chapter14二极管和晶体管
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4. 在外加电压的作用下，P 型半导体中的电流 主要是 b ，N 型半导体中的电流主要是 a 。
（a. 电子电流、b.空穴电流）
14.2 PN结及其单向导电性
1。PN结的形成
空间电荷区(Space charger region)也称 PN 结、耗尽层
P 型半导体
内电场 N 型半导体
－－－－－－ + + + + + +
基极
B
B
符号：
NPN型三极管
PNP型三极管
C IC B
C IC B
IB E
IE
IB E
IE
结构特点： 集电区： 面积最大
集电结 Base 基极 B
Collector
集电极 C
N P N
基区：最薄， 掺杂浓度最低、整流(rectification)：应用最多 二、钳位 三、限幅 四、元件保护 五、检波 六、稳压：稳压二极管(Zener diode) 七、发光：发光二极管(Light-emitting diode
LED) 八、光敏：光敏二极管
二极管电路分析举例
定性分析：判断二极管的工作状态
导通 截止
若二极管是理想的，正向导通时正向管压降为零，
反向截止时二极管相当于断开。
否则，正向管压降
硅0.6~0.7V 锗0.2~0.3V
分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位 的高低或所加电压UD的正负。
若 V阳 >V阴或 UD为正( 正向偏置 )，二极管导通
若 V阳 <V阴或 UD为负( 反向偏置 )，二极管截止
参考点
整流、检波、
限幅、箝位、开
关、元件保护、
t 温度补偿等。
（a. 电子电流、b.空穴电流）
14.2 PN结及其单向导电性
1。PN结的形成
空间电荷区(Space charger region)也称 PN 结、耗尽层
P 型半导体
内电场 N 型半导体
－－－－－－ + + + + + +
基极
B
B
符号：
NPN型三极管
PNP型三极管
C IC B
C IC B
IB E
IE
IB E
IE
结构特点： 集电区： 面积最大
集电结 Base 基极 B
Collector
集电极 C
N P N
基区：最薄， 掺杂浓度最低、整流(rectification)：应用最多 二、钳位 三、限幅 四、元件保护 五、检波 六、稳压：稳压二极管(Zener diode) 七、发光：发光二极管(Light-emitting diode
LED) 八、光敏：光敏二极管
二极管电路分析举例
定性分析：判断二极管的工作状态
导通 截止
若二极管是理想的，正向导通时正向管压降为零，
反向截止时二极管相当于断开。
否则，正向管压降
硅0.6~0.7V 锗0.2~0.3V
分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位 的高低或所加电压UD的正负。
若 V阳 >V阴或 UD为正( 正向偏置 )，二极管导通
若 V阳 <V阴或 UD为负( 反向偏置 )，二极管截止
参考点
整流、检波、
限幅、箝位、开
关、元件保护、
t 温度补偿等。
第14章 二极管和晶体管53263
2020/6/19
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
IC
UBC < 0 +
+ +
UCE
常用的有2EF等系列。 发光二极管的工作电压为1.5 ~ 3V，工作电流为几 ~ 十几mA。
符号
2020/6/19
14.6.2 光电二极管
光电二极管在反向电压作用下工作。当无光照时, 和普通二极管一样, 其反向电流很小, 称为暗电流。
当有光照时, 产生的反向电流称为光电流。照度E越
强，光电流也越大。 常用的光电二极管有2AU, 2CU等系列。 光电流很小, 一般只有几十微安, 应用时必须大。
t 等。
二极管阴极电位为 8V
ui > 8V，二极管导通，可看作短路 ui < 8V，二极管截止，可看作开路
uo = 8V uo = ui
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14.5 晶体管
14.5.1 基本结构
BE 二氧化碳保护膜
N型硅 B P型硅 N型硅
E 铟球
P N型锗
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。
5.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。
电工技术下教学课件第14章二极管和晶体管
根据电路需求选择合适的器件
整流二极管
用于整流电路，将交流电转换为 直流电。根据工作频率、反向电 压和电流选择合适的整流二极管
。
晶体管
分为NPN和PNP型，根据电路需 求选择合适的晶体管类型和型号， 如硅管或锗管、低频或高频晶体管 等。
稳压二极管
用于稳压电路，根据稳压值、最大 电流和最大功耗选择合适的稳压二 极管。
最高工作频率
指二极管或晶体管正常工作时能够处理的最 高频率信号。这个参数反映了二极管或晶体 管的频率响应特性，决定了其在高频电路中 的应用范围。
开关速度
在高频电路中，二极管或晶体管的开关速度 也是一个重要的参数。开关速度越快，说明 二极管或晶体管在高频条件下的性能越好。
06
CATALOGUE
二极管和晶体管的选用原则
电流放大系数
电流放大系数表示集电极电流与基极电流之比，是衡量晶体管放大能力的重要参 数。
晶体管的特性曲线
输入特性曲线
描述基极电流与基极-发射极电压之间 的关系，反映了晶体管的开关特性。
输出特性曲线
描述集电极电流与集电极-发射极电压 之间的关系，反映了晶体管的放大特 性。
03
CATALOGUE
二极管的应用
整流电路
01
02
03
04
整流电路
利用二极管的单向导电性，将 交流电转换为直流电的电路。
单相半波整流电路
将一个二极管与一个负载电阻 串联，实现单相交流电的半波
整流。
单相全波整流电路
利用两个二极管反向并联，将 交流电的正负半周分别整流，
实现全波整流。
三相整流电路
利用三个或更多的二极管，将 三相交流电转换为直流电，常
电子电工课件 高等教育出版社第14章 二极管和晶体管
第14章二极管和晶体管本章要求：1．理解PN结的单向导电性，晶体管的电流分配和电流放大作用；2．了解二极管、稳压管和三极管的基本构造、工作原理和特性曲线，理解主要参数的意义；3．会分析含有二极管的电路。
重点：1．PN结单向导电性；2．晶体管的电流分配和电流放大作用。
难点：1．晶体管载流子运动；2．二极管电路分析。
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。
光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化。
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。
14.1.1 本征半导体完全纯净的、具有晶体结构的鍺、硅、硒，称为本征半导体。
晶体中原子以共价键结合，共价键中的两个电子，称为价电子。
价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即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，称为空穴（带正电）。
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，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。
所以，半导体有两种导电粒子（载流子）：自由电子、空穴。
当半导体两端加上外电压时，载流子定向运动（漂移运动），在半导体中将出现两部分电流：自由电子作定向运动形成的电子电流、价电子递补空穴运动形成的空穴电流。
温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多，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。
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。
掺入五价元素后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体或N 型半导体。
掺入三价元素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。
无论N 型或P 型半导体都是中性的，对外不显电性。
14.2 PN 结及其单向导电性P 型半导体和N 型半导体交界面的特殊薄层称作PN 结。
电工第14章 二极管和晶体管备幻灯片PPT
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。
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。
小结：
(1)本征半导体中有两种载流子导电，自由电子和空穴 ，但载流子数目极少, 其导电性能很差。温度愈高， 载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就愈好。
(2)本征半导体中加入五价杂质元素，便形成N型半导 体。其中电子是多数载流子，空穴是少数载流子， 此外还有不参加导电的正离子。
阳极引线
阴极引线
( a) 点接触型 外壳
铝合金小球 N型硅
阳极引线
PN结 金锑合金
底座
N型硅 阴极引线
(c ) 平面型
P 型硅
阳极 D 阴极
阴极引线
( d) 符号
( b) 面接触型
图 1 半导体二极管的结构和符号
半导体二极管实物图片
半导体二极管图片
半导体二极管图片
14.3.2 伏安特性
特点：非线性
中的电子（都是多子）向对方运动（扩散 运动）。
3.P 区中的电子和 N区中的空穴（都是少子），
数量有限，因此由它们形成的电流很小。
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
PN 结变窄
负
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
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。
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。
小结：
(1)本征半导体中有两种载流子导电，自由电子和空穴 ，但载流子数目极少, 其导电性能很差。温度愈高， 载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就愈好。
(2)本征半导体中加入五价杂质元素，便形成N型半导 体。其中电子是多数载流子，空穴是少数载流子， 此外还有不参加导电的正离子。
阳极引线
阴极引线
( a) 点接触型 外壳
铝合金小球 N型硅
阳极引线
PN结 金锑合金
底座
N型硅 阴极引线
(c ) 平面型
P 型硅
阳极 D 阴极
阴极引线
( d) 符号
( b) 面接触型
图 1 半导体二极管的结构和符号
半导体二极管实物图片
半导体二极管图片
半导体二极管图片
14.3.2 伏安特性
特点：非线性
中的电子（都是多子）向对方运动（扩散 运动）。
3.P 区中的电子和 N区中的空穴（都是少子），
数量有限，因此由它们形成的电流很小。
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
PN 结变窄
负
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
二极管和晶体管PPT课件
A
B
E
RB
IE V UBE
V
IC m A
RC EC
UCE
EB
实验线路(共发射极接法)
晶体管电流测量数据
IB/mA IC/mA IE/mA
0
0.02
<0.001 0.70
<0.001 0.72
0.04 0.06 0.08 0.10 1.50 2.30 3.10 3.95 1.54 2.36 3.18 4.05
扩散运动
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。
PN结正向偏置
空间电荷区变薄
P
－+
+
－+
－+ 正向电流
－+
N _
内电场减弱，使扩散加强， 扩散飘移，正向（扩散）电流大
PN结反向偏置 空间电荷区变厚
P
－－ + +
N
_
－－ + +
+
－－ + +
－－
++
反向饱和电流 很小，A级
内电场加强，使扩散停止， 有少量飘移，反向电流很小
§14.3 二极管
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
14.3 二极管
1. 基本结构
按结构分，有点接触型和面接触型两种。
小功 率高 频
+
A
ID2
二极管与晶体管课件
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二极管的结构示意图
金属触丝 阳极引线 N型锗片 阴极引线
阳极引线 二氧化硅保护层
N型硅
P 型硅
( a ) 点接触型
铝合金小球 N 型硅
外壳
阴极引线
阳极引线 PN结 金锑合金 底座
( c ) 平面型
阳极
D 阴极
阴极引线
( d) 符号
( b) 面接触型 图 1 – 12 半导体二极管的结构和符号
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14.3 半导体二极管
14.3.1 基本结构
(a) 点接触型 结面积小、 结电容小、正 向电流小。用 于检波和变频 等高频电路。 (b)面接触型 结面积大、 正向电流大、 结电容大，用 于工频大电流 整流电路。
(c) 平面型 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。
（a. 电子电流、b.空穴电流）
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14.2 PN结
14.2.1 PN结的形成
空间电荷区也称 PN 结
少子的漂移运动 内电场越强，漂移运 动越强，而漂移使空间 电荷区变薄。
P 型半导体
－ － － － － －
－ － － － － － － － － － － － － － － － － －
内电场 N 型半导体
+ + + + + + + + + + + +
+ + + + + +
+ + + + + +
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。
二极管的结构示意图
金属触丝 阳极引线 N型锗片 阴极引线
阳极引线 二氧化硅保护层
N型硅
P 型硅
( a ) 点接触型
铝合金小球 N 型硅
外壳
阴极引线
阳极引线 PN结 金锑合金 底座
( c ) 平面型
阳极
D 阴极
阴极引线
( d) 符号
( b) 面接触型 图 1 – 12 半导体二极管的结构和符号
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14.3 半导体二极管
14.3.1 基本结构
(a) 点接触型 结面积小、 结电容小、正 向电流小。用 于检波和变频 等高频电路。 (b)面接触型 结面积大、 正向电流大、 结电容大，用 于工频大电流 整流电路。
(c) 平面型 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。
（a. 电子电流、b.空穴电流）
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14.2 PN结
14.2.1 PN结的形成
空间电荷区也称 PN 结
少子的漂移运动 内电场越强，漂移运 动越强，而漂移使空间 电荷区变薄。
P 型半导体
－ － － － － －
－ － － － － － － － － － － － － － － － － －
内电场 N 型半导体
+ + + + + + + + + + + +
+ + + + + +
+ + + + + +
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。
电工第14章 二极管和晶体管备
半导体器件的核心是PN结，是采取一定的工 艺措施在一块半导体晶片的两侧分别制成P型半导 体和N型半导体，在两种半导体的交界面上形成PN 结。
各种各样的半导体器件都是以PN结为核心 而制成的，正确认识PN结是了解和运用各种半导 体器件的关键所在。
21
14.2.1 PN结的形成
空间电荷区也称 PN 结
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， 半导体中载流子便维持一定的数目。
注意： (1) 本征半导体中载流子数目极少, 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
3.P 区中的电子和 N区中的空穴（都是少子）， 数量有限，因此由它们形成的电流很小。
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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
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ + ++ + + + + ++ + + + + ++ + +
33
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。 4. 二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向 电流愈大。
各种各样的半导体器件都是以PN结为核心 而制成的，正确认识PN结是了解和运用各种半导 体器件的关键所在。
21
14.2.1 PN结的形成
空间电荷区也称 PN 结
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， 半导体中载流子便维持一定的数目。
注意： (1) 本征半导体中载流子数目极少, 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
3.P 区中的电子和 N区中的空穴（都是少子）， 数量有限，因此由它们形成的电流很小。
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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
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
+ + ++ + + + + ++ + + + + ++ + +
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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。 4. 二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向 电流愈大。
【2019年整理】电工与电子学课件--第十四章 二极管和晶体管
第14章
二极管和晶体管
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 晶体管 14.6 光电器件
2019/4/21 电工与电子学
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理解PN结的单向导电性；了解二极管、稳压二 极管和晶体管的基本构造、工作原理和主要特性曲 线，理解主要参数的意义；理解晶体管的电流分配 和放大作用。
2019/4/21 电工与电子学
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14.3 二极管
根据二极管的单向导电性，它可用于整流、检波、 限幅、元件保护及在数字电路中作为开关元件等。
使用注意
实际二极管应考虑其正向压降（硅管0.6～0.7V， 锗管0.2～0.3V）； 理想二极管正向压降为零，反向截止。 分析方法：将二极管断开。 若 V阳 >V阴，则二极管导通； 若 V阳 <V阴，则二极管截止。
2019/4/21 电工与电子学
空穴和自由电子的形成
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14.1 半导体的导电特性
当半导体两端加上外电压时，半导体中将出现两 部分电流： ①自由电子作定向运动形成的电子电流； ②仍被原子核束缚的价电子递补空穴所形成的空 穴电流。
半导体和金属在导电原理上的本质差别：在半导 体中，同时存在着电子导电和空穴导电。 自由电子 统称为载流子
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14.1 半导体的导电特性
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，其导电性能大大增强。 在单晶硅中掺入微量磷
二极管和晶体管
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 晶体管 14.6 光电器件
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14.3 二极管
根据二极管的单向导电性，它可用于整流、检波、 限幅、元件保护及在数字电路中作为开关元件等。
使用注意
实际二极管应考虑其正向压降（硅管0.6～0.7V， 锗管0.2～0.3V）； 理想二极管正向压降为零，反向截止。 分析方法：将二极管断开。 若 V阳 >V阴，则二极管导通； 若 V阳 <V阴，则二极管截止。
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空穴和自由电子的形成
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14.1 半导体的导电特性
当半导体两端加上外电压时，半导体中将出现两 部分电流： ①自由电子作定向运动形成的电子电流； ②仍被原子核束缚的价电子递补空穴所形成的空 穴电流。
半导体和金属在导电原理上的本质差别：在半导 体中，同时存在着电子导电和空穴导电。 自由电子 统称为载流子
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14.1 半导体的导电特性
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，其导电性能大大增强。 在单晶硅中掺入微量磷
第14章二极管和晶体管终稿 共60页
• PNP型
c集电极
P 集电区 集电结
14.5 晶体管
c
b基极
N基区
P
发射结
发射区
b e
e发射极 (a) PNP型
14.5 晶体管
14.5.2 电流分配和放大原理
• 内部条件
iC
• 外部条件
发射结正偏， 集电结反偏。
c
－
uBC iB +
• 电路接法：
共射接法
Rb
b+
uBE
N+
P uCE N
Rc VCC
VBB
－
iE －
e
晶体管内部载流子的运动
ICBO
iCn
iC
N
iB
iBE
P
Rb
EB
iEp
iE
(a) 载流子运动情况
N iEn
14.5 晶体管
• 发射区向基区扩散
电子的过程
• 电子在基区扩散和
复合过程
• 集电区收集从发射
区扩散过来电子的 EC 过程
晶体管内部载流子的运动
14.5 晶体管
Байду номын сангаас
iC ICBO
• 实验表明，在一定的温度下，电子浓度和空穴浓
度都保持一个定值.
14.1 半导体的导电特性
+4 C
+4
+4
+4 B
A +4
空穴
+4
• 空穴的
+4
运动实
自由电子 质 上 是
价电子
+4
填补空
共价键 穴 而 形
+4
成的。