《电工电子技术基础》_电子技术中常用半导体器件
电工学电子技术复习题
电流，而电感滤波适用于电流。在实际工作中常常将二者结合起来，以便进一步降低成分。
12在三极管多级放大电路中，已知Av1=20、Av2=-10、Av3=1,每一级的负载电阻是第二级的输入电阻，则总的电压增益Av=( );
12、判断图（a）所示电路的反馈类型，并估算图(a)所示负反馈放大器的闭环电压增益Auf=Uo/Ui。
13、定性分析图所示电路，说明T1、T2在电路中的作用。
14:判断如图电路的反馈类型
15、判断如图电路的反馈类型
16、倍压整流电路如图所示，求输出电压ＶL2的值。
17、电路如图所示，设半导体三极管的β=80，试分析当开关K分别接通A、B、C三位置时，三级管各工作在输出特性曲线的哪个区域，并求出相应的集电极电流Ic。
17、在差动放大电路中，若Vs1=18mV，Vs2=10mV，则输入差模电压Vsd =______mV，共模输入电压Vsc=______mV；若差模电压增益Avd= - 10，共模电压增益Avc= - 0.2，则差动放大电路输出电压Vo=______mV。
18、差动放大电路的基本功能是对差模信号的_______作用和对共模信号的_______作用。（注：本题为1998年北京理工大学研究生入学考试“模拟与数字电路”考题）
A.可能使失真消失B.失真更加严重C.可能出现波形两头都削平的失真。
13、为了使一个电压信号能得到有效的放大，而且能向负载提供足够大的电流，应在这个信号源后面接入什么电路？
A.共射电路B.共基电路C.共集电路
14、在如图所示的放大电路中，设Vcc=10V，Rb1=4KΩ,Rb2=6KΩ,Rc=2KΩ,Re=3.3KΩ,Rl=2KΩ。电容C1，C2和Ce都足够大。若更换晶体管使β由50改为100，ｒbb'约为0)，则此放大电路的电压放大倍数____。
电工电子技术常用半导体器件
7.2 半导体二极管
14
7.2.1 半导体二极管的结构
半导体二极管实际上是由一个PN结加上电极引线与外壳制成的，在PN结的P 区和N区分别用引线引出，P区的引线称为阳极（或正极），N区的引线称为阴极 （或负极），将PN结用外壳封装起来，便构成了晶体二极管，其结构和图形符号 如图7.7所示。二极管文字符号用字母VD表示，图形符号中箭头所指的方向是正 向导通的方向。
7.2 半导体二极管
22
图7.10 稳压二极管符号和伏安特性曲线
7.2 半导体二极管
23
（2）稳压二极管的主要参数 1）稳压电压UZ。UZ是稳压二极管反向击穿后的稳定工作电压值，如稳 压二极管2CW1的稳定电压是7～8.5V。由于制造工艺不易控制，同一型号的 稳压二极管，稳定电压值也会有一定范围的差异。但对每一只管子来说， 对应于一定的工作电流却有一个确定的稳定电压值。 2）稳定电流IZ。IZ是工作电压等于稳定电压时的工作电流，是稳压二 极管工作时的电流值。如上图7.11中A、B间是IZ正常的工作范围ΔIZ，ΔIZ 不大，稳压作用有限。应用时不要超过最大耗散功率，IZ偏大，稳定性可以 高一些，但功率消耗也大一些。 3）最大耗散功率PM。PM定义为管子不致产生热击穿的最大功率损耗， 即PM=UZ·IZM。根据PM和UZ可以推算出最大稳定电流IZM=PM/UZ。
7.2 半导体二极管
17
图7.9 二极管的伏安特性曲线
7.2 半导体二极管
18
1.正向偏置时的特性
当二极管的正极加高电位、负极加低电位时，称为二极管正向偏置， 此时二极管就产生正向电流，但当正向电压较小时，外电场不足以克服结 内电场对载流子扩散运动造成的阻力，这时正向电流很小，二极管呈现较 大的电阻，通常称这个区域为死区。
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。
电工电子技术
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。
~
电工电子技术基础第十章
第二节 晶体三极管
不同的晶体管， 值不同，即电流的放大能力不同，一般为 20 ～ 200。 ② 直流电流放大系数 I C IB 通常 晶体管的放大作用的意义： 基极电流的微小变化引起集电极电流的较大变化，当基极 电路中输入一个小的信号电流 ib ，就可以在集电极电路中得到 一个与输入信号规律相同的放大的电流信号ic。 可见，晶体管是一个电流控制元件。
操作：调节(或改变 E1 )以改变基极电流 IB 的大小,记录 每一次测得的数据。
次数
电流
IB/mA IC/mA
1
0 0.01
2
0.01 0.56
3
0.02 1.14
4
0.03 1.74
5
0.04 2.33
IE/mA
0.01
0.57
1.16
1.77
2.37
（1）直流电流分配关系：
IE IC IB
晶体三极管
一、晶体管的结构 二、晶体管的放大作用
三、晶体管的三种工作状态
四、晶体管的主要参数 五、晶体管的管型和管脚判断
第二节 晶体三极管
一、晶体管的结构
1．结构和符号
、发射区 三个区：集电区、基区 （1）结构： 两个PN 结：集电结、发射结 发射极：e 三个区对应引出三个极： 基极：b 集电极：c
第二节 晶体三极管
（2）放大状态 UBE 大于死区电压，IB > 0，集电极电流 IC 受 IB 控制，即
I C I B 或 ΔI C Δ I B
晶体管处于放大状态的条件是：发射结正偏，集电结反偏， 即VC > VB > VE （NPN管，PNP管正好相反） 。
第二节 晶体三极管
电子技术基础-半导体知识详解
空穴的出现是半导体区别于导体的一个重要特点。
第二章 半导体二极管及应用电路
空穴
+4
+4
自由电子
+4
+4
束缚电子
第二章 半导体二极管及应用电路
（2）本征半导体的导电原理
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。 在其它力的作用下，空
穴吸引附近的电子来填补，
+4
+4 +4
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，因此可认为空 穴是载流子。可以用空穴移 动产生的电流来代表束缚电 子移动产生的电流。
第二章 半导体二极管及应用电路
2.本征半导体的导电原理
（1）载流子、自由电子和空穴
在绝对零度（T=0K）和没有外界激发时,价电子完
全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电
粒子（即载流子），它的导电能力为 0，相当于绝缘体。 在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的 能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子，同时共价键上 留下一个空位，称为空穴。
第二章 半导体二极管及应用电路
2 半导体二极管 及应用电路
本章意义： 半导体器件是现代电子技术的重要组成部分 本章内容 2.1 半导体的基本知识 2.2 PN结的形成及特性 2.3 半导体二极管
2.4 二极管基本电路及其分析方法
2.5 特殊二极管
教学内容：
本章首先简单介绍半导体的基本知识，着重讨论半 导体器件的核心环节--PN结，并重点讨论半导体二极管 的物理结构、工作原理、特性曲线和主要参数以及二极 管基本电路及其分析方法与应用；在此基础上对齐纳二 极管、变容二极管和光电子器件的特性于应用也给予了 简要的介绍。
电工电子技术基础 第2版 答案 第五章半导体器件
第五章半导体铸件一、填空I,半导体是指常海下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料物质。
2、半导体具有热敏性、光敏性、掺杂性的特性,坦重耍的是热敏性特性。
3、纯净硅或者镭原子最外层均有四个电子，常因热运动或光照等原因挣脱原子核的束缚成为自由电子,在原来的位置上留下一个空位，称为空穴.4、自由电子带建________ 电，空穴带正电。
5、半导体导电的一个她本特性是指，在外电场的作用下，自由电子和空穴均可定向移动形成电流。
6、在单晶硅（或者错〉中掺入微限的五价元素,如磷，形成掺杂半导体,大大提高/导电能力，这种半导体中自由电子数远大于空穴数,所以靠自由电子导电。
将这种半导体称为电子型半导体或N*半导体半导体。
7、在单晶硅（或者锌）中掺入微量的三价元诺，如硼，形成掺杂半导体，这种半导体中空穴数远大于自由电子数,所以靠空穴导电。
将这种半导体称为空穴里半导体或P型半导体半导体。
8、PN结具有单向导电性,即加正向电压时PN结导通,加反向电压时PN结截止。
9、PN结加正向电压是指在P区接电源正极,N区接电源负极,此时电流能通过PN结，称PN结处「导通状态"相反，PN结加反向电压是指在P区接电源负极,N区接电源正极,此时电流不能通过PN结，称PN结处于截止状态。
10、二极管的正极乂称为」1.极，由PN结的P区引出，负极乂称为阴极,由PN结的N区引出.Ik按照芯片材料不同，二极管可分为由二极管和楮二极管两种。
12、按照用途不同，二极管可分为普通二极管、整流二极管、开关二极管、拴压二极管、发光二极管。
13、二极管的伏安特性曲线是指二极管的电压电流关系曲线。
该曲线由」m特性和反向特性两部分组成。
14、二极管的正向压降是指正向电流通过二极管时二极管两端产生的电位差，也称为正向饱和电压.15、从二极管的伏安特性曲线分析，二极管加正向电压时二极管导通,导通时，硅管的正向压降约为0.7伏,错管的正向压降约为3伏。
16,二极管两端加反向电压时，管子处F截止状态.当反向电压增加到一定数值时，反向电流突然增大，二极管失去单向导电性特性,这种现象称为⅛________ o17、硅稳压二极管简称为稳压管，符号是_________________ 它与普通二极管不同的地方在于只要反向电潦在一定范围内反向击穿并不会造成会压二极管的损坏，以实现稳JK目的,所以电路中稳压管的两端应加反向电*。
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电工与电子技术基础考试内容和要求电工与电子技术基础包括电工基础、电子技术基础及实验实训三个部。
电工基础部分：电路的基本知识和基本定律、直流电路、电容器、磁场与电磁感应、单相正弦交流电路、三相正弦交流电路；电子技术基础部分：常用半导体器件、放大和振荡电路、集成运算放大器、直流稳压电源、晶闸管电路、门电路及组合逻辑电路、触发器及时序电路；电工、电子实验与实训部分：常用电工电子仪器使用、电路的连接、测试及故障检测等。
内容比例：电工基础部分约为45%，电子技术基础部分约为40%，实验与实训约为15%，对知识的要求从低到高分为了解、理解（掌握）及综合应用三个层次。
了解：能知道有关的名词、概念、定律、原理的意义，并能正确认识和表达。
理解（掌握）：在了解的基础上，能全面把握基本概念或基本原理，并能正确应用这些知识解决相关问题。
综合应用：能通过多个知识点分析解决较复杂的问题。
电工基础部分（一）电路基础知识1．了解电路的组成、作用及其工作状态；；2．理解电流及电压参考方向的意义，电工与电功率等含义、数学式、符号、单位及计算；3．掌握欧姆定律、电功和电功率的计算。
（二）直流电路1.掌握电阻串联、并联及混联电路的等效电阻的计算2.掌握直流电桥的平衡条件及负载获得最大功率的条件及计算；3.掌握基尔霍夫定律、叠加原理和戴维南定理及应用；4.掌握电压源、电流源及其等效变换。
（三）电容器1.掌握电容器的组成、作用、分类规律和选用；2.理解电容量的符号、单位、数学式的含义，掌握电容器的连接方法及其计算；3.了解电容器的充放电及RC电路的暂态过程（四）磁场及电磁感应1．了解磁场、磁通、磁感应强度、磁导率、磁场强度和感应电动势等磁学量的含义、特点、符号、数学式、单位及计算，会根据物质的相对磁导率将物质分类；2．了解磁场对载流导体的作用；3．了解铁磁物质的磁化、磁化曲线、磁滞回线及铁磁材料的分类及用途；4．理解电磁感应现象，掌握法拉第电磁感应定律、楞次定律及其应用，理解右手定则并会运用；5．理解自感现象、自感电动势、自感系数等概念；6．理解互感现象、互感系数、互感电动势、及互感线圈的同名端等感念；7．了解磁路的组成和磁路欧姆定律的应用。
电工电子技术第六章
图 6-1 本征激发
2.掺杂半导体 在本征半导体中，若掺入微量的五价或三价元素，会使其 导电性能发生显著变化。掺入的五价或三价元素称为杂质 杂质。掺 杂质 有杂质的半导体称为掺杂半导体 掺杂半导体或杂质半导体，按掺入杂质元 掺杂半导体 素不同，掺杂半导体可分为N 型半导体和P 型半导体两种。
6.1.2 本征半导体和掺杂半导体
1.本征半导体 纯净而且结构完整的半导体称为本征半导体 本征半导体，它未经人 本征半导体 为的改造，具有这种元素的本来特征。 在绝对零度时，半导体所有的价电子都被束缚在共价键中， 不能参与导电，此时半导体相当于绝缘体。当温度逐渐升高或 受光照时，由于半导体共价键重的价电子并不像绝缘体种束缚 得那样紧，价电子从外界获得一定的能量，少数价电子会挣脱 共价键的束缚，成为自由电子 自由电子，同时在原共价键处出现一个空 自由电子 位，这个空位称为空穴 空穴。显然，自由电子和空穴是成对出现的， 空穴 所以称它们为电子空穴对 电子空穴对。 电子空穴对
4.非晶态半导体 非晶态半导体 原子排列短程有序、长程无序的半导体称为非晶态半 导体，主要有非晶Si、非晶Ge、非晶Te、非晶Se等元素 半导体及GeTe，As2Te3，Se2As3等非晶化合物半导体。 5.有机半导体 有机半导体 有机半导体分为有机分子晶体、有机分子络合物和 高分子聚合物，一般指具有半导体性质的碳－碳双键有 机化合物。
在我们的自然界中，各种物质按导电能力划分为导体、 绝缘体、半导体。半导体 半导体指的是导电能力导体和绝缘体之 半导体 间的物质 半导体材料的最外层轨道上的电子是4个，根据其特性， 可以将半导体材料分成以下五类： 1.元素半导体 元素半导体大约有十几种，它们处于ⅢA－ⅦA族的金 属与非金属的交界处，例如Ge（锗），Si（硅），Se （硒），Te（碲）等。
J__《电工电子技术基础》电子教案_电工电子技术课件_第
《电工电子技术基础》电子教案_电工电子技术课件_第一章第一章：电工基础教学目标：1. 理解电路的基本概念，包括电路元件、电路的基本连接方式。
2. 掌握欧姆定律、基尔霍夫定律的应用。
3. 学习电阻、电容、电感的特性及其应用。
教学内容：1. 电路的基本概念：电路元件、电路的基本连接方式。
2. 欧姆定律与基尔霍夫定律：电流、电压、电阻的关系，电源的电压、电流关系。
3. 电阻、电容、电感的特性及其应用：阻值计算、电容的充放电过程、电感的特性。
教学方法：1. 采用多媒体课件进行讲解，结合实例分析。
2. 进行电路实验，让学生亲自操作，观察电路现象，加深对电路的理解。
3. 开展小组讨论，引导学生思考并解决实际问题。
教学资源：1. 多媒体课件、实验器材。
2. 参考教材、网络资源。
教学评价：1. 课堂问答：检查学生对电路基本概念的理解。
2. 实验报告：评估学生在实验中的操作技能和问题解决能力。
3. 课后作业：巩固学生对电路知识的掌握。
《电工电子技术基础》电子教案_电工电子技术课件_第二章第二章：电子元件教学目标：1. 熟悉常用电子元件的符号、特性和功能。
2. 掌握半导体器件（二极管、三极管）的工作原理和应用。
3. 学习集成电路的基本概念和应用。
教学内容：1. 常用电子元件：电阻、电容、电感、二极管、三极管等。
2. 半导体器件：二极管、三极管的工作原理，特性曲线。
3. 集成电路：基本概念、分类、应用。
教学方法：1. 使用多媒体课件讲解，结合实例分析。
2. 实验演示，让学生观察并理解电子元件的工作原理。
3. 小组讨论，引导学生分析并解决实际问题。
教学资源：1. 多媒体课件、实验器材。
2. 参考教材、网络资源。
教学评价：1. 课堂问答：检查学生对电子元件的认识。
2. 实验报告：评估学生在实验中的操作技能和问题解决能力。
3. 课后作业：巩固学生对电子元件知识的掌握。
《电工电子技术基础》电子教案_电工电子技术课件_第三章第三章：基本电路分析教学目标：1. 掌握串并联电路的特点和分析方法。
《电工与电子技术基础》第4章半导体器件习题解答
第4章半导体器件习题解答习题4.1计算题4.1图所示电路的电位U Y 。
（1）U A =U B =0时。
（2）U A =E ，U B =0时。
（3）U A =U B =E 时。
解：此题所考查的是电位的概念以及二极管应用的有关知识。
假设图中二极管为理想二极管，可以看出A 、B 两点电位的相对高低影响了D A 和D B 两个二极管的导通与关断。
当A 、B 两点的电位同时为0时，D A 和D B 两个二极管的阳极和阴极（U Y ）两端电位同时为0，因此均不能导通；当U A ＝E ，U B ＝0时，D A 的阳极电位为E ，阴极电位为0（接地），根据二极管的导通条件，D A 此时承受正压而导通，一旦D A 导通，则U Y ＞0，从而使D B 承受反压（U B ＝0）而截止；当U A ＝U B ＝E 时，即D A 和D B 的阳极电位为大小相同的高电位，所以两管同时导通，两个1k Ω的电阻为并联关系。
本题解答如下：（1）由于U A ＝U B ＝0，D A 和D B 均处于截止状态，所以U Y ＝0；（2）由U A ＝E ，U B ＝0可知，D A 导通，D B 截止，所以U Y ＝Ω+Ω⋅Ωk k E k 919＝109E ；（3）由于U A ＝U B ＝E ，D A 和D B 同时导通，因此U Y ＝Ω+Ω×⋅Ω×k k E k 19292＝1918E 。
4.2在题4.2图所示电路中，设VD 为理想二极管，已知输入电压u I 的波形。
试画出输出电压u O 的波形图。
题4.1图题4.2图解：此题的考查点为二极管的伏安特性以及电路的基本知识。
首先从（b）图可以看出，当二极管D 导通时，电阻为零，所以u o ＝u i ；当D 截止时，电第4章半导体器件习题解答阻为无穷大，相当于断路，因此u o ＝5V，即是说，只要判断出D导通与否，就可以判断出输出电压的波形。
要判断D 是否导通，可以以接地为参考点（电位零点），判断出D 两端电位的高低，从而得知是否导通。
电工电子技术基础知识点详解3-4-1-其他半导体器件
实物
符号
发光指示电路
A V
K
V R
E S
其他半导体器件
2.发光二极管(LED)
七段式数码显示器（数码管）
f g ab a
a
b
f gb
cห้องสมุดไป่ตู้
e
c
d
e
d
f
ed c
g
a
b c
d e COM f g
COM
COM
共阴极接法
共阳极接法
其他半导体器件
3. 光电二极管 利用PN结的光敏特性。有光照时，在一定的反向偏置电 压范围内，其反向电流将随光射强度的增加而线性地增加。 无光照时，光电二极管的伏安特性与普通二极管一样。
1.稳压二极管
主要参数
(1) 稳定电压UZ 稳压管正常工作(反向击穿)时管子两端的电压。
(2) 稳定电流 IZ、最大稳定电流 IZM
= (3) 动态电阻 rZ
∆UZ ∆ IZ
rZ愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。
(4) 最大允许耗散功率 PZM = UZ IZM
其他半导体器件
1.稳压二极管 应用举例
求：通过稳压管的电流IZ 是多少？限流 电阻R是否合适？最小不能少于多少？
I/µA
光 E=0
照 E1
增 强
E2
(a) 伏安特性
U/ V E2> E1 (b)磷化镓光电二极管 (c) 符号
其他半导体器件
4.光电晶体管
光电晶体管用入射光照度的强弱来控制集电极电流。
C
C
B
E E
(a) 符号
iC
PCM
E4
E3
O
ICEO
(b) 输出特性曲线
电工电子技术基础知识点
电工电子技术基础知识点电工电子技术是一门研究电能的产生、传输、分配、转换和应用，以及电子器件和电路的工作原理、设计和应用的学科。
它是电气、电子、通信、自动化等工程领域的重要基础，也是现代科技和生活中不可或缺的一部分。
下面我们来一起了解一些电工电子技术的基础知识点。
一、电路的基本概念电路是电流通过的路径，它由电源、负载、导线和开关等组成。
电源是提供电能的装置，如电池、发电机等；负载是消耗电能的装置，如灯泡、电动机等；导线用于连接电源和负载，传输电流；开关用于控制电路的通断。
电流是电荷的定向移动，其单位是安培（A）。
电压是使电荷定向移动形成电流的原因，单位是伏特（V）。
电阻是导体对电流的阻碍作用，单位是欧姆（Ω）。
欧姆定律是描述电路中电流、电压和电阻关系的定律，即 I ＝ U ／ R，其中 I 表示电流，U 表示电压，R 表示电阻。
二、直流电路直流电路中电流的方向不随时间变化。
在简单的直流电路中，我们可以通过串联和并联的方式连接电阻。
串联电阻的总电阻等于各个电阻之和，即 R 总＝ R1 ＋ R2 ＋＋ Rn；并联电阻的总电阻的倒数等于各个电阻倒数之和，即 1 ／ R 总＝ 1 ／ R1 ＋ 1 ／ R2 ＋＋ 1 ／ Rn 。
基尔霍夫定律是分析直流电路的重要工具。
基尔霍夫电流定律（KCL）指出，在任何一个节点上，流入节点的电流之和等于流出节点的电流之和；基尔霍夫电压定律（KVL）指出，在任何一个闭合回路中，电压升之和等于电压降之和。
三、交流电路交流电路中电流的大小和方向随时间周期性变化。
交流电的基本参数包括频率、周期、幅值和有效值。
频率表示交流电在单位时间内变化的周期数，单位是赫兹（Hz）；周期是交流电完成一个完整变化所需的时间；幅值是交流电的最大值；有效值是根据电流的热效应定义的，它表示交流电在相同时间内产生的热量与直流电相等时的电流或电压值。
在交流电路中，电阻、电感和电容是常见的元件。
电阻在交流电路中的作用与直流电路相同；电感具有阻碍电流变化的作用，其感抗 XL ＝2πfL，其中 f 是频率，L 是电感值；电容具有储存电荷和阻碍电压变化的作用，其容抗 XC ＝ 1 ／（2πfC) ，其中 C 是电容值。
电工与电子技术半导体器件电子教案
电工与电子技术-半导体器件电子教案第一章：半导体基础知识1.1 半导体的概念与分类1.2 半导体的物理性质1.3 半导体材料的制备与掺杂1.4 半导体器件的优点与局限性第二章：二极管2.1 二极管的结构与工作原理2.2 二极管的伏安特性2.3 二极管的分类与参数2.4 二极管的应用举例第三章：晶体管3.1 晶体管的结构与工作原理3.2 晶体管的分类与参数3.3 晶体管的放大作用3.4 晶体管的应用举例第四章：场效应晶体管4.1 场效应晶体管的结构与工作原理4.2 场效应晶体管的分类与参数4.3 场效应晶体管与晶体管的比较4.4 场效应晶体管的应用举例第五章：集成电路5.2 集成电路的分类与特点5.3 集成电路的封装与测试5.4 集成电路的应用举例第六章：晶闸管6.1 晶闸管的结构与工作原理6.2 晶闸管的伏安特性6.3 晶闸管的触发与维持6.4 晶闸管的应用举例第七章：可控硅7.1 可控硅的结构与工作原理7.2 可控硅的触发与控制7.3 可控硅的应用领域7.4 可控硅与其他器件的比较第八章：集成电路设计基础8.1 集成电路设计的基本流程8.2 数字集成电路设计8.3 模拟集成电路设计8.4 集成电路设计软件与工具第九章：集成电路制造技术9.1 集成电路的制造流程9.2 晶圆制造技术9.4 集成电路制造的发展趋势第十章：半导体器件的检测与维护10.1 半导体器件的检测方法10.2 半导体器件的测试仪器与设备10.3 半导体器件的维护与保养10.4 半导体器件的故障分析与处理第十一章：功率半导体器件11.1 功率二极管和快恢复二极管11.2 晶闸管模块和GTO11.3 IGBT和MOSFET11.4 功率集成电路和模块第十二章：传感器与半导体器件12.1 温度传感器12.2 压力传感器12.3 光敏传感器和光电子器件12.4 超声波传感器和其他传感器第十三章：半导体器件在通信技术中的应用13.1 晶体管在放大器和振荡器中的应用13.2 集成电路在数字通信中的应用13.3 光电器件在光纤通信中的应用13.4 射频识别技术(RFID)和半导体器件第十四章：半导体器件在计算机技术中的应用14.1 微处理器和逻辑集成电路14.2 存储器原理和存储器芯片14.3 显卡和显示技术中的半导体器件14.4 固态硬盘和闪存技术第十五章：半导体器件的安全、环保与可靠性15.1 半导体器件的安全性15.2 环保型半导体器件的设计与制造15.3 半导体器件的可靠性原理15.4 故障诊断和寿命预测技术重点和难点解析本文主要介绍了电工与电子技术中的半导体器件相关知识，包括半导体基础知识、二极管、晶体管、场效应晶体管、集成电路、晶闸管、可控硅、集成电路设计基础、集成电路制造技术、半导体器件的检测与维护、功率半导体器件、传感器与半导体器件、半导体器件在通信技术中的应用、半导体器件在计算机技术中的应用以及半导体器件的安全、环保与可靠性等内容。
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体
•硅和锗 的简化 原子模 型。
•这是硅和锗构成的 共价键结构示意图 • 晶体结构中的 共价键具有很强的 结合力，在热力学 零度和没有外界能
量激发时，价电子
没有能力挣脱共价
•一般情况下，本征半导体中的载流子浓
键束缚，这时晶体 中几乎没有自由电
度很小，其导电能力较弱，且受温度影响 子，因此不能导电
很大，不稳定，因此其用途还是很有限的
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•讨论题
•半导体导电机理 •和导体的导电机
• 半导体的导电机理与金属导体 的导电机理有本质的区别：金属 导体中只有一种载流子—自由电
•理有什么区别？
子参与导电，半导体中有两种载
流子—自由电子和空穴参与导电
，而且这两种载流子的浓度可以
•杂质半导体中的多数载
通过在纯净半导体中加入少量的
• 面接触型二极管PN结面积大，因而能通过较大的电流，但其
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•3. PN结
• P型和N型半导体并不能直接用来制造半导体器件。通常是在N型或 P型半导体的局部再掺入浓度较大的三价或五价杂质，使其变为P型或N 型半导体，在P型和N型半导体的交界面就会形成PN结。
•PN结是构成各种半导体器件的基础。
• 左图所示的是一块晶片，两边分别形成 P型和N型半导体。为便于理解，图中P区仅 画出空穴（多数载流子）和得到一个电子的 三价杂质负离子，N区仅画出自由电子（多 数载流子）和失去一个电子的五价杂质正离 子。根据扩散原理，空穴要从浓度高的P区 向N区扩散，自由电子要从浓度高的N区向P 区扩散，并在交界面发生复合(耗尽），形 成载流子极少的正负空间电荷区如图中间区 域，这就是PN结，又叫耗尽层。
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• 当半导体的温度升高或受到光照等外界因素的影响时，某些共价键
中的价电子因热激发而获得足够的能量，因而能脱离共价键的束缚成为自 由电子，同时在原来的共价键中留下一个空位，称为“空穴” 。
•本征半导体中产生电子—空穴对的现象称为本征激发
•。 共价键中失去电子出现空穴时，相邻原子的
价电子比较容易离开它所在的共价键填补到这个 空穴中来，使该价电子原来所在的共价键中又出 现一个空穴，这个空穴又可被相邻原子的价电子
• 正负空间电荷在交界面两侧形成一个由N区指向P区的电场，称为内电场，它对 多数载流子的扩散运动起阻挡作用，所以空间电荷区又称为阻挡层。同时，内电场对
少数载流子起推动作用，把少数载流子在内电场作用下有规则的运动称为漂移运动。
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• PN结中的扩散和漂移是相互联系，又是相互矛盾的。在一定条 件（例如温度一定）下，多数载流子的扩散运动逐渐减弱，而少数 载流子的漂移运动则逐渐增强，最后两者达到动态平衡，空间电荷
• （3）光照不仅可改变半导体的电导率，还
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可以产生电动势，这就是半导体的光电效应。
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利用光电效应可制成光敏电阻、光电晶体管、
由此可以看出：半导体不仅仅是电导率与导
体有所不同，而且具备上述特有的性能，正
是利用这些特性，使今天的半导体器件取得
•2.了举本世征半瞩导目体的与发杂展质。半导体
•（1）天然的硅和锗提纯后形成单晶体，称为本征半导
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•（2）杂质半导体
• 相对金属导体而言，本征半导体中载流子数目极少，因此导电能力仍然很低。 在如果在其中掺入微量的杂质，将使半导体的导电性能发生显著变化，我们把这些
掺入杂质的半导体称为杂质半导体。杂质半导体可以分为N型和P型两大类。
•N型半导体
• 在纯净的硅（或锗）中掺入微量的磷或砷等五价元 素，杂质原子就替代了共价键中某些硅原子的位置，杂 质原子的四个价电子与周围的硅原子结成共价键，剩下 的一个价电子处在共价键之外，很容易挣脱杂质原子的 束缚被激发成自由电子。同时杂质原子由于失去一个电 子而变成带正电荷的离子，这个正离子固定在晶体结构 中，不能移动，所以它不参与导电。
•空穴
•自 由电 子
填补，再出现空穴，如右图所示。
• 显然在外电场的作用下，半导体中将出现两 部分电流：一是自由电子作定向运动形成的电子 电流，一是仍被原子核束缚的价电子（不是自由
电子）递补空穴形成的空穴电流。
• 在半导体中同时存在自由电子和空穴两种载流子 参与导电，这种导电机理和金属导体的导电机理具有 本质上的区别。
• 空间电荷区的电阻 率为什么很高？ • 何谓PN结的单向 导电性？
•问题探 讨
• 1. 半导体中的少子虽然浓度很低 ，但少子对温度非 常敏感，即温度对半导体器件的性能影响很大。而多子 因浓度基本上等于杂质原子的浓度，所以基本上不受温 度影响。
• 2. 半导体在热（或光照等 ）作用下产生电子、空穴对，这种现象称为 本征激发；电子、空穴对不断激发产生的同时，运动中的电子又会 “跳进
• 掺入三价元素的杂质半导体，其空穴的 浓度远远大于自由电子的浓度，因此称为空穴 型半导体，也叫做P型半导体。
• 在P型半导体中，由于杂质原子可以接收 一个价电子而成为不能移动的负离子，故称为 受主原子。
•应注意：
• 不论是N型半导体还是P型半导体，虽然 都有一种载流子占多数，但晶体中带电粒子的 正、负电荷数相等，仍然呈电中性而不带电。
• 4. PN结的单向导电性是指：PN结的正向电阻很小，因此正向偏 置时电流极易通过；同时PN结的反向电阻很大，反向偏置时电流 基本为零。
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•6.2 半导体二极管
•1. 二极管的结构和类型
• 一个PN结加上相应的电极引线并用管壳封装起来，就构成了 半导体二极管，简称二极管，接在P型半导体一侧的引出线称为阳 极；接在N型半导体一侧的引出线称为阴极。 • 半导体二极管按其结构不同可分为点接触型和面接触型两类。 • 点接触型二极管PN结面积很小，因而结电容小，适用于高频 几百兆赫兹下工作，但不能通过很大的电流。主要应用于小电流的 整流和高频时的检波、混频及脉冲数字电路中的开关元件等。
流子和少数载流子是怎样
有用杂质加以控制。
产生的？为什么P型半导 体中的空穴多于电子？
•N型半导体中的多数载 流子是电子，能否认为
• 杂质半导体中的多子和少子 性质取决于杂质的外层价电子。
这种半导体就是带负电 的？为什么？
若掺杂的是五价元素，则由于多
• N型半导体中具有多数载流子电子，同时
电子形成N型半导体：多子是电
《电工电子技术基础》_ 电子技术中常用半导体
器件
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202常用半导体器件
•半导体的基本知识
• 物质按导电能力的不同可分为导体、半导体和 绝缘体3类。日常生活中接触到的金、银、铜、铝 等金属都是良好的导体，它们的电导率在105S·cm-1 量级；而像塑料、云母、陶瓷等几乎不导电的物质 称为绝缘体，它们的电导率在10-22~10-14S·cm-1量级 ；导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导 体，它们的电导率在10-9~102S·cm-1量级。自然界中 属于半导体的物质有很多种类，目前用来制造半导 体器件的材料大多是提纯后的单晶型半导体，主要 有硅(Si)、锗(Ge)和砷化镓（GaAs)等。
还有与电子数量相同的正离子及由本征激
子，少子是空穴；如果掺入的是
发的电子—空穴对，因此整块半导体中正
三价元素，就会由于少电子而构
负电荷数量相等，呈电中性而不带电。
成P型半导体。 P型半导体的共
价键结构中空穴多于电子，且这 些空穴很容易让附近的价电子跳 过来填补，因此价电子填补空穴 的空穴运动是主要形式，所以多 子是空穴，少子是电子。
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P端引出极接电源负极，N端引出极电源正极的接法称为反向 偏置； 反向偏置时内、外电场方向相同，因此内电场增强，致使多 子的扩散难以进行，即PN结对反向电压呈高阻特性；反偏时 少子的漂移运动虽然被加强，但由于数量极小，反向电流 IR 一般情况下可忽略不计，此时称PN结处于截止状态。
• PN结的“正偏导通，反偏阻断”称为其单向 导电性质，这正是PN结构成半导体器件的基础。
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•1. 半导体的独特性能
• 半导体之所以得到广泛的应用，是 因为它具有以下特性。
• （1）通过掺入杂质可明显地改变半导体的
电导率。例如，室温30°C时，在纯净锗中
掺入一亿分之一的杂质（称掺杂），其电导
率会增加几百倍。
• （2）温度可明显地改变半导体的电导率。
利用这种热敏效应可制成热敏器件，但另一 方面，热敏效应使半导体的热稳定性下降。 因此，在半导体构成的电路中常采用温度补 偿及稳定参数等措施。
区的宽度基本稳定下来，PN结就处于相对稳定的状态。
•PN结的形成演示
••空空间间电电荷荷区
区
•－ •－ •－ •－ •－ • + • + • + • + • +
•P •N •－ •－ •－ •－ •－ • + • + • + • + • +
区 •－ •－ •－
•－ •－ •－
•－ •－ •－ •－
•+ •+
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•+ •+ •+
区 • + • + • +
• 根据扩散原理，空穴要从浓度高的P区向N区扩散，自由电子要从浓 度高的N区向P区扩散，并在交界面发生复合(耗尽），形成载流子极少的 正负空间电荷区（如上图所示），也就是PN结，又叫耗尽层。
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•多 子
•扩 散
• 扩散与漂移达到动态平 衡形成一定宽度的PN结
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•3. PN结的单向导电性 • PN结具有单向导电的特性，也是由PN结构成的 半导体器件的主要工作机理。
PN结外加正向电压（也叫正向偏置）时，如左下图所示： 正向偏置时外加电场与内电场方向相反，内电场被削弱，多子 的扩散运动大大超过少子的漂移运动，N区的电子不断扩散到P 区，P区的空穴也不断扩散到N区，形成较大的正向电流，这时 称PN结处于导通状态。