电工学半导体器件概述.
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硅原子 空穴
Si B
Si
Si
硼原子
P型硅表示
空穴被认为带一个单位的正电荷，并且 可以移动
杂质半导体的示意表示法
－ － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － －
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
+ + + + + +
+ + + + + + + + + + + + + + + + + +
空间电荷区
扩散运动
PN结处载流子的运动
漂移运动 P型半导体 内电场E N型半导体
－ － － － － －
－ － － － － － － － － － － － － － － － － － 扩散的结果是使空间电 荷区逐渐加宽，空间电 荷区越宽。
所以扩散和漂 + + + + + + 移这一对相反 + + + + + + 的运动最终达 到平衡，相当 + + + + + + 于两个区之间 没有电荷运动， + + + + + + 空间电荷区的 厚度固定不变。
扩散运动
10.2.2 PN结的单向导电性
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。
§10.1 半导体的基本知识 10.1.1 本征半导体
现代电子学中，用的最多的半导体是硅和 锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。
Si
Ge
硅原子
锗原子
硅和锗的共价键结构
共价键共
+4
+4表示除 去价电子 后的原子
+4
用电子对
+4
+4
完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为本征 半导体。本征半导体的导电能力很弱。
例1：二极管：死区电压=0 .5V，正向压降 ＝0.7V(硅二极管) 理想二极管：死区电压=0 ，正向压降=0 ui ui t RL uO uo t
二极管半波整流
例2：二极管的应用(设RC时间常数很小） ui C uR ui R uR RL uo uo t t
t
1.电路分析 例1：求VDD=10V时，二极管 的 电流ID、电压VD 值。
（3）静态电阻Rd ，动态电阻 rD IQ
UQ
R
+
USห้องสมุดไป่ตู้
静态工作点Q（UQ ，IQ ）
（3）静态电阻Rd ，动态电阻 rD
i
Q
IQ UQ
静态电阻 ：Rd=UQ/IQ （非线性）
IQ
动态电阻：
rD =UQ/ IQ UQ
u 在工作点Q附近，动态电 阻近似为线性，故动态电 阻又称为微变等效电阻
vi
Vm VR
解： Vi> VR时，二极管导通，vo=vi。 Vi< VR时，二极管截止， vo=VR。
0
t
返回
利用二极管的 单向导电性可 作为电子开关 例3：求vI1和vI2
不同值组合时 的v0值（二极管 为理想模型）。
解：
vI1
0V 0V 5V 5V
vI2
0V 5V 0V 5V
二极管工作状态 D1 D2 导通 导通 截止 截止 导通 截止 导通 截止
P型半导体
N型半导体
§10.2 PN结及半导体二极管
10.2.1 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。
PN结处载流子的运动
漂移运动 P型半导体 内电场E N型半导体
－ － － － － －
－ － － － － － － － － － － － － － － － － －
10.1.2杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量的杂质， 就会使半导体的导电性能发生显著变化。
N型半导体（主要载流子为电子，电子半导体）
P型半导体（主要载流子为空穴，空穴半导体）
N型半导体
硅或锗 +少量磷 N型半导体
硅原子
磷原子
Si
Si
多余电子
P
Si
N型硅表示
+
P型半导体
硅或锗 +少量硼 P型半导体
+ +
内电场加强，使扩散停止， 有少量飘移，反向电流很小
10.2.3 半导体二极管
(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 N N 阴极
(2)、伏安特性 I
I
U
+
反向击穿电 压U(BR)
导通压降: 硅 管0.6~0.7V,锗 管0.2~0.3V。
E
U
反向漏电流 （很小，A级） 死区电压 硅管 0.5V,锗管0.2V。
解1：
VD 0V
VDD 10V ID 1mA R 10 K
正向偏置时：
管压降为0，电阻也为0。
反向偏置时： 电流为0，电阻为∞。
解2 ：
VD 0.7V I D VDD VD 10V 0.7V 0.93mA R 10 K
返回
例2：理想二极管电路中 vi= Vm sinωt V，求输出波形v0。
v0
0V 0V 0V 5V
返回
D2 D1 6V
例4:电路如左图 求：UAB
+
A
3k
12V
UAB
–
两个二极管的阴极接在一起 取 B 点作参考点，断开二极管， 分析二极管阳极和阴极的电位。
B V1阳 =－6 V，V2阳=0 V，V1阴 = V2阴= －12 V UD1 = 6V，UD2 =12V ∵ UD2 >UD1 ∴ D2 优先导通， D1截止。 若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB = 0 V
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。
PN结正向偏置
空间电荷区变薄 － －
P
+
+ +
N _
－ + 正向电流 － + 内电场减弱，使扩散加强， 扩散飘移，正向电流大
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
第10章 半导体器件
10.1半导体的基础知识，P型硅，N型硅
10.2 PN结及半导体二极管
10.3 稳压二极管
10.4 三极管
中国矿业大学（北京）信息所
海南风光
• 模拟电路：研究输出与输入信号之间的 大小、相位、失真等方面的关系。 • 基本电路元件：晶体管、场效应管、集 成运算放大器。 • 基本模拟电路：信号放大及运算（信号 放大、功率放大）、信号处理（采样保 持、电压比较、有源滤波）、信号发生 （正 弦 波发生器、三角波发生器等）。 • 研究方法：建立等效模型，近似计算。
+ + + + + +
+ + + + + + 内电场越强，就使漂 移运动越强，而漂移 + + + + + + 使空间电荷区变薄。 + + + + + +
扩散运动
PN结处载流子的运动
漂移运动 P型半导体 内电场E N型半导体
－ － － － － －
－ － － － － － － － － － － － － － － － － －
Si B
Si
Si
硼原子
P型硅表示
空穴被认为带一个单位的正电荷，并且 可以移动
杂质半导体的示意表示法
－ － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － －
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
+ + + + + +
+ + + + + + + + + + + + + + + + + +
空间电荷区
扩散运动
PN结处载流子的运动
漂移运动 P型半导体 内电场E N型半导体
－ － － － － －
－ － － － － － － － － － － － － － － － － － 扩散的结果是使空间电 荷区逐渐加宽，空间电 荷区越宽。
所以扩散和漂 + + + + + + 移这一对相反 + + + + + + 的运动最终达 到平衡，相当 + + + + + + 于两个区之间 没有电荷运动， + + + + + + 空间电荷区的 厚度固定不变。
扩散运动
10.2.2 PN结的单向导电性
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。
§10.1 半导体的基本知识 10.1.1 本征半导体
现代电子学中，用的最多的半导体是硅和 锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。
Si
Ge
硅原子
锗原子
硅和锗的共价键结构
共价键共
+4
+4表示除 去价电子 后的原子
+4
用电子对
+4
+4
完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为本征 半导体。本征半导体的导电能力很弱。
例1：二极管：死区电压=0 .5V，正向压降 ＝0.7V(硅二极管) 理想二极管：死区电压=0 ，正向压降=0 ui ui t RL uO uo t
二极管半波整流
例2：二极管的应用(设RC时间常数很小） ui C uR ui R uR RL uo uo t t
t
1.电路分析 例1：求VDD=10V时，二极管 的 电流ID、电压VD 值。
（3）静态电阻Rd ，动态电阻 rD IQ
UQ
R
+
USห้องสมุดไป่ตู้
静态工作点Q（UQ ，IQ ）
（3）静态电阻Rd ，动态电阻 rD
i
Q
IQ UQ
静态电阻 ：Rd=UQ/IQ （非线性）
IQ
动态电阻：
rD =UQ/ IQ UQ
u 在工作点Q附近，动态电 阻近似为线性，故动态电 阻又称为微变等效电阻
vi
Vm VR
解： Vi> VR时，二极管导通，vo=vi。 Vi< VR时，二极管截止， vo=VR。
0
t
返回
利用二极管的 单向导电性可 作为电子开关 例3：求vI1和vI2
不同值组合时 的v0值（二极管 为理想模型）。
解：
vI1
0V 0V 5V 5V
vI2
0V 5V 0V 5V
二极管工作状态 D1 D2 导通 导通 截止 截止 导通 截止 导通 截止
P型半导体
N型半导体
§10.2 PN结及半导体二极管
10.2.1 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。
PN结处载流子的运动
漂移运动 P型半导体 内电场E N型半导体
－ － － － － －
－ － － － － － － － － － － － － － － － － －
10.1.2杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量的杂质， 就会使半导体的导电性能发生显著变化。
N型半导体（主要载流子为电子，电子半导体）
P型半导体（主要载流子为空穴，空穴半导体）
N型半导体
硅或锗 +少量磷 N型半导体
硅原子
磷原子
Si
Si
多余电子
P
Si
N型硅表示
+
P型半导体
硅或锗 +少量硼 P型半导体
+ +
内电场加强，使扩散停止， 有少量飘移，反向电流很小
10.2.3 半导体二极管
(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 N N 阴极
(2)、伏安特性 I
I
U
+
反向击穿电 压U(BR)
导通压降: 硅 管0.6~0.7V,锗 管0.2~0.3V。
E
U
反向漏电流 （很小，A级） 死区电压 硅管 0.5V,锗管0.2V。
解1：
VD 0V
VDD 10V ID 1mA R 10 K
正向偏置时：
管压降为0，电阻也为0。
反向偏置时： 电流为0，电阻为∞。
解2 ：
VD 0.7V I D VDD VD 10V 0.7V 0.93mA R 10 K
返回
例2：理想二极管电路中 vi= Vm sinωt V，求输出波形v0。
v0
0V 0V 0V 5V
返回
D2 D1 6V
例4:电路如左图 求：UAB
+
A
3k
12V
UAB
–
两个二极管的阴极接在一起 取 B 点作参考点，断开二极管， 分析二极管阳极和阴极的电位。
B V1阳 =－6 V，V2阳=0 V，V1阴 = V2阴= －12 V UD1 = 6V，UD2 =12V ∵ UD2 >UD1 ∴ D2 优先导通， D1截止。 若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB = 0 V
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。
PN结正向偏置
空间电荷区变薄 － －
P
+
+ +
N _
－ + 正向电流 － + 内电场减弱，使扩散加强， 扩散飘移，正向电流大
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
第10章 半导体器件
10.1半导体的基础知识，P型硅，N型硅
10.2 PN结及半导体二极管
10.3 稳压二极管
10.4 三极管
中国矿业大学（北京）信息所
海南风光
• 模拟电路：研究输出与输入信号之间的 大小、相位、失真等方面的关系。 • 基本电路元件：晶体管、场效应管、集 成运算放大器。 • 基本模拟电路：信号放大及运算（信号 放大、功率放大）、信号处理（采样保 持、电压比较、有源滤波）、信号发生 （正 弦 波发生器、三角波发生器等）。 • 研究方法：建立等效模型，近似计算。
+ + + + + +
+ + + + + + 内电场越强，就使漂 移运动越强，而漂移 + + + + + + 使空间电荷区变薄。 + + + + + +
扩散运动
PN结处载流子的运动
漂移运动 P型半导体 内电场E N型半导体
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