1半导体二极管和三极管

第1章 二极管和三极管1.1 半导体的导电特性 1.2 PN结及其单向导电性 1.3 二极管 1.4 稳压二极管 1.5 三极管

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第1章 二极管和三极管本章要求： 一、理解PN结的单向导电性，三极管的电流分配和 电流放大作用； 二、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； 三、会分析含有二极管的电路。

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对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和 正确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器 件的目的在于应用。学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况， 对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近 似，以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结 果。

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1.1 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 (可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。 光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化 (可做 成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管等)。 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(可做成各种不同用途的半导 体器件，如二极管、三极管和晶闸管等)。

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1.1.1 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 共价健 晶体中原子的排列方式

Si

硅单晶中的共价健结构

共价键中的两个电子，称为价电子。总目录 章目录 返回 上一页 下一页

本征半导体的导电机理 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 Si Si 为自由电子(带负电),同 时共价键中留下一个空位， Si Si 称为空穴(带正电)。 这一现象称为本征激发。 空穴 温度愈高，晶体中产 价电子 生的自由电子便愈多。 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)。总目录 章目录 返回 上一页 下一页

自由电子

本征半导体的导电机理 当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出 现两部分电流 (1)自由电子作定向运动 电子电流 (2)价电子填补空穴 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 能也就

愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。总目录 章目录 返回 上一页 下一页

1.1.2 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 掺杂后自由电子数目 Si Si 多 余 大量增加，自由电子导电 电 成为这种半导体的主要导 p+ Si Si 子 电方式，称为电子半导体 或N型半导体。 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。总目录 章目录 返回 上一页 下一页

1.1.2 N型半导体和 P 型半导体Si Si

Si B–

Si

硼原子 接受一个 电子变为 负离子

掺入三价元素 空穴 掺杂后空穴数目大量 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。 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。总目录 章目录 返回 上一页 下一页

1. 在杂质半导体中多子的数量与 a (a. 掺杂浓度、b.温度)有关。 2. 在杂质半导体中少子的数量与 b(a. 掺杂浓度、b.温度)有关。 3. 当温度升高时，少子的数量 c (a. 减少、b. 不变、c. 增多)。 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)

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1.2 PN结1.2.1 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。

浓度差 形成空间电荷区

多子的扩散运动 扩散的结果使 空间电荷区变宽。总目录 章目录 返回 上一页 下一页

1.2.2 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--- - - - --- - - - --- - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + +

P IF + –

内电场 外电场

N

内电场被 削弱，多子 的扩散加强， 形成较大的 扩散电流。

PN 结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较 大，正向电阻较小，PN结处于导通状态。总目录 章目录 返回 上一页 下一页

2. PN 结加反向电压(反向偏置) P接负、N接正- - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + +

P

内电场 外电场

N

–

+

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2. PN 结加反向电压(反向偏置) P接负、N接正PN

结变宽- - - - - - - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + + + + +

P

IR

内电场 外电场

N

–

内电场被加 强，少子的漂 移加强，由于 少子数量很少， 形成很小的反 向电流。

+

PN 结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小， 反向电阻较大，PN结处于截止状态。 温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。总目录 章目录 返回 上一页 下一页

1.3

二极管

1.3.1 二极管的基本结构和符号正极引线

结构

二极管 = PN结 + 管壳 + 引线

触丝PN结 N型锗 支架 外壳 P N

符号

+阳极

阴极

负极引线总目录 章目录 返回 上一页 下一页

二极管按结构分三大类：

(1) 点接触型二极管

PN结面积小，结电容小， 用于检波和变频等高频电路。

金 属触 丝 正 极引 线 负 极引 线 N型 锗

外壳

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