第14章 半导体器件讲义资料
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-20
电工与电子技术
稳压管的主要参数：
(1)稳定电压Uz 指稳压管正常工作时的端电压。 （其数值具有分散性）
I (mA)
正向
(2)稳定电流IZ
UZ
正常工作的参考电流值。低于此
U(V)
值稳压效果差。在不超过额定功率的
0
前提下，高于此值稳压效果好，即工
IZ
作电流越大稳压效果越好。
反向
电工与电子技术
(3) 电压温度系数ｕ
电工与电子技术
14.4 稳压二极管
稳压管是一种特殊的面接触型 二极管。它在电路中常用作稳定电 压的作用，故称为稳压管。
稳压管的图形符号：
I (mA)
40
30 正向
20
稳压管的伏安特性：
-12 8
10
-4
U(V)
0 0.4 0.8
稳压管的伏安特性曲线
与普通二极管类似，只是 反向曲Leabharlann Baidu更陡一些。
-10 反向
环境温度每变化1C引起稳压值变化的百分数。
(4) 动态电阻 rZ
2. 反向工作峰值电压 URWM 保证二极管不被击穿而给出的 反向峰值电压，为反向击穿电压的1/2至2/3。
3. 反向峰值电流 IRM 二极管加反向峰值电压时的反向电 流值。该值愈大说明二极管的性能愈差，硅管的此参数值 为微安级以下。
电工与电子技术
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。
电工与电子技术
二极管电路分析举例
定性分析：判断二极管的工作状态
-60 -40 -20
20 10
电压
0 0.4 反向特性
二极管外加正向电压较 小时，外电场不足以克服内 正 向 特 性 电场对多子扩散的阻力，PN 结仍处于截止状态 。
0.8 U /V
正向电压大于死区电压
后，正向电流 随着正向电
压增大迅速上升。通常死区 电压硅管约为0.5V，锗管约 为0.2V。
（2）外反加向反特向性电压时， PN结处于截止状态，反向电流很小；
共价键中的两个电子，称为价电子。
电工与电子技术
电工与电子技术
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。
在常温下即可变
为自由电子
掺入五价元素
Si
Si
pS+i
Si
多余 电子
失去一个电 子变为正离 子
磷原子
在N 型半导体中自由电子是多
数载流子，空穴是少数载流子。
电工与电子技术
14.2 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。 1. PN 结加正向电压（正向偏置） P接正、N接负
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。
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
空间电荷区变窄
I 正向
P
N
外电场
US
＋
－
内电场
R
电工与电子技术
2. PN 结加反向电压（反向偏置） P接负、N接正
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。
半导体材料的特性：
1. 纯净半导体的导电能力很差； 2. 温度升高——导电能力增强； 3. 光照增强——导电能力增强； 4. 掺入少量杂质——导电能力增强。
电工与电子技术
14.1.1 本征半导体
完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征 半导体。
价电子
Si
Si
Si
Si
共价健
晶体中原子的排列方式
硅单晶中的共价健结构
空间电荷区 变宽
＋＋＋
P
＋＋＋ N
＋＋＋
内电场
外电场
IR
E
R
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。
电工与电子技术
14.3 二极管
14.3.1 基本结构
将PN结加上电极引线及外壳，就构成了半导体二极管。
PN结是二极管的核心，也是所有半导体器件的核心。
(a) 点接触型
铝合金小球 N型硅
阳极引线
PN结 金锑合金
底座
阳极引线 二氧化硅保护层
N型硅 阴极引线
( c ) 平面型
P 型硅
阳极 D 阴极
阴极引线 ( b ) 面接触型
( d ) 符号
图 1 – 12 半导体二极管的结构和符号
电工与电子技术
14.3.2 伏安特性
特点：非线性
（1）正向特性
I /mA
40 30 死 区
(b)面接触型
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。
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。
电工与电子技术
二极管的结构示意图
金属触丝 N型锗片
阳极引线
阴极引线
( a ) 点接触型 外壳
电工与电子技术
第十四章 二极管和晶体管
14.1 半导体的导电特性 14.2 PN结 14.3 半导体二极管 14.4 稳压二极管 14.5 半导体三极管 14.6 光电器件
电工与电子技术
14.1 半导体的导电特性
半导体：导电能力介于导体和半导体之间的材料。
常见的半导体材料有硅、锗、硒及许多金属的氧化物 和硫化物等。半导体材料多以晶体的形式存在。
反向电压大于击穿电压时，反向电流急剧增加。
显然,二极管的伏安特性不是直线，因此属于非 线性电阻元件。
电工与电子技术
14.3.3 主要参数
二极管的特性不仅可用伏安曲线表示，也可用一些数 据进行说明这些数据就是二极管的参数。二极管的主要参 数有：
1. 最大整流电流 IOM 二极管长时间使用所允许通过的最大 正向平均电流。
电工与电子技术
稳压管的主要参数：
(1)稳定电压Uz 指稳压管正常工作时的端电压。 （其数值具有分散性）
I (mA)
正向
(2)稳定电流IZ
UZ
正常工作的参考电流值。低于此
U(V)
值稳压效果差。在不超过额定功率的
0
前提下，高于此值稳压效果好，即工
IZ
作电流越大稳压效果越好。
反向
电工与电子技术
(3) 电压温度系数ｕ
电工与电子技术
14.4 稳压二极管
稳压管是一种特殊的面接触型 二极管。它在电路中常用作稳定电 压的作用，故称为稳压管。
稳压管的图形符号：
I (mA)
40
30 正向
20
稳压管的伏安特性：
-12 8
10
-4
U(V)
0 0.4 0.8
稳压管的伏安特性曲线
与普通二极管类似，只是 反向曲Leabharlann Baidu更陡一些。
-10 反向
环境温度每变化1C引起稳压值变化的百分数。
(4) 动态电阻 rZ
2. 反向工作峰值电压 URWM 保证二极管不被击穿而给出的 反向峰值电压，为反向击穿电压的1/2至2/3。
3. 反向峰值电流 IRM 二极管加反向峰值电压时的反向电 流值。该值愈大说明二极管的性能愈差，硅管的此参数值 为微安级以下。
电工与电子技术
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。
电工与电子技术
二极管电路分析举例
定性分析：判断二极管的工作状态
-60 -40 -20
20 10
电压
0 0.4 反向特性
二极管外加正向电压较 小时，外电场不足以克服内 正 向 特 性 电场对多子扩散的阻力，PN 结仍处于截止状态 。
0.8 U /V
正向电压大于死区电压
后，正向电流 随着正向电
压增大迅速上升。通常死区 电压硅管约为0.5V，锗管约 为0.2V。
（2）外反加向反特向性电压时， PN结处于截止状态，反向电流很小；
共价键中的两个电子，称为价电子。
电工与电子技术
电工与电子技术
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。
在常温下即可变
为自由电子
掺入五价元素
Si
Si
pS+i
Si
多余 电子
失去一个电 子变为正离 子
磷原子
在N 型半导体中自由电子是多
数载流子，空穴是少数载流子。
电工与电子技术
14.2 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。 1. PN 结加正向电压（正向偏置） P接正、N接负
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。
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
空间电荷区变窄
I 正向
P
N
外电场
US
＋
－
内电场
R
电工与电子技术
2. PN 结加反向电压（反向偏置） P接负、N接正
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。
半导体材料的特性：
1. 纯净半导体的导电能力很差； 2. 温度升高——导电能力增强； 3. 光照增强——导电能力增强； 4. 掺入少量杂质——导电能力增强。
电工与电子技术
14.1.1 本征半导体
完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征 半导体。
价电子
Si
Si
Si
Si
共价健
晶体中原子的排列方式
硅单晶中的共价健结构
空间电荷区 变宽
＋＋＋
P
＋＋＋ N
＋＋＋
内电场
外电场
IR
E
R
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。
电工与电子技术
14.3 二极管
14.3.1 基本结构
将PN结加上电极引线及外壳，就构成了半导体二极管。
PN结是二极管的核心，也是所有半导体器件的核心。
(a) 点接触型
铝合金小球 N型硅
阳极引线
PN结 金锑合金
底座
阳极引线 二氧化硅保护层
N型硅 阴极引线
( c ) 平面型
P 型硅
阳极 D 阴极
阴极引线 ( b ) 面接触型
( d ) 符号
图 1 – 12 半导体二极管的结构和符号
电工与电子技术
14.3.2 伏安特性
特点：非线性
（1）正向特性
I /mA
40 30 死 区
(b)面接触型
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。
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。
电工与电子技术
二极管的结构示意图
金属触丝 N型锗片
阳极引线
阴极引线
( a ) 点接触型 外壳
电工与电子技术
第十四章 二极管和晶体管
14.1 半导体的导电特性 14.2 PN结 14.3 半导体二极管 14.4 稳压二极管 14.5 半导体三极管 14.6 光电器件
电工与电子技术
14.1 半导体的导电特性
半导体：导电能力介于导体和半导体之间的材料。
常见的半导体材料有硅、锗、硒及许多金属的氧化物 和硫化物等。半导体材料多以晶体的形式存在。
反向电压大于击穿电压时，反向电流急剧增加。
显然,二极管的伏安特性不是直线，因此属于非 线性电阻元件。
电工与电子技术
14.3.3 主要参数
二极管的特性不仅可用伏安曲线表示，也可用一些数 据进行说明这些数据就是二极管的参数。二极管的主要参 数有：
1. 最大整流电流 IOM 二极管长时间使用所允许通过的最大 正向平均电流。