模拟电子技术基础第一章

阳极引线
阴极引线
（b） 基本结构
（c） 电路符号
2. 二极管特性
二极管实际上就是一个PN结，它的特性就是PN结
的特性，即具有单向导电性。常利用伏安特性曲线来
形象地描述二极管的单向导电性。
iD
/
mA
锗
硅
15 B’ B
虚线为锗管的
伏安特性，实线为 硅管的伏安特性。
10
-UBR
-30 IR
5 0 A’
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A
净、具有晶体结构的半导体称为本征半导体。 本征半导体在温度为零开尔文（0 K，相当
于 -273.15℃）时，每一个原子的外围电子被共价 键所束缚，不能自由移动, 此时半导体是不导电 的。
当外界条件改变时，由于半导体共价键中
的价电子不像绝缘体中那样被束缚得很紧，价 电子从外界获得一定的能量，少数价电子受到 激发会摆脱共价键的束缚，成为自由电子；同 时在共价键相应的位置上留下一个空位，这个 空位称为空穴。
N型半导体中自由电子成为半导体主要导电 方式，故此类半导体也称为电子型半导体。 （2）P型半导体
在纯净的半导体硅（或锗）中掺入的三价杂 质元素，如硼，可以得到P型半导体。
半导体中空穴成为主要的导电方式，故此类 半导体也称为空穴型半导体。
在N型半导体中，由于掺杂自由电子浓度远大于 空穴浓度，自由电子成为多数载流子，简称多子； 空穴则成为少数载流子，简称少子。
＋4
＋4
＋4
由于热激发而产 ＋4 ＋4 ＋4 生的自由电子
自由电子移走 ＋4 ＋4 ＋4 后留下的空穴
自由电子和空穴总是成对出现的，所以称它们为电 子空穴对。由于热或光照的作用，本征半导体中产生电 子空穴对的现象称为本征激发，又称为热激发。
2．杂质半导体 （1）N型半导体
在本征半导体硅（或锗）中掺入五价的杂质 元素，如磷，可以得到N型半导体。
而在P型半导体中，由于掺杂空穴浓度远大于自 由电子浓度，空穴成为多数载流子，自由电子成为 少数载流子。
1.1.3 PN结及其特性
1.PN结的形成
在一块N型（P型）半导体的局部再掺入浓度较大的 三价（五价）杂质，使其变为P型（N型）半导体，这 样就在P型半导体和N型半导体的交界形成PN结，此时 将在N型半导体和P型半导体的交接面将形成如下物理 过程：
1.1.1 半导体特性
导电能力介乎导体和绝缘体之间的物质， 如硅，锗，硫化镉等就称为半导体。在半导 体器件中，用得最多的材料是硅（Si）和锗 （Ge），它们都是四价元素。
半导体所特有的性质： (1)热敏性； (2)光敏性； (3)掺杂性。
1.1.2 本征半导体和杂质半导体
1．本征半导体 将锗、硅等半导体材料提纯后形成的完全纯
C C’
0.2 -5
0.6
uD /V
D D’
iD / A
1.2.2 二极管的主要参数
除了用伏安特性曲线表示二极管的特性外，还 有一些常用参数。 1. 最大整流电流IFM
最大整流电流IFM指二极管长期使用时，允许流 过二极管的最大正向平均电流。 2. 反向工作峰值电压URM
保证二极管不被击穿所能承受最高反向电压峰 值。
外加电压使PN结中N区的电位高于P区的电位， 称为加反向电压，也称PN结反向偏置（简称反偏）。
(1) PN结正向偏置
在PN结两端加正向电压，外加电源产生的外电 场的方向与PN结所产生的内电场方向相反，在外电 场作用下，使P区的空穴进入空间电荷区抵消一部分 负离子，同时N区的自由电子进入空间电荷区抵消一 部分正离子。
反向偏置时，PN结处于反向截止状态，其反向电阻 较大，反向电流很小。
这就是PN结具有的单向导电特性，它是PN结构成半 导体器件的基础。
1. 2 半导体二极管
1.2.1 二极管结构及其特性 1.2.2 二极管的主要参数 1.2.3 二极管电路及其应用 1.2.4 特殊二极管 1.2.5 二极管的检测及判断
P
变厚
N
空穴 (多子)
自由 电子 (多子)
结果：I空间电荷内区电场变宽，内R电场增强，抑制多 数载流子的扩散运动外电 ，场同时加强了少数载流子的 漂移运动，形成由UN- 区+流向P区的反向电流。由于
少数载流子数量很少，因此反向电流不大，PN结
的反向电阻很高，即PN结处于截止状态。
正向偏置时，PN结处于正向导通状态，其正向电阻 较小，正向电流较大。
3. 反向峰值电流IRM 反向峰值电流指在室温下二极管加最高
反向电压时的反向电流。
4. 最高工作频率fM 它是指二极管正常工作时的上限频率。
1.2.3 二极管电路及其应用
二极管的应用范围很广，如整流电路、检 波电路、限幅电路、元件保护电路以及在数字 电路中用作开关元件等，主要都是利用二极管 的单向导电性来实现。
P
变薄
N
空穴 (多子)
自由电子 (多子)
I
内电场
R
外电场
+-
U
结果：空间电荷区变窄，内电场被削弱，多数
载流子的扩散运动增强，形成较大的扩散电流， 即由P区流向N区的正向电流。PN结呈现低阻态， 即PN结处于正向导通状态。
（2）PN结反向偏置
在PN结上加反向电压，此时外电场与内电场的 方向一致，扩散与漂移运动的平衡同样被破坏。
模拟电子技术基础
第1章 半导体器件
1.1 半导体基础知识 1.2 半导体二极管 1.3 半导体三极管 1.4 场效应三极管
学习要点： • PN结及其单向导电性 • 半导体二极管电路分析 • 半导体三极管及其特性曲线 • 场效应管的原理及特性
1.1 半导体基础知识
1.1.1 半导体基础知识 1.1.2 本征半导体和杂质半导体 1.1.3 PN结及其特性
因浓度差
多子的扩散运动 由杂质离子形成空间电荷区
空间电荷区形成内电场
内电场促使少子漂移 内电场阻止多子扩散
扩散和漂移这一对相反的运动最终达到动态 平衡，此时空间电荷区的宽度基本上稳定下来， PN结就处于相对稳定的状态。
P区
N区
空间电荷区
2. PN结的单项导电性
在PN结两端外加电压，如果外加电压使PN结中P 区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，也称PN 结正向偏置（简称正偏）；
1.2.1 二极管结构及其特性
1. 二极管基本结构、符号及外形 在PN结的P型和N型半导体加上相应的电极引
线，并用管壳封装，就成为半导体二极管，部分 二极管的外形如图（a）所示。
二极管基本结构和电路符号如图（b）（c）所示。
（a） 实物图
(阳极) +
外壳
PN
(阴极) (阳极) D (阴极)
-
+
-