同，可划分 导体、绝缘体和半导体。 －4 导 体：ρ<10 Ω·cm 9 绝缘体：ρ>10 Ω·cm 半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间。 典型的元素半导体有硅Si和锗Ge ，此外，还有 化合物半导体砷化镓GaAs等。
1.5 场效应管
二、工作原理
VDS=0时， VGS 对沟道的控制作用
当VGS＜0时， PN结反偏，| VGS | 耗尽层加厚沟道变窄。 VGS继续 减小，沟道继续变窄，当沟道夹断时， 对应的栅源电压VGS称为夹断电压VP （ 或VGS(off) ）。 对于N沟道的JFET，VP <0。 若在漏源极间加上适当电压，沟道中有 电流ID流过。 VGS＝0时，ID较大； VGS＝VGS(off)时，ID近似为零， 这时管子截止。
1.5 场效应管
特点：
利用输入回路的电场效应控制输出回路的电流；仅靠半导体 中的多数载流子导电（单极型晶体管）；输入阻抗高 （107~1012），噪声低，热稳定性好，抗辐射能力强，功 耗小。
分类：
1.5 场效应管
1.5.1结型场效应管 一、结构
N沟道结型场效应管结构示意图
N沟道管符号
P沟道管符号
晶体管结构示意图
晶体管符号
1.4 双极型晶体管
生成类型：合金型和平面型
要实现电流放大作用，要求： 发射区掺杂浓度高； 基区薄且掺杂浓度低； 集电结面积大。
主要内容及要求
1.1 半导体的导电特性 1.2 PN结 1.3 二极管 1.4 双极型晶体管（BJT） 1.5 场效应管（FET）
基础，必须掌握： 基本概念，原理， 特征曲线、参数， 应用等。
了解原理，掌握特 征曲线、参数。
1.1 半导体的导电特性
半导体材料：
物质根据其导电能力(电阻率)的不同，可划分 导体、绝缘体和半导体。 －4 导 体：ρ<10 Ω·cm 9 绝缘体：ρ>10 Ω·cm 半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间。 典型的元素半导体有硅Si和锗Ge ，此外，还有 化合物半导体砷化镓GaAs等。
1.5 场效应管
二、工作原理
VDS=0时， VGS 对沟道的控制作用
当VGS＜0时， PN结反偏，| VGS | 耗尽层加厚沟道变窄。 VGS继续 减小，沟道继续变窄，当沟道夹断时， 对应的栅源电压VGS称为夹断电压VP （ 或VGS(off) ）。 对于N沟道的JFET，VP <0。 若在漏源极间加上适当电压，沟道中有 电流ID流过。 VGS＝0时，ID较大； VGS＝VGS(off)时，ID近似为零， 这时管子截止。
1.5 场效应管
特点：
利用输入回路的电场效应控制输出回路的电流；仅靠半导体 中的多数载流子导电（单极型晶体管）；输入阻抗高 （107~1012），噪声低，热稳定性好，抗辐射能力强，功 耗小。
分类：
1.5 场效应管
1.5.1结型场效应管 一、结构
N沟道结型场效应管结构示意图
N沟道管符号
P沟道管符号
晶体管结构示意图
晶体管符号
1.4 双极型晶体管
生成类型：合金型和平面型
要实现电流放大作用，要求： 发射区掺杂浓度高； 基区薄且掺杂浓度低； 集电结面积大。
半导体器件的基础知识
向电压—V（BR）CBO。 当集电极开路时，发射极与基极之间所能承受的最高反
向电压—V（BR）EBO。
精选课件
28
1.2 半导体三极管
③ 集电极最大允许耗散功率 PCM 在三极管因温度升高而引起的参数变化不超过允许值时， 集电极所消耗的最大功率称集电极最大允许耗散功率。
三极管应工作在三极 管最大损耗曲线图中的安 全工作区。三极管最大损 耗曲线如图所示。
热击穿：若反向电流增大并超过允许值，会使 PN 结烧 坏，称为热击穿。
结电容：PN 结存在着电容，该电容为 PN 结的结电容。
精选课件
5
1.1 半导体二极管
1.1.3 半导体二极管
1．半导体二极管的结构和符号 利用 PN 结的单向导电性，可以用来制造一种半导体器 件 —— 半导体二极管。 电路符号如图所示。
将两个 NPN 管接入判断 三极管 C 脚和 E 脚的测试电 路，如图所示，万用表显示阻
值小的管子的 值大。
4．判断三极管 ICEO 的大小 以 NPN 型为例，用万用 表测试 C、E 间的阻值，阻值 越大，表示 ICEO 越小。
精选课件
33
1.2 半导体三极管
1.2.6 片状三极管
1．片状三极管的封装 小功率三极管：额定功率在 100 mW ~ 200 mW 的小功率 三极管，一般采用 SOT-23形式封装。如图所示。
精选课件
21
1.2 半导体三极管
由图可见： （1）当 V CE ≥ 1 V 时，特性曲线基本重合。 （2）当 VBE 很小时，IB 等于零，三极管处于截止状态。
精选课件
22
1.2 半导体三极管
（3）当 VBE 大于门槛电压（硅管约 0.5 V，锗管约 0.2 V） 时，IB 逐渐增大，三极管开始导通。
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
模拟电子课件第一章_半导体材料及二极管
–10 0 0.2 0.4
–20
I/uA
锗管的伏安特性
图 二极管的伏安特性
ID
UD
-
UD / V
34
1.正偏伏安特性
当正向电压比较小时，正向电流很小，几乎为零。，
相应的电压叫死区电压。
死区电压： 硅二极管为0.5V左右 锗二极管为0.1V左右
i/mA 30
当正向电压超过死区电压后，二极 管导通, 电流与电压关系近似指数关 系。
42
3.二极管的其它主要参数
➢最大平均整流电流 : I F 允许通过的最大正向平均电流 ➢最高反向工作电压 : 最V大R 瞬时值，否则二极管击穿
1
18
半导体中某处的扩散电流 主要取决于该处载流子的浓 度差（即浓度梯度），而与 该处的浓度值无关。即扩散 电流与载流子在扩散方向上 的浓度梯度成正比，浓度差 越大，扩散电流也越大。
图1.6 半导体中载流子的浓度分布
1
19
即:某处扩散电流正比于浓度分布曲线上该点处的斜率
和。
dn( x) dx
dp ( x) dx
在硅或锗的晶体中掺入少量的 5 价杂质元素，即构成 N 型半导体 (或称电子型半导体)。
常用的 5 价杂质元素有磷、锑、砷等。
1
10
原来晶格中的某些硅原子将 被杂质原子代替。 杂质原子与周围四个硅原子 组成共价键时多余一个电子。 这个电子只受自身原子核吸引， 在室温下可成为自由电子。
5价的杂质原子可以提供电子， 所以称为施主原子。
Problem: N型半导体是否呈电中性？
1
+4
+4
+5
+4
+4
+4
–20
I/uA
锗管的伏安特性
图 二极管的伏安特性
ID
UD
-
UD / V
34
1.正偏伏安特性
当正向电压比较小时，正向电流很小，几乎为零。，
相应的电压叫死区电压。
死区电压： 硅二极管为0.5V左右 锗二极管为0.1V左右
i/mA 30
当正向电压超过死区电压后，二极 管导通, 电流与电压关系近似指数关 系。
42
3.二极管的其它主要参数
➢最大平均整流电流 : I F 允许通过的最大正向平均电流 ➢最高反向工作电压 : 最V大R 瞬时值，否则二极管击穿
1
18
半导体中某处的扩散电流 主要取决于该处载流子的浓 度差（即浓度梯度），而与 该处的浓度值无关。即扩散 电流与载流子在扩散方向上 的浓度梯度成正比，浓度差 越大，扩散电流也越大。
图1.6 半导体中载流子的浓度分布
1
19
即:某处扩散电流正比于浓度分布曲线上该点处的斜率
和。
dn( x) dx
dp ( x) dx
在硅或锗的晶体中掺入少量的 5 价杂质元素，即构成 N 型半导体 (或称电子型半导体)。
常用的 5 价杂质元素有磷、锑、砷等。
1
10
原来晶格中的某些硅原子将 被杂质原子代替。 杂质原子与周围四个硅原子 组成共价键时多余一个电子。 这个电子只受自身原子核吸引， 在室温下可成为自由电子。
5价的杂质原子可以提供电子， 所以称为施主原子。
Problem: N型半导体是否呈电中性？
1
+4
+4
+5
+4
+4
+4
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
返回
⑴.稳压管稳压电路
返回
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：
返回
2. PN结的单向导电性：
(1). PN结加正向电压时导通
返回
(2).PN结加反向电压时截止
返回
3.PN结的伏安特性
• ⑴. PN结的电流方程：
i Is(
qu kT
返回
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
返回
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 基本放大电路
2.实验电路 以下是说明晶体管的放大原理和其中的电流分 配的实验电路. IC
IB
A
mA
+ + V UCE + EC
RB
V UBE – 输出回路 输入回路 – – + – EB 共发射极放大电路
发射极是输入回路、输出回路的公共端
3. 各电极电流关系及电流放大作用
IB/mA 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
带正电
空穴
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，有空穴的原子吸引相邻原子的价电子 来填补空穴，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空 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
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。
+
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加。
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PN结具有单向导电性
正偏时，结电阻小，正向电流大——导通
例1：
+ ui –
R D + uo –
已知： 二极管是理想的，
ui 10sin t V, E 5V, R 1K
试画出 uo 波形。
二极管的用途： 整流、检波、 限幅、钳位、开 关、元件保护、 温度补偿等。
E
ui
E
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
模拟电子技术基础-自测题答案
第1章半导体二极管及其基本应用1．1 填空题1．半导体中有空穴和自由电子两种载流子参与导电。
2．本征半导体中，假设掺入微量的五价元素，则形成N 型半导体，其多数载流子是电子；假设掺入微量的三价元素，则形成P型半导体，其多数载流子是空穴。
3．PN结在正偏时导通反偏时截止，这种特性称为单向导电性。
4．当温度升高时，二极管的反向饱和电流将增大，正向压降将减小。
5．整流电路是利用二极管的单向导电性，将交流电变为单向脉动的直流电。
稳压二极管是利用二极管的反向击穿特性实现稳压的。
6．发光二极管是一种通以正向电流就会发光的二极管。
7．光电二极管能将光信号转变为电信号，它工作时需加反向偏置电压。
8．测得某二极管的正向电流为1 mA，正向压降为0.65 V，该二极管的直流电阻等于650 Ω，交流电阻等于26 Ω。
1．2 单项选择题1．杂质半导体中，多数载流子的浓度主要取决于( C )。
A．温度B．掺杂工艺C．掺杂浓度D．晶格缺陷3．硅二极管的反向电流很小，其大小随反向电压的增大而(B )。
A．减小B．基本不变C．增大4．流过二极管的正向电流增大，其直流电阻将( C )。
A．增大B．基本不变C．减小5．变容二极管在电路中主要用作(D )。
、A．整流B．稳压C．发光D．可变电容器1．3 是非题1．在N型半导体中如果掺人足够量的三价元素，可将其改型为P型半导体。
(√)2．因为N型半导体的多子是自由电子，所以它带负电。
(×)3．二极管在工作电流大于最大整流电流I F时会损坏。
(×)4．只要稳压二极管两端加反向电压就能起稳压作用。
(×)第2章半导体三极管及其基本应用2．1 填空题1．晶体管从结构上可以分成PNP 和NPN两种类型，它工作时有2种载流子参与导电。
2．晶体管具有电流放大作用的外部条件是发射结正偏，集电结反偏。
3．晶体管的输出特性曲线通常分为三个区域，分别是放大、饱和、截止。
4．当温度升高时，晶体管的参数β增大，I CBO增大，导通电压U BE 减小。
模拟电路习题解答
第一章晶体二极管及其大体电路1—1 半导体二极管伏安特性曲线如图N—l所示，求图中A、B点的直流电阻和交流电阻。
解：从图中量得A、B点坐标别离为A(0．6V，5mA), B(0．58V，2mA)，故得1—2 二极管整流电路如图P1—2所示，已知ui＝200sinωt(V)，试画出uo的波形。
解：因变压器的匝数比为10：1，因此次级端电压为20 V，即u2＝10 slnωt (V)。
当u2为正半周且大于等于0．7V时，Vl导通，V2截止，u。
＝u2一0．7。
而u2为负半周且小于等于一0．7V时，那么V2导通，Vl截止，uo＝|u2|一0．7。
当|u2|＜0．7V时，V一、V2均截止，现在uo=0.由此画出的uo波形如图P1-2’所示，1—3 二极管电路如图P1—3所示，设二极管均为理想二极管(1)画出负载RL两头电压uo的波形(2)假设V3开路，试重画uo的波形。
(3)假设V3被短路，会显现什么现象?解：(1)u2为正半周时，V一、V2导通，V3、V4截止，uo＝u2; u2为负半周时，V一、V2截止，V3、V4导通，uo＝-u2即uo＝-u2。
uo波形如图P1—3’(a)所示。
(2)假设V3开路，那么u2的为负半周时，uo＝0，即uo变成半波整流波形，如图Pl—3’(b)所示。
(3)假设V3短路，那么u2为正半周时，将V1短路烧坏。
1—4 在图P1—4所示各电路中，设二极管均为理想二极管。
试判定各二极管是不是导通，并求Uo的值。
解：(1)在图(a)中，V2导通，V1截止，Uo＝5V。
(2)在图(b)中，V1导通，V2截止，Uo＝0V。
(3)在图(c)中，v一、v2均导通，现在有1—5 二极管限幅电路如图Pl—5(a)、(b)所示。
假设ui＝5sinωt(V)，试画出uo的波形。
解：(1)在图(a)中：当ui＞一2．7V时，V管截止，uo＝一2V；当ui≤一2．7V时，V管导通，u。
＝ui。
当ui＝5sinωt(V)时，对应的uo波形如图P1—5’(a)所示。
《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。
1半导体基础知识
空穴
+4
+4
+4
+4
自由电子 束缚电子
2.本征半导体的导电机理
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。
+4
+4
+4
+4
在其它力的作用下， 空穴吸引附近的电子 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。
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。
基区空穴
向发射区
的扩散可
忽略。
B
进 少入部P分区与R的基B 电区子的
空穴复合，形成
电流IBEE，B 多数
扩散到集电结。
C
N
P
IBE
N
E IE
发射结正 偏，发射 区电子不 断向基区 扩散，形 成发射极
电流EICE。
集电结反偏， 有少子形成的
反向电流ICBO。B
RB
EB
IC=ICE+ICBOICE
C
电位V
V0
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
P型区
空间 电荷 区
N型区
注意:
1、空间电荷区中没有载流子。
2、空间电荷区中内电场阻碍P中的空穴、N区
中的电子（都是多子）向对方运动（扩散 运动）。
模拟电子技术教案【范本模板】
模拟电子技术教案电子与信息工程学院目录第一章常用半导体器件第一讲半导体基础知识第二讲半导体二极管第三讲双极型晶体管三极管第四讲场效应管第二章基本放大电路第五讲放大电路的主要性能指标及基本共射放大电路组成原理第六讲放大电路的基本分析方法第七讲放大电路静态工作点的稳定第八讲共集放大电路和共基放大电路第九讲场效应管放大电路第十讲多级放大电路第十一讲习题课第三章放大电路的频率响应第十二讲频率响应概念、RC电路频率响应及晶体管的高频等效模型第十三讲共射放大电路的频率响应以及增益带宽积第四章功率放大电路第十四讲功率放大电路概述和互补功率放大电路第十五讲改进型OCL电路第五章模拟集成电路基础第十六讲集成电路概述、电流源电路和有源负载放大电路第十七讲差动放大电路第十八讲集成运算放大电路第六章放大电路的反馈第十九讲反馈的基本概念和判断方法及负反馈放大电路的方框图第二十讲深度负反馈放大电路放大倍数的估算第二十一讲负反馈对放大电路的影响第七章信号的运算和处理电路第二十二讲运算电路概述和基本运算电路第二十三讲模拟乘法器及其应用第二十四讲有源滤波电路第八章波形发生与信号转换电路第二十五讲振荡电路概述和正弦波振荡电路第二十六讲电压比较器第二十七讲非正弦波发生电路第二十八讲利用集成运放实现信号的转换第九章直流电源第二十九讲直流电源的概述及单相整流电路第三十讲滤波电路和稳压管稳压电路第三十一讲串联型稳压电路第三十二讲总复习第一章半导体基础知识本章主要内容本章重点讲述半导体器件的结构原理、外特性、主要参数及其物理意义，工作状态或工作区的分析.首先介绍构成PN结的半导体材料、PN结的形成及其特点.其后介绍二极管、稳压管的伏安特性、电路模型和主要参数以及应用举例。
然后介绍两种三极管（BJT和FET）的结构原理、伏安特性、主要参数以及工作区的判断分析方法。
本章学时分配本章分为4讲，每讲2学时。
第一讲常用半导体器件本讲重点1、PN结的单向导电性；2、PN结的伏安特性;本讲难点1、半导体的导电机理：两种载流子参与导电；2、掺杂半导体中的多子和少子3、PN结的形成；教学组织过程本讲宜教师讲授。
第1章半导体器件
击穿并不意味着管子一定要损坏，如果我们采取适 当的措施限制通过管子的电流，就能保证管子不因过 热而烧坏。如稳压管稳压电路中一般都要加限流电阻 R，使稳压管电流工作在Izmax和Izmin的范围内。
在反向击穿状态下，让通过管子的电流在一定范围 内变化，这时管子两端电压变化很小，稳压二极管就 是利用这一点达到“稳压”效果的。
2 何谓杂质半 导体？N型半导 体中的多子是 什么？少子是 什么？
3 P型半导体中的空 穴多于自由电子，是 否意味着带正电？N 型半导体是否带负 电？
10
1.1 半导体基础知识
g. PN结及其形成过程
杂质半导体的导电能力虽然比本征半导体极大增强，但它 们并不能称为半导体器件。
空间电荷区
P区
在一块晶片的两端分别注入三价 元素硼和五价元素磷
内电场 外电场
V
IS
13
1.1 半导体基础知识
i. PN结的电流方程
一般地：
qu
i I s (e kT 1)
可以简化为，
u
i
I
I
s
(eUT
1)
当T=300K时，
u
i I s (e 0.026 1)
14
1.1 半导体基础知识
j. PN结的伏安特性曲线
当u>> UT时，
u
i IseUT
反向截止区内反向饱和电流很小，可近似视为零值。
外加反向电压超过反向击穿电压UBR时，反向电流突然增大，二 极管失去单向导电性，进入反向击穿区。
23
1.2 半导体二极管
正向导通区的讨论
I (mA) 60
当外加正向电压大于死区电压时，二 极管由不导通变为导通，电压再继续增
在反向击穿状态下，让通过管子的电流在一定范围 内变化，这时管子两端电压变化很小，稳压二极管就 是利用这一点达到“稳压”效果的。
2 何谓杂质半 导体？N型半导 体中的多子是 什么？少子是 什么？
3 P型半导体中的空 穴多于自由电子，是 否意味着带正电？N 型半导体是否带负 电？
10
1.1 半导体基础知识
g. PN结及其形成过程
杂质半导体的导电能力虽然比本征半导体极大增强，但它 们并不能称为半导体器件。
空间电荷区
P区
在一块晶片的两端分别注入三价 元素硼和五价元素磷
内电场 外电场
V
IS
13
1.1 半导体基础知识
i. PN结的电流方程
一般地：
qu
i I s (e kT 1)
可以简化为，
u
i
I
I
s
(eUT
1)
当T=300K时，
u
i I s (e 0.026 1)
14
1.1 半导体基础知识
j. PN结的伏安特性曲线
当u>> UT时，
u
i IseUT
反向截止区内反向饱和电流很小，可近似视为零值。
外加反向电压超过反向击穿电压UBR时，反向电流突然增大，二 极管失去单向导电性，进入反向击穿区。
23
1.2 半导体二极管
正向导通区的讨论
I (mA) 60
当外加正向电压大于死区电压时，二 极管由不导通变为导通，电压再继续增
第一章 半导体基础知识
稳定 电流IZ
U＜UZ， 截止， UD＝ U U＞UZ， 稳压, UD＝ UZ
U
U UZ R IZ
三、晶体管
（一）晶体管特性 输入特性
— iB＝f1（uBE）∣UCE＝常数
UCE≥1V
uBE ＞ Uon ， 发射结导通→ iB 导通后，uBE ≈ Uon 且Uon≈ 0.7 V 0.2V 硅 锗
VCC / Rc＝12mA， ∴ T放大不成立。 或：设稳压管不导通， uo =Vcc－IcRc=12－24＝ - 12V<0.2V， T深度饱和， uo = UCES＝0.1V 假设
成立
深度 饱和
习题1.18
T: 锗管， UCES＝-0.1V；稳压管UZ＝5V，求：
=50
IR IB IC
ui＝0V和-5V时T的状态与uo值。
D
Uon + V ID R UR _
1.
V单独作用 --折线模型
0
求Q点
若V＞Uon， D通
UD＝ Uon UR = V－ Uon ID＝ （V－ Uon）/R
V
＋ D
UD
Uon
－
+ R UR _
ID
2.
交流量ui作用→微变等效模型 ur ＝ ui /（R＋rd)
0
3. 叠加
u R＝ U R＋ u r
一、二极管的等效电路
（一）折线等效电路 实 际 模 型 u
考 虑 Uon 模 型
i
i
理 想 模 型 u
K
Uon
K
非理想二极管符号
理想二极管符号
＋ u － 1. 理想二极管 u＞0，D ?
K
＋ u －
K
1.1 半导体基本知识
本征半导体（载流子）
由于热运动，具有足够能量 的价电子挣脱共价键的束缚 而成为自由电子 自由电子的产生使共价键中 留有一个空位置，称为空穴
一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定； 温度升高，热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由 电子与空穴对的浓度加大。
本征半导体（载流子）
运载电荷的粒子称为载流子。 外加电场时，带负电的自 由电子和带正电的空穴均参与导 电，且运动方向相反。 电流=电子电流+空穴电流 由于载流子数目很少，故导 电性很差。 两种载流子
本征半导体（载流子浓度）
本征激发：半导体在热激发下产生自由电子与空穴对 的现象。 复合： 自由电子与空穴相碰同时消失。 在一定的温度下，热激发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，故达到动态平 衡 由于载流子数目很少，故本征半导体导电性很差，且 与环境温度密切相关。
PN 结的电容效应
• 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。 扩散电容 PN结外加正向电压变化，扩散区的非平衡少子的数 量将随之变化，扩散区内电荷的积累与释放过程，呈现 出电容充放电的性质，其等效的电容称之为扩散电容Cd。 结电容： C j Cb Cd
PN结加上正向电压、正向偏置的意 思都是： P区加正、N区加负电压。
PN结加上反向电压、反向偏置的意 思都是： P区加负、N区加正电压。
（1）正向电压
必要吗？
外电场的方向与内电场方向相反。 外电场削弱内电场 →耗尽层变窄 →扩散运动＞漂移运动 →多子扩散形成正向电流 PN结导通
正向电压_动画演示
电子与通信工程系
南邮模电课件-第1章--晶体二极管及其基本电路
28
第1章 半导体二极管及其基本电路
耗尽 区
耗尽 区
P＋
N
P
N＋
(a)
(b)
图1―8不对称PN结
29
第1章 半导体二极管及其基本电路
1―2―2 PN 一、PN结加正向电压— forward bias
IF P 区
外电场
N区 内电场
限流电阻
外电场使多子向 PN 结移动, 中和部分离子使空间电荷区变窄。
及外加电场的强度等因素决定。
21
第1章 半导体二极管及其基本电路
二、扩散电流（扩散运动） 1．定义：因某种原因使半导体中的载流子的浓度分 布不均匀时，载流子从浓度大的地方向浓度小的地方 作扩散运动，形成的电流。 2．扩散电流主要取决于载流子的浓度差（即浓度 梯度）。浓度差越大，扩散电流越大，而与浓度值无 关。
18
第1章 半导体二极管及其基本电路
nn pn ni2
pn
ni2 nn
ni2 ND
对P型半导体，多子pp与少子np有
pp np ni2
np
ni2 pp
ni2 NA
(1―2a)
(1―2b) N型半导体，施
主浓度
(1―3a)
(1―3b) P型半导体，受
主浓度
19
第1章 半导体二极管及其基本电路
本征半导体受外界能量（热、电、光等能量）激发，同 时产生电子、空穴对的过程称为本征激发。
二、本征载流子浓度 1．复合：在本征半导体中，由于本征激发，不断产生
电子、空穴对，使载流子密度增加。与此同时，又会有 相反的过程发生。由于正负电荷相吸引，电子会填入空 穴成为价电子，同时释放出相应的能量，从而消失一对 电子、空穴，这一过程称为复合。
第1章 半导体二极管及其基本电路
耗尽 区
耗尽 区
P＋
N
P
N＋
(a)
(b)
图1―8不对称PN结
29
第1章 半导体二极管及其基本电路
1―2―2 PN 一、PN结加正向电压— forward bias
IF P 区
外电场
N区 内电场
限流电阻
外电场使多子向 PN 结移动, 中和部分离子使空间电荷区变窄。
及外加电场的强度等因素决定。
21
第1章 半导体二极管及其基本电路
二、扩散电流（扩散运动） 1．定义：因某种原因使半导体中的载流子的浓度分 布不均匀时，载流子从浓度大的地方向浓度小的地方 作扩散运动，形成的电流。 2．扩散电流主要取决于载流子的浓度差（即浓度 梯度）。浓度差越大，扩散电流越大，而与浓度值无 关。
18
第1章 半导体二极管及其基本电路
nn pn ni2
pn
ni2 nn
ni2 ND
对P型半导体，多子pp与少子np有
pp np ni2
np
ni2 pp
ni2 NA
(1―2a)
(1―2b) N型半导体，施
主浓度
(1―3a)
(1―3b) P型半导体，受
主浓度
19
第1章 半导体二极管及其基本电路
本征半导体受外界能量（热、电、光等能量）激发，同 时产生电子、空穴对的过程称为本征激发。
二、本征载流子浓度 1．复合：在本征半导体中，由于本征激发，不断产生
电子、空穴对，使载流子密度增加。与此同时，又会有 相反的过程发生。由于正负电荷相吸引，电子会填入空 穴成为价电子，同时释放出相应的能量，从而消失一对 电子、空穴，这一过程称为复合。
电子课件电子技术基础第六版第一章半导体二极管
当反向电压增加到反向击穿电压 UBR 时，反向电流会急 剧增大，这种现象称为“反向击穿”。反向击穿会破坏二极管 的单向导电性，如果没有限流措施，二极管很可能因电流过 大而损坏。
无论硅管还是锗管，即使工作在最大允许电流下，二极管 两端的电压降一般也都在 0.7 V 以下，这是由二极管的特殊 结构所决定的。所以，在使用二极管时，电路中应该串联限 流电阻，以免因电流过大而损坏二极管。
§1-1 半导体的基本知识 §1-2 半导体二极管
§1-1 半导体的基本知识
学习目标
1. 了解半导体的导电特性。 2. 理解 PN 结正偏、反偏的含义。 3. 掌握 PN 结的单向导电性。
一、半导体的导电特性
物质按导电能力强弱不同可分为导体、半导体和绝缘体三 大类。半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间。目前，制 造半导体器件用得最多的是硅和锗两种材料。由于硅和锗是 原子规则排列的单晶体，因此用半导体材料制成的半导体管 属于晶体管。
半导体具有不同于导体和绝缘体的导电特性，见表。
半导体的导电特性
纯净的半导体称为本征半导体，它的导电能力是很弱的。 利用半导体的掺杂特性，可制成 P 型和 N 型两种杂质半导体 。
二、PN 结及其单向导电性
1. PN 结 用特殊的工艺使 P 型半导体和 N 型半导体结合在一起，就会在交界处 形成一个特殊薄层，该薄层称为“PN 结”，如图所示。PN 结是制造半导体 二极管、半导体三极管、场效应晶体 管等各种半导体器件的基础。
2. 分类
二极管的种类
二、二极管的伏安特性
为了直观地说明二极管的性质，通常用二极管两端的电压 与通过二极管的电流之间的关系曲线，即二极管的伏安特性 曲线来描述，如图所示。
在下图所示的坐标图中，位于第一象限的曲线表示二极管 的正向特性，位于第三象限的曲线表示二极管的反向特性。
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–
少子漂移形成反 向饱和电流 ICBO
N?
P
N
IC
ICBOc
U BE
+b
–
+ UCB
IB
RE
VEE
VCC
RC
e. 集电区、基区少子相互漂移
17
晶体管的电流分配关系动画演示
18
输入回路
IE
T
IC
? U BE ?
? U CB ?
IB
输出回路
RE VEE
VCC RC
发射结回路为输入回路，集电结回路为输出回路。
基极是两个回路的公共端，称这种接法为 共基极接法 。
19
IE
N?
P
N
IC
e
c
ICBO
?
U BE
? b
?
UCB
?
IB
定义
RE
VEE
VCC
RC
? ? IC
IE
? 称为共基极直流电流放大系数，反映了发射
区注入基区的电子被集电区收集的能力
20
IE
N?
P
N
IC
e
c
ICBO
?
U BE
? b
?
UCB
?
IB
各电极电流之间的关系
RE VEE
VCC RC
11
(1) 电流关系
IE
N?
P
N
e
c
–
U BE
+b
–
+ UCB
RE
发射区向基区扩散电子
a. 发射区向基区扩散电子
形成发射极电流 IE
VEE
VCC
RC
称扩散到基区的发射 区多子为非平衡少子
12
IE
N?
P
N
e
c
–
U BE
+b
–
+ UCB
RE
VEE
VCC
RC
发射区向基区扩散电子
4
发射极 E(e)
发射结JE 集电结JC 集电极C(c)
发射区
N
NPN型晶体管 结构示意图
基区
集电区
P
N
基极B(b)
5
发射极E(e)
发射结JE
集电结JC 集电极C(c)
发射区
基区
集电区
N
P
N
基极B(b)
C(c)
NPN型晶体管符号
T
B (b)
E(e)
6
2.PNP型晶体管结构示意图和符号
发射区
基区
9
晶体管的工作原理（以NPN型管为例）
依据两个 PN结的偏置情况
晶体管的工作状态
放大状态 饱和状态 截止状态 倒置状态
10
1．发射结正向偏置、集电结反向偏置——放大状态
原理图
电路图
IE
N?
P
e
N
IC
IE
IC
T
c
? U BE ?Biblioteka ? U CB ?–
U BE
+b
–
+ UCB
IB
RE
VEE
VCC
RC
IB
2
半导体三极管有两大类型：
一是双极型半导体三极管 二是场效流应子半双参导极与体型导三半电导的极体半管三导* 极体管器是件由，两它种由载两
个 PN 结组合而成，是一种 CCCS器件。 场效应型半导体三极管仅由一种 载流子参与导电，是一种 VCCS器件。
3
双极型晶体管的结构
晶体管的主要类型 (1) 根据结构分为 : NPN型和PNP型 (2) 根据使用的半导体材料分为 :硅管和锗管 1. NPN型晶体管结构示意图和符号
第一章 半导体二极管和晶体管
? 1.1 半导体的基本知识 ? 1.2 PN结 ? 1.3 半导体二极管 ? 1.4 半导体二极管的应用 ? 1.5 稳压二极管 ? 1.6 双极型晶体管
1
1.6 双极型晶体管（BJT）
晶体管又称半导体三极管 晶体管是最重要的一种半导体器件之一，它的放 大作用和开关作用，促使了电子技术的飞跃。
集电区
C(c)
E(e)
P
N
P
JE
JC
C(c)
B(b)
结构示意图
B (b) 符号
T E(e)
7
3.晶体管的内部结构特点（具有放大作用的内部条件）
B
E
平面型晶 体管的结 构示意图
发射区 基区
集电区
C (1) 发射区面积小，掺杂浓度高 。
8
B
E
发射区 基区
集电区
C (2) 集电区面积大，掺杂浓度低。 (3) 基区掺杂浓度很低，且很薄。
?
UBE
?
b
?
IB
UCB
?
?
RB VBB
UCE
?
IE ? IC ? IB
? (1 ? ? )IB ? IC E O
ICEO称为穿透电流
VCC
RC
24
? 由 ? 的关系
?? ? 1? ?
或
?? ? 1? ?
一般情况
? ? 0.95 ~ 0.995
? ? 20 ~ 200
25
IE
N?
P
N
IC 当输入回路电压
基区向发射区扩散空穴
b. 基区向发射区扩散空穴 形成空穴电流
13
IE
N?
P
N
e
c
–
U BE
+b
–
+ UCB
发射区向基区扩散电子
RE
VEE
VCC
RC
基区向发射区扩散空穴
因为发射区的掺杂浓度远大于基区浓度，空穴电流 可忽略不记。
14
非平衡少子在 基区复合，形 成基极电流 IB
IE
N?
P
N
e
c
–
U BE
e
U
' BE
=UBE+△UBE
ICBcO
那么
?
UBE
?
b
?
IB
UCB
?
?
RB VBB
UCE
?
VCC
RC
I
' B
=IB+△IB
I
' C
=IC+△IC
I
' E
=IE+△IE
如果 △UBE >0，那么△IB >0， △IC >0 ，△IE >0 如果 △UBE <0，那么△IB <0， △IC <0 ，△IE <0
+b
–
+ UCB
IB
RE
VEE
VCC
RC
c. 基区电子的扩散和复合
非平衡少子向 集电结扩散
15
IE
N?
P
N
IC
e
c
–
U BE
+b
–
+ UCB
IB
RE
VEE
d. 集电区收集从发射区扩散过来的电子
形成集电极电流 IC
VCC
RC
非平衡少子 到达集电区
16
集电区少子空
IE
穴向基区漂移
e
基区少子电子向
集电区漂移
RC
22
当UCE>UBE时，发射结正偏，集电结反偏，晶体管
仍工作于放大状态 。
IE
N?
定义
P
N
IC
e
? ? IC
ICBcO
IB
?
UBE
?
b
?
IB
UCB
?
为共射极直流电流
?
RB VBB
UCE
?
放大系数
VCC
RC
23
各电极电流之间的关系
IE
N?
P
N
IC
IC ? ? I B ? I CEO
e
ICBcO
IB
控制。 (3) 集电极饱和电压降 UCES较小， 小功率硅管为 0.3~0.5V 。
? RB UBE VBB ?
IC
T UCE
IE ?
RC VCC
(4) 饱和时集电极电流 ICS ? (VCC ? U CE ) / SRC
RE
VEE
IE=IC+IB
IC ? ? I E ? I CBO
IB ? (1 ? ? )IE ? ICBO
VCC
RC
21
原理图
晶体管共射极接法 电路图
IE
N?
P
N
IC
e
ICBcO
?
UBE
?
b
?
IB
UCB
?
?
RB VBB
UCE
?
IB
? RB UBE VBB ?
? IC
T UCE
IE ?
RC VCC
VCC
26
定义
? ? ?IC
? IE
为共基极交流电流放大系数
? ? ?IC
? IB
为共射极交流电流放大系数
? 与? 的关系
?? ? 1? ?
?? ? 1??
一般可以认为
? ? ?，? ? ?
27
2．发射结正向偏置、集电结正向偏置——饱和状态 饱和状态的特点
(1) UCE≤UBE，集电结正向偏 。
?
(2) IC ? ?IB，IB失去了对IC的