01單元半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)

由…夕節(jié)導(dǎo)體的導(dǎo)電特性

!；?????導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體

本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性

心雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性

?PN結(jié)

由■晶體二極管

!\-^二極管的結(jié)構(gòu)與伏安特性

!—半導(dǎo)體：極管的主要參數(shù)

I；?,一/半導(dǎo)體：極管的等效電路與升：關(guān)特性

一??一/穩(wěn)壓二極管

由…■晶體三極管

Ir二極管的結(jié)構(gòu)與分類

I\-一極管內(nèi)部載流子的運動規(guī)律、電流分配關(guān)系和放大作用

i—三極管的特性曲線

/、/三極管的主要參數(shù)

I二d三極管的開關(guān)特性

由?場效應(yīng)管

iK結(jié)型場效應(yīng)管

i二”.絕緣柵型場效應(yīng)管

由…?梆軸緝體器件

發(fā)光二極管

'光敏二極管和光敏三極管

02津元基本放大電路

由…■基本放大電路的工作原理

:…?基本放大楨各的組成

!:…必直流通路與靜態(tài)工作點

!卜.交流詢各與/imrn

i二名放大電路的性能指標(biāo)

由…6放大電路的圖解分析法

I；..-、/放大電路的靜態(tài)圖解分析

i放大電路的動態(tài)圖解分析

j輸出電玉的最大幅度與非線性失真分析

由…■微變等效電路分析法

!4力晶體管的h參數(shù)

IX晶體管的微變等效電路

I二?必用微變等效?電路法分析放大電路

由…?靜態(tài)工作點的穩(wěn)定

I尹《溫度變化對靜態(tài)工作點的影響

「恪工作點穩(wěn)定的電路

由■場效應(yīng)管放大電路

場效應(yīng)管放大電路的靜態(tài)分析

由.多級放大電路

多級放大電路的級間耦合方式

多級放大電路的分析方法

由…?放大儂備的頻率特性

K單級阻容耦合放大電路的頻率特性

多級阻容耦合放大電路的頻率特性

03單元負反

由….反饋的基本概念和分類

IK反饋的基本概念和一般表達式

I反饋放大段各的類型與判斷

由一.負反饋放大電路基本類型舉例

I竺?電壓串聯(lián)負反饋放大電路

::

I電流并聯(lián)負反饋放大電路

!\"^電流串聯(lián)負反饋放大電路

I二”.電壓并聯(lián)負反饋放大電路

由…6負反饋對放大?瞬性能的影響

I留順大儲

!/提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性

j展寬通頻帶

1；減小非線性失真

I二.,/改娜入電阻和輸出電阻

由…?負反饋放大電路的分析方法

深度負反饋放大電路的近似計算

二*方框圖法分析負反饋放大電路

04單元功率放大器

由…■功率放大電路的基本知識

I駿

::

I甲類單管功率放大電路

由…@互補對稱功率放大火

j”"<OCL類互補放大電路

OTL甲乙類互補對稱電路

■復(fù)合互補對稱電路

@變壓器耦合推挽功率放大?蹶

05耦合放大電路

由…6順

…于直接耦合放大電路中的零點漂移

由…■基本差動放大電路的分析

基本差動放大電路

；基本差動放大電路抑偉零點漂移的原理

；??勿基本差動放大電路的靜態(tài)分析

基本差動放大電路的動態(tài)分析

二名差動放大邨各的刎

06集成運算放大器

由….知戈利備野陶識

!:

;救燉^的特點

IA/集成電路恒流源

!二-、/有源負載的基本概念

由….集成運放的典型電路及參數(shù)

I:…/財?shù)?攵F007?幡簡介

［二,?/集成運放的主要技術(shù)參數(shù)

加，期滋放的血口

概述

:…必磁的基本雌方式

集;照放在信號運算方面的應(yīng)用

二”.集成運放在使用中應(yīng)注意的問題

07單元直流電源

由…?整流電路

/斗皺蟋各

加全波整流F幡

于橋超流棚各

i、,十倍壓整流電路

由”■'濾被棧各

心電精繳郵各

:電^惑濾波電路

I復(fù)式濾波電路

!二”.有源濾波Ffcl路

由…⑥穩(wěn)壓叫

:…、/并聯(lián)型硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路

串聯(lián)型穩(wěn)壓越的檄I源

帶有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路

:…七夕穩(wěn)壓電源的質(zhì)量指標(biāo)

二”.提高穩(wěn)壓電源性能的措施

08正弦電路

由??■自激振蕩原理

心自激振蕩的條件

…必自激振蕩的建i和振幅的穩(wěn)定

：正弦波振蕩電路的組成

由-■LC正弦波振蕩電路

I二▼變壓器反饋式振蕩電路

由…?三點式LC振蕩電路

!三點式LC振蕩電路的構(gòu)成原則

K電感上點式振蕩電路

電容三點式振蕩Ft1路

j二“?克拉潑可席勒振蕩電路（改進型電容三點式振蕩電路）

由,■石英品體振蕩器

|石英晶體的基本特性和等效電路

!?????/石英晶振：并聯(lián)型晶體振蕩電路

!二-.石英晶振：串聯(lián)型晶體振蕩電路

由…?RC振蕩電路

上".RC相移振蕩電路

文氏電橋振蕩電路

調(diào)制、解調(diào)和頻

各調(diào)制方式

由…■調(diào)幅

i調(diào)幅原理

i;…調(diào)幅波的頻譜

!—調(diào)幅波的功率

i二,必調(diào)幅電路

由,?檢波

!小信號平方律檢波

i恪大信號直線性檢波

由…■調(diào)頻

ix調(diào)頻的特點

iX調(diào)頻波的表達式

I\~^調(diào)頻電路：變?nèi)荩簶O管調(diào)頻電路

i二”、?調(diào)頻與調(diào)幅的比較

由--鑒頻

1:…必對稱式比例鑒頻劉

I二▼不又撒式比例鑒頻利

由--變頻

頻原理

—變頻電路

10^^無線廣播與接受

6根司，播與腳攵

6無線電波的傳播

由…6，勖卜差收音機

::

I留卜差收音機加II圖

::

1二,〈,勖嗟收音機性能指標(biāo)

由…6LC諧振回路

移LC串聯(lián)諧振回路

…8LC并聯(lián)諧振回路

6輸入回路

@統(tǒng)調(diào)

■中頻放大電路

?自動增益電路

■整機邨的析

半導(dǎo)

導(dǎo)體、物體和半導(dǎo)體

自然界的各種物質(zhì)就其導(dǎo)電性能來說、可以分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體三大類。

導(dǎo)體具有良好的導(dǎo)電特性，常溫下，其內(nèi)部存在著大量的自由電子，它們在外電場的作用下做定向運動形成

較大的電流。因而導(dǎo)體的電阻率很小，只有1。1（?".ctn金屬..般為導(dǎo)體，如銅、鋁、銀等。

絕緣體幾乎不導(dǎo)電，如橡膠、陶瓷、塑料等。在這類材料中，幾乎沒有自由電子，即使受外電場作用也不會

形成電流，所以，絕緣體的電阻率很大，在1010A,cm以上。

半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間，如硅、楮、硒等，它們的電阻率通常在I。'已,cm之間。

半導(dǎo)體之所以得到廣泛應(yīng)用是因為它的導(dǎo)電能力受摻雜、溫度和光照的影響十分顯著。如純凈的半導(dǎo)體單晶

硅在室溫下電阻率約為214X1Q3A-ctn,若按百萬分之?的比例摻入少量雜質(zhì)（如磷）后，其電阻率急劇下

降為2X10-3。?加，幾乎降低了一百萬倍。半導(dǎo)體具有這種性能的根本原因在于半導(dǎo)體原子結(jié)構(gòu)的特殊性。

本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性

〃本?衽才字體的兵偷破鞋構(gòu)4原子模型

及半導(dǎo)體中的我溫于常用的半導(dǎo)體材料是單晶硅（Si）和單

晶銘（Gc）。所謂單晶，是指整塊晶體中

的原子按?定規(guī)則整齊地排列著的晶體。

非常純凈的單晶半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。

價電J-

一、本征半導(dǎo)體的原子結(jié)構(gòu)

?Q.半導(dǎo)體錯和硅都是四價元素，其原子結(jié)構(gòu)

“￡》的簡化模中示意圖如圖Z0I02所示。它們的最外層

---------—…都有4個電子，帶4個單位負電荷。通常

圖Z°101硅原子模型把原子核和內(nèi)層電子看作一個整體,稱為

慣性核，如圖ZO1O1所示。

圖Z0102硅本征半慣性核帶有4個單位正電荷，最外層有4個價電子帶有4個單位

負電荷，因此，整個原子為電中性。

二、本征激發(fā)

一般來說，共價鍵中的價電子不完全象絕緣體中價電子所受束縛那樣強，如果能從外界獲得一

定的能量（如光照、升溫、電磁場激發(fā)等），?些價電子就可菖靜脫共價鍵的束縛而成為自由電子。

理論和實驗表明：在常溫（T=3OOK）下,硅共價鍵中的價電子只要獲得大于電離能EG（=LleV）

的能量便可激發(fā)成為自由電子。本征錯的電離能更小，只有0.72eV。

當(dāng)共價鍵中的一個價電子受激發(fā)掙脫原子核的束縛成為自由電子的同時，在共價鍵中便留下了

一個空位子，稱為"空穴”。當(dāng)空穴出現(xiàn)時，相鄰原子的價電子比較容易離開它所在的共價鍵而填

補到這個空穴中來使該價電子原來所在共價鍵中出現(xiàn)一個新的空穴，這個空穴又可能被相鄰原子

的價電子填補，再出現(xiàn)新的空穴。價電子填補空穴的這種運動無論在形式上還是效果上都相當(dāng)于

帶正電荷的空穴在運動，目運動方向與價電子運動方向相反。為了區(qū)別于自由電子的運動，把這

種運動稱為空穴運動，并把空穴看成是一種帶正點荷的載流子。

電子一空穴對

本征激發(fā)

復(fù)合：當(dāng)自由電子在運動過程中遇到空穴時可能會填充進去從而恢復(fù)

一個共價鍵，與此同時消失個地子--空穴對，這相反過程稱為復(fù)合。

動態(tài)平衡：在一定溫度條件下，產(chǎn)生的"電子一空穴對"和復(fù)合的”電子一空穴對'數(shù)量相等時，形

成相對平衡，這種相對平衡屬于動態(tài)平衡，避慟態(tài)平衡忖，電子一空穴對維持一定的數(shù)目。

可見，在半導(dǎo)體中存在著自由電子和空穴兩種載流子，而金屬導(dǎo)體中只有自由電子一種載流子,

這也是半導(dǎo)體與導(dǎo)體導(dǎo)電方式的不同之處。

半導(dǎo)體的導(dǎo)性

木征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱，熱穩(wěn)定性也彳艮差，因此不宜直接用它制造

半導(dǎo)體器件。半導(dǎo)體器件多數(shù)是用含有一定數(shù)量的某種雜質(zhì)的半導(dǎo)體制成。

根據(jù)摻入雜質(zhì)性質(zhì)的不同，雜質(zhì)半導(dǎo)體分為N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體兩種。

-、N型轉(zhuǎn)體

在本征半導(dǎo)體硅（或錯）中摻入微量的5價元素，例如磷，則磷原子就

取代了硅晶體中少量的硅原子，占據(jù)晶格上的某些位置。如圖Z0103所示。

由圖可見，磷原子最外層有5個價電子，其中4個價電子分別與鄰近4

個硅原子形成共價鍵結(jié)構(gòu)，多余的1個價電子在共價鍵之外，只受到磷原

子對它微弱的束縛，因此在室溫下，即可獲得掙脫束縛所需要的能量而成

為自由電子，游離于晶格之間。失去甩了的磷原子則成為不能移動的正離

子。磷原子由于可以釋放1個電子而被稱為施主原子，又秘施主雜質(zhì)。

圖Z0103N型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中每摻入1個磷原子就可產(chǎn)生1個自由電子，而本征激發(fā)

產(chǎn)生的空穴的數(shù)目不變。這樣，在摻入磷的半導(dǎo)體中，自由電子的數(shù)目就

遠遠超過了空穴數(shù)目，成為多數(shù)載流子（簡稱多子），空穴則為少數(shù)載流子（簡稱少子）。顯然，參與導(dǎo)電的主

要是電子，故這種半導(dǎo)體稱為電子型半導(dǎo)體，簡稱N型半導(dǎo)體。

二、P型半導(dǎo)體

在本征半導(dǎo)體硅（或錯）中，若摻入微量的3價元素，如硼，這時硼原子

就取代了晶體中的少量硅原子，占據(jù)品格上的某些位置，如圖Z0104所示。

由圖可知，硼原子的3個價電子分別與其鄰近的3個硅原子中的3個價電子

組成完整的共價鍵,而與其相鄰的另1個硅原子的共價鍵中貝啾少1個電子,

出現(xiàn)了1個空穴。這個空穴被附近硅原子中的價電子來填充后，使3價的硼

原子獲得了1個電子而變成負離子。同時，鄰近共價鍵上出現(xiàn)1個空穴。由

于硼原子起著接受電子的作用，故稱為受主原子，又稱受主雜質(zhì)。

PN結(jié)的形成

在本征半導(dǎo)體中每摻入1個硼原子就可以提供1個空穴，當(dāng)摻入一定數(shù)量

的硼原子時，就可以使半導(dǎo)體中空穴的數(shù)目遠大于本征激發(fā)電子的數(shù)目，成

SZ0105PN醐緘

為多數(shù)我流于，而電了則成為少數(shù)載流已顯然，參與導(dǎo)電的主要是空穴，

故這種半導(dǎo)體稱為空穴型半導(dǎo)體，簡稱P型半導(dǎo)體。

PN結(jié)

空間電荷區(qū)一、PN結(jié)的形成

在一塊完整的硅片

上，用不同的摻雜工藝

使其一邊形成N型半

導(dǎo)體，另一邊形成P

型半導(dǎo)體，那么在兩種

受主雜助離子/篦主雜腦葉子半導(dǎo)體交界面附近就

PN結(jié)的形成形成了PN結(jié)，如圖

Z0105所示。由于P

圖Z0105PN結(jié)的形成區(qū)的多數(shù)載流子是空

穴，少數(shù)載流子是電

子；N區(qū)多數(shù)投流于是電子，少數(shù)載流子是空穴，這就使交界面

兩側(cè)明顯地存在著兩種載流子的濃度差。因此，N區(qū)的電子必然

越過界面向P區(qū)擴散，并與P區(qū)界面附近的空穴復(fù)合而消失，在

N區(qū)的一側(cè)留下了一層不能移動的施主正離子；同樣，P區(qū)的空

穴也越過界面向N區(qū)擴散，與N區(qū)界面附近的電子復(fù)合而消失，

在P區(qū)的一側(cè)，留下一層不能移動的受主負離子。擴散的結(jié)果，使交界面兩側(cè)出現(xiàn)了由不能移

動的帶電離子組成的空間電荷區(qū)，因而形成了個由N區(qū)指向P區(qū)的電場，稱為內(nèi)電場。隨著

擴散的進行，空間電荷區(qū)加寬，內(nèi)電場增強，由于內(nèi)電場的作用是阻礙多子擴散，促使少子漂

移，所以，當(dāng)擴散運動9漂移運動達到動態(tài)平衡時，將形成穩(wěn)定的空間電荷區(qū)，稱為PN結(jié)。

由于空間電荷區(qū)內(nèi)缺少截流子，所以又稱PN結(jié)為耗盡層或高阻區(qū)。

二、PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

PN結(jié)在未加外加電壓時，擴散運動與漂移運動處于動態(tài)平衡，

通過PN結(jié)的電流為零。當(dāng)電源正極接P區(qū)，負極接N區(qū)時，稱為

給pN結(jié)加正向電壓或正向偏置，如圖Z0106所示。由于PN結(jié)是

高阻區(qū)，而P區(qū)和N區(qū)的電阻很小，所以正向電壓兒乎全部加在

PN結(jié)兩端。在PN結(jié)上產(chǎn)生一個外電場，其方向與內(nèi)電場相反，

在它的推動下，N區(qū)的電子要向左邊擴散，并與原來空間電荷區(qū)的

正離子中和，使空間電荷區(qū)變窄。同樣，P區(qū)的空穴也要向右邊擴

散，并與原來空間電荷區(qū)的負離子中和，使空間電荷區(qū)變窄。結(jié)果

使內(nèi)電場減弱，破壞了PN結(jié)原有的動態(tài)平衡。于是擴散運動超過

了漂移運動，擴散又繼續(xù)進行。與此同時，電源不斷向P區(qū)補充正

F反向偏置的PN結(jié)電荷，向N區(qū)補充負電荷，結(jié)果在電路中形成了較大的正向電流

/F。而且/F隨著正向電壓的增大而增大。

圖Z0106單向?qū)щ娦援?dāng)電源正極接N區(qū)、負極接P區(qū)時，稱為給PN結(jié)加反向電壓

或反向偏置。反向電壓產(chǎn)生的外加電場的方向與內(nèi)電場的方向相

同，使PN結(jié)內(nèi)電場加強，它把P區(qū)的多子（空穴）和N區(qū)的多子（自由電子）從PN結(jié)附近

拉走，使PN結(jié)進一步加寬，PN結(jié)的電阻增大，打破了PN結(jié)原來的平衡，在電場作用下的

漂移運動大于擴散運動。這時通過PN結(jié)的電流，主要是少子形成的漂移電流，稱為反向電流

/R。由于在常溫下，少數(shù)載流子的數(shù)量不多，故反向電流很小，而且當(dāng)外加電壓在一定范圍內(nèi)

變化時，它幾乎不隨外加電壓的變化而變化，因此反向電流又稱為反向飽和電流。當(dāng)反向電流

可以忽略時，就可認(rèn)為PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。值得注意的是，由于本征激發(fā)隨溫度的升高而加

劇，導(dǎo)致電子一空穴對增多，因而反向電流將隨溫度的升高而成倍增長。反向電流是造成電路

噪聲的主，要原因之一，因此，在設(shè)計電路時，必須考慮溫度補償問題。

綜上所述，PN結(jié)正偏時，正向電流較大，相當(dāng)于PN結(jié)導(dǎo)通，反偏時，反向電流很小，相

當(dāng)于PN結(jié)截止。這就是PN結(jié)的單向?qū)щ娦浴?/p>

三、PN結(jié)的擊穿特性

當(dāng)PN結(jié)上加的反向電壓增大到?定數(shù)值時，反向電流突然劇增，這種現(xiàn)象稱為PN結(jié)的反

向擊穿。PN結(jié)出現(xiàn)擊穿時的反向電壓稱為反向擊穿電壓，用VB表示。反向擊穿可分為雪崩

擊穿和齊納擊穿兩類。

1.雪崩擊穿

當(dāng)反向電壓較高時，結(jié)內(nèi)電場很強，使得在結(jié)內(nèi)作漂移運動的少數(shù)載流子獲得很大的動能。

當(dāng)它與結(jié)內(nèi)原子發(fā)生直接碰撞時，將原子電離，產(chǎn)生新的"電子一空穴對"。這些新的"電子一空

穴對"，又被強電場加速再去碰撞其它原子，產(chǎn)生更多的”電子一空穴對"。如此鏈鎖反應(yīng)，使結(jié)

內(nèi)載流子數(shù)目劇增，并在反向電壓作用下作漂移運動，形成很大的反向電流。這種擊穿稱為雪

崩擊穿。顯然雪崩擊穿的物理本質(zhì)是碰撞電離。

2.齊納擊穿

齊納擊穿通常發(fā)生在摻雜濃度很高的PN結(jié)內(nèi)。由于摻雜濃度很高，PN結(jié)很窄，這樣即使

施加較小的反向電壓（5V以下），結(jié)層中的電場卻很強（可達2$XI。5V/m左右在強電

場作用下，會強行促使PN結(jié)內(nèi)原子的價電子從共價鍵中拉出來，形成"電子一空穴對"，從而

產(chǎn)生大量的載流子。它們在反向電壓的作用下，形成很大的反向電流，出現(xiàn)了擊穿。顯然，齊

納擊穿的物理本質(zhì)是場致電離。

采取適當(dāng)?shù)膿诫s工藝，將硅PN結(jié)的雪崩擊穿電壓可控制在8?1000V。而齊納擊穿電壓低于

5V。在5?8V之間兩種擊穿可能同時發(fā)生。

晶極管

評管的鈉與伏靖性

晶體二極管也稱半導(dǎo)體二極管，它是在

PN結(jié)上加接觸電極、引線和管殼封裝而

成的。按其結(jié)構(gòu)，通常有點接觸型和面結(jié)

型兩類。常用符號如圖Z0107中V、HD（本

資料用D）

半導(dǎo)體二極首

電路符號

圖Z0111二極管伏安轉(zhuǎn)性曲線示意圖

圖Z0107電路符號圖Z0108點接觸2

點接觸型適用于工作電流小、工作頻率高的場合；（如圖Z0108）

面結(jié)合型適用于工作電流較大、工作頻率較低的場合；（如圖Z0109）

平面型適用于工作電流大、功率大、工作頻率低的場合。（如圖zono）

按使用的半導(dǎo)體材料分，有硅二極管和銘二極管；按用途分，有普通二極管、整

流二極管、檢波二極管、混頻二極管、穩(wěn)壓二極管、開關(guān)二極管、光敏二極管、變

容二極管、光電二極管等。

二極管是由一個PN結(jié)構(gòu)成的，它的主要特性就是單向?qū)щ娦裕ǔＶ饕盟?/p>

伏安特性來表示。

二極管的伏安特性是指流過二極管的電流ZD與加于二極管兩端的電壓〃D之間的

關(guān)系或曲線。用逐點測量的方法測繪出來或用晶體管圖示儀顯示出來的U?I曲線，

稱二極管的伏安特性曲線。圖Z0111是二極管的伏安特性曲線示意圖，依此為例說

明其特性。

一、正向特性

由圖可以看出，當(dāng)所加的正向電壓為零時，電流為零；當(dāng)正向電壓較小時，由于外

電場遠不足以克服PN結(jié)內(nèi)電場對多數(shù)載流子擴散運動所造成的阻力，故正向電流

很?。◣缀鯙榱悖O管呈現(xiàn)出較大的電阻。這段曲線稱為死區(qū)。

當(dāng)正向電壓升高到一定值Uy（Uth）以后內(nèi)電場被顯著減弱，正向電流才有明顯

增加。Uy被稱為門限電壓或閥電壓。Uy視二極管材料和溫度的不同而不同，常溫

下，硅管一般為0.5V左右，錯管為0.1V左右。在實際應(yīng)用中，常把正向特性較直

部分延長交于橫軸的一點，定為門限電壓Uy的值，如圖中虛線與u軸的交點。

當(dāng)正向電壓大于勿以后，正向電流隨正向電壓幾乎線性增長。把正向電流隨正向

電壓線性增長時所對應(yīng)的正向電壓，稱為二極管的導(dǎo)通電壓，用UF來表示。通常，

硅管的導(dǎo)通電壓約為0.6?0.8V（一般取為0.7V）,鑄管的導(dǎo)通電壓約為0.1?0.3V

（一般取為0.2V）。

二、反向特性

當(dāng)二極管兩端外加反向電壓時，PN結(jié)內(nèi)電場進一步增強，使擴散更難進行。這時

只有少數(shù)載流子在反向電壓作用下的漂移運動形成微弱的反向也流尿。反向電流很

小，且?guī)缀醪浑S反向電壓的增大而增大（在一定的范圍內(nèi)），如圖Z0111中所示。但

反向電流是溫度的函數(shù)，將隨溫度的變化而變化。常溫下，小功率硅管的反向電流

在nA數(shù)量級，錯管的反向電流在nA數(shù)量級。

三、反向擊穿特性

當(dāng)反向電壓增大到一定數(shù)值UBR時，反向電流劇增，這種現(xiàn)象稱為二極管的擊穿，

0BR（或用-B表示）稱為擊穿電壓，UBR視不同二極管而定，普通二極管一般在幾

十伏以上且硅管較錯管為高。

擊穿特性的特點是，雖然反向電流劇增，但二極管的端電壓卻變化很小，這特

點成為制作穩(wěn)壓二極管的依據(jù)。

四、二極管伏安特性的數(shù)學(xué)表達式

由理論分析可知，二極管的伏安特性可近似用卜湎的數(shù)學(xué)表達式來表示：

丐="到GS0101

式中，，。為流過二極管的電流，MD,為加在二極管兩端的電壓，片稱為溫度的電

壓當(dāng)量，與熱力學(xué)溫度成正比，表示為

>T=W/g其中T為熱力學(xué)溫度，單位是K；q是電子的電荷量，q=1602XlO-^C.

k為玻耳茲曼常數(shù)，k=L381xi（r23j/K室溫下，可求得片=26mV。/R是

二極管的反向飽和電流。

五、溫度對二極管伏安特性的影響

二極管是溫度的敏感器件，溫度的變化對其伏安特性的影響主要表現(xiàn)為：隨著溫

度的升高，其正向特性曲線左移，即正向壓降減?。环聪蛱匦郧€下移，即反向電

流增大。一般在室溫附近，溫度每升高I。。其正向壓降減小2?2.5mV；溫度每升

高10。€\,反向電流大約增大1倍左右。

綜上所述，二極管的伏安特性具有以下特點：

①二極管具有單向?qū)щ娦裕?/p>

②二極管的伏安特性具有非線性;

③二極管的伏安特性與溫度有關(guān)。

半導(dǎo)體二a管的型參數(shù)

描述二極管特性的物理量稱為二極管的參數(shù)，它是反映二極管電性能的質(zhì)量指標(biāo)，

是合理選擇和使用二極管的主要依據(jù)。在半導(dǎo)體器件手冊或生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品目錄中，

對各種型號的二極管均用表格列出其參數(shù)。二極管的主要參數(shù)有以下幾種：

1.最大平均整流電流IF64v；

/F是指二極管長期工作時，允許通過的最大正向平均電流。它與PN結(jié)的面

積、材料及散熱條件有關(guān)。實際應(yīng)用時，工作電流應(yīng)小于IF(AV),否則，可能導(dǎo)

致結(jié)溫過高而燒毀PN結(jié)。

2.最高反向工作電壓VRM

■RM是指二極管反向運用時，所允許加的最大反向電壓。實際應(yīng)用時，當(dāng)反向電

壓增加到擊穿電壓KR時，二極管可能被擊穿損壞，因而，JZRM通常取為(1/2?

2/3)KBRo

3.反向電流”

/R是指二極管未被反向擊穿時的反向電流。理論上/R=/R(sat),但考慮表面漏

電等因素，實際上/R稍大一些。/R愈小，表明二極管的單向?qū)щ娦阅苡?。另外?/p>

/R與溫度密切相關(guān)，使用時應(yīng)注意。

4.最高工作頻率亦I

亦1是指二極管正常工作時，允許通過交流信號的最高頻率。實際應(yīng)用時，不要超

過此值，否則二極管的單向?qū)щ娦詫@著退化。.人的大小主要由二極管的電容效應(yīng)

來決定。

5.二極管的電阻

就二極管在電路中電流與電壓的關(guān)系而言，可以把它看成一個等效電阻，且有直

流電阻與交流電阻之別。

(1)直流等效電阻RD

直流電阻定義為加在二極管兩端的直流電壓UD與流過二極管的直流電流ID之

比，即

RD=-GS0102

RD的大小與二極管的工作點有關(guān)。通常用萬用表測出來的二極管電阻即直流電阻。

不過應(yīng)注意的是，使用不同的歐姆檔測出來的直流等效電阻不同。其原因是二極管

工作點的位置不同。一般二

??“體?住鈉位*曲五學(xué)升?底極管的正向直流電阻在幾

11

0*三例介，2*%￥?8部外7停得分十歐姆到幾千歐姆之間，反

唾用漢?茶

向直流電阻在幾十千歐姆

陽百技＜)?***界弓到幾百千歐姆之間。正反向

用漢0(攜*字****《?突W直流電阻差距越大，二極管

用漢“責(zé)*字R?示

的單向?qū)щ娦阅茉胶谩?/p>

用xmtm中?**件的電11。

(2)交流等效電阻rd

■?ft*5HAn*tAX*X

Y)。

GS0103

山亦隨工作點而變化，是

非線性電阻。通常，二極管

的交流正向電阻在兒?兒

十歐姆之間。

需要指出的是，由于制造

表Z0101國產(chǎn)半導(dǎo)體器件型號的命名方法工藝的限制，即使是同類型

號的二極管，其參數(shù)的分散

性很大。通常半導(dǎo)體手冊上

給出的參數(shù)都是在一定測試條件下測出的，使用時應(yīng)注意條件。

半導(dǎo)體二極管的型號命名

二極管的型號命名通常根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB-249-74規(guī)定，由五部分組成。第一一部分

用數(shù)字表示器件電極的數(shù)目；第二部分用漢語拼音字母表示器件材料和極性；第三

部分用漢語拼音字母表示器件的類型；第四部分用數(shù)字表示器件序號；第五部分用

漢語拼音字母表示規(guī)格號。如表Z101所示。

半導(dǎo)體二極管的等效電路與開關(guān)特性

一、二極管的電容效應(yīng)

二極管具有電容效應(yīng)。它的電容包卻；勢壘電容6和擴散電容6。

1.勢壘電容OBCCr)

前面已經(jīng)講過，PN結(jié)內(nèi)缺少導(dǎo)電的載流子，其電導(dǎo)率很低，相當(dāng)于介質(zhì)；而PN結(jié)兩側(cè)的P區(qū)、

N區(qū)的電導(dǎo)率高，相當(dāng)于金屬導(dǎo)體。從這一結(jié)構(gòu)來看，PN結(jié)等效于一個電容器。

事實上，當(dāng)PN結(jié)兩端加正向電壓時，PN結(jié)變窄，結(jié)中空間『(J荷量減少，相當(dāng)于電容"放電"，

當(dāng)PN結(jié)兩端加反向電壓時，PN結(jié)變寬，結(jié)中空間電荷量增多，相當(dāng)于電容"充電"。這種現(xiàn)象可

以用個電容來模擬，稱為勢壘電容。勢壘電容與普通也容不同之處，在于它的電容量并非常數(shù),

而是與外加F[1壓有關(guān)。當(dāng)外加反向電壓增大時，勢壘電容

減小；反向電壓減小時，勢壘電容增大。目前廣泛應(yīng)用的

變?nèi)荻O管，就是利用PN結(jié)電容隨外加電壓變化的特性

制成的。

2.擴散電容6

PN結(jié)正向偏置時，N區(qū)的電子向P區(qū)擴散，在P區(qū)形成

一定的非平衡載流子的濃度分布，即靠近PN結(jié)T則濃度

高，遠離PN結(jié)的Tffl濃度低。顯然，在P區(qū)積累了電子,

即存貯了一定數(shù)量的負電荷；同樣,在N區(qū)也積累了空穴,

即存貯了一定數(shù)即正電荷。當(dāng)正向電壓加大時，擴散增強,

這時由N區(qū)擴散到P區(qū)的電子數(shù)和由P區(qū)擴散N區(qū)的空穴數(shù)將增多,致使在兩個區(qū)域內(nèi)形成了

電荷堆積，相當(dāng)于電容器的充電。相反，當(dāng)正向電^減小時，擴散減弱，即由N區(qū)擴散到P區(qū)的

電子數(shù)和由P區(qū)擴散到N區(qū)的空穴數(shù)減少，造成兩個區(qū)域內(nèi)電荷的減少,、這相當(dāng)于電容器放電。

因此，可以用一個電容來模擬，稱為擴散電容。

總之，二極管呈現(xiàn)出兩種電容，它的總電容G相當(dāng)于兩者的并聯(lián)，即0=6+6。二極管正

向偏置時，擴散電容遠大于勢壘電容Q=Cb；而反向偏置時，擴散電容可以忽略，勢壘電容起主

要作用，。乜力。

二、二極管的翎螭

二極管是一個非線性器件，對于非線性電路的分析與計算是比較復(fù)雜的。為了使電路的分析簡

化，可以用綠院件組成的郵各來模擬二極管。使線性?蹶的電壓、卜蝴關(guān)系和二極管夕隋性S

似致那么這個線性?酹就稱為二極管的等效電路。顯然等效id路是在定條件下的近似。

二極管應(yīng)用于直流電路時，常用一個理?想二極管模型來等效，可把它看成一個理想開關(guān)。正偏

時，相當(dāng)于"開關(guān)"閉合(ON),電阻為零，壓降為零；反偏時；相當(dāng)于"開關(guān)慚開(OFF),電阻

為無限大，電流為零。由于理想二極管模型突出表現(xiàn)了二極管最基本的特性-單向?qū)щ娦?，所以廣

泛應(yīng)用于直流電路及開關(guān)電路中。

在直流電路中如果考慮到二極管的電阻和門限電壓的影響。實際二極管可用圖Z0112所示的電

螂鉞

在二極管兩端加直流偏置電壓和工作在交流小信號的條件卜，可以用簡化的電路來等效。圖中

rs為二極管P區(qū)和N區(qū)的體電阻。

三、二極管的開關(guān)特性

二極管正偏時導(dǎo)通，相當(dāng)于開關(guān)的接通；反偏時截止相當(dāng)于開關(guān)的斷開，表明二極管具有開關(guān)

特性。不過一個理想的開關(guān)，在接通時開關(guān)本身電阻為零，壓降為零，而斷開時電阻為無窮大，

電流為冬，而且要求在高速開關(guān)時仍具有以上特性，不需要開關(guān)時間。但實際二極管作為開關(guān)運

用，并不是太理想的。因為二極管正向?qū)〞r，其正向電阻和正向降壓均不為零；反向戳止時，

其反向電阻也不是無窮大，反向電流也不為零。并且二極管開、關(guān)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換需要一定時間.這

就限制了它的開關(guān)速度。因此作開關(guān)時，應(yīng)選用正向電阻RF小、反向電阻&R大、開關(guān)時間小的

開關(guān)二極管。

穩(wěn)壓二極管

—硅穩(wěn)壓二極管（簡稱

，實物圖片?型號?主要參數(shù)?符號小

硅穩(wěn)壓管）實質(zhì)上是一

GM3Z6VP?使用時的注意事項

J.OV1,1W個硅晶體二極管。穩(wěn)壓

1.正負極的判定

-?_?2,反而接入電路二極管的實例和管子

Z7T27Vzn2.7V3.摟入限流電阻

（ITT1F2）Pv1W4.稔壓管是聯(lián)管的符號如圖Z0113所

1.二極管的擊穿現(xiàn)象

圖Z10113穩(wěn)壓二極管

由二極管的伏安特

性可知，當(dāng)加于它兩端的反偏Ftl壓超過反向擊穿電壓之后，二極管將發(fā)生擊穿現(xiàn)象。二極管的擊

穿通常有三不忖青況，即雪崩擊穿、齊納擊穿和熱擊穿。

（1）雪崩擊穿

對于摻雜濃度較低的PN結(jié)，結(jié)較厚，當(dāng)外加反向電壓高到一定數(shù)值時，因外出場過強，使PN

結(jié)內(nèi)少數(shù)載流了獲得很大的動能而直接與原子碰撞，將原子電離，產(chǎn)生新的電/空穴對，由于鏈

鎖反應(yīng)的結(jié)果，使少數(shù)載流「數(shù)目急劇增多，反向電流雪崩式地迅速增大，這種現(xiàn)象叫雪崩擊穿。

雪崩擊穿通常發(fā)生在高反壓、低摻雜的情況下。

（2）齊納擊穿

對于采用高摻雜（即雜質(zhì)濃度很大）形成的PN結(jié)，由于結(jié)很薄（如0.04阿）即使外加電壓并

不高（如4V）,就可產(chǎn)生很強的電場（如?附'/cm）將結(jié)內(nèi)共價鍵中的價電子拉出來，產(chǎn)生大

量的電子一空穴對，使反向電流劇增，這種現(xiàn)象叫齊納擊穿（因齊納研究而得名）。齊納擊穿一般

發(fā)生在低反壓、高摻雜的情況下。

（3）熱擊穿

在使用二極管的過程中，如由于PN結(jié)功耗（反向電流與反向電壓之積）過大，使結(jié)溫升高，電

流變大，循環(huán)反復(fù)的結(jié)果，超過PN結(jié)的允許功耗，使PN結(jié)擊穿的現(xiàn)象叫熱擊穿。熱擊穿后二極

管將發(fā)生永久性損壞。

對于硅PN結(jié)，擊穿電壓在7V以上的為雪崩擊穿；4V以下的為齊納擊穿；在。4?7V之間的

兩種情況都有。無論哪種擊穿，只要控制反向電流的數(shù)值不致弓I起熱擊穿，當(dāng)反向電壓下降到擊

穿電壓以下，其性能可以恢復(fù)SU未擊穿前的狀況。

2.穩(wěn)壓管的擊穿特性穩(wěn)壓管的正向特性與?般二極管相同，而反向擊穿特性很陡峭。

3.觸管的主要領(lǐng)

(1)穩(wěn)定電壓上

丘穩(wěn)壓管反向擊穿后其電流為規(guī)定值時它兩端的電壓值。不同型號的穩(wěn)壓管其丘的范圍不同；

同種型號的穩(wěn)壓管也常因工藝上的差異而有一定的分散性。所以，也一般給出的是范圍值，例如

2CW11的正在3.2?4.5V(測試電流為10mA)。當(dāng)然，二極管(包括穩(wěn)壓管)的正向?qū)ㄌ匦?/p>

也有穩(wěn)壓作用，穩(wěn)定電壓只有Q6718V,且隨溫度的變化較大，故一般不常用。

(2)穩(wěn)定電流無

IZ是指穩(wěn)壓管正常工作時的參考電流?！?Z通常在最小穩(wěn)定電流//min與最大穩(wěn)定電流岳爾之間。

其中八n是指穩(wěn)缶管開始起穩(wěn)作用時的最小電流，電流低于此值時，穩(wěn)壓效果差；歷.是指

穩(wěn)田管穩(wěn)定工作時的最大允許電流，超過此電流時，只要超過額定功耗，穩(wěn)東管將發(fā)生永久性擊

穿。故，一般要求/zmin<lz</zmax?

(3)動態(tài)電阻々

rz是指在穩(wěn)壓管正常工作的范圍內(nèi)，電壓的微變量與電流的微變量之比。rz.越小，表明穩(wěn)壓

管性白健好。

(4)額定功耗Pz

及是由管子溫升所決定的參數(shù)，PT尸VzM。

(5)溫度系數(shù)a

a是指以受溫度影響的程度。硅穩(wěn)壓管在改<4V時a<0；在上>7V時，a>0；在此=4?

7V時,a很小

三極管的結(jié)構(gòu)與分類

晶體三極管

晶體三極管又稱半導(dǎo)體三極管，簡稱晶體管或三極管。在三極管內(nèi)，有兩種截流子：電廣與空穴,

它們同時參與導(dǎo)電，故晶體三極管又稱為雙極型晶體三極管，簡記為BJT(英文BipolarJunction

Transistor的縮寫)。它的基本功能是具有電流放大作用。

一、鈉

圖Z0113和圖Z0114給出了NPN和PNP型兩類三極管的結(jié)構(gòu)示意圖和表示符號。它有兩個PN

結(jié)（分別稱為發(fā)射結(jié)和集電結(jié)），三個區(qū)（分別稱為發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)），從三個區(qū)域引出三

個電極（分別稱為發(fā)射極e、基極b和集電極c）。發(fā)射極的箭頭方向代表發(fā)射結(jié)正向?qū)〞r的電

流的實際流向。

為了保證二極管具有良好的電流放大作用，在制造三極管的工藝過程中，必須作到：

①使發(fā)射區(qū)的摻雜濃度最高，以有效地發(fā)射載流子；

②使基區(qū)摻雜濃度最小，且區(qū)最薄，以有效地傳輸載流子；

③使集電區(qū)面積最大，月?lián)诫s濃度小于發(fā)I寸區(qū)，以有效地收集載流子。

一三良營ii的,東女國--------------------------------

圖Z10H3三極管結(jié)構(gòu)示意圖

三微管的電路符號VT（V、T）

PNP型NPN■型

圖Z10114三極管的電路符號

二、

在實際應(yīng)用中，從不同的角度對三極管可有不同的分類方法。

按材料分，有硅管和精管；

按結(jié)構(gòu)分，有NPN型管和PNP型管；

按工作頻率分，有高頻管和低頻管；

按制誕工藝分，有合金管和平面管；

按功率分，有中、小功率管和大功率管等等。

三極管內(nèi)部載流子的遨娜律、分配關(guān)系和放大作用

一、三極管的三種連接方式

三極管在電路中的連接方式有三種:①共基極接法;②共發(fā)射極接法,

③共集電極接法。如圖Z0115所示。共什么極是指電路的輸入端及輸

出端以這個極作為公共端。必須注意，無論那種接法，為了使三極管

具有正常的電流放大作用，都必須外加大小和極性適當(dāng)?shù)碾妷?。即?/p>

須給發(fā)射結(jié)加正向偏置電壓，發(fā)I寸區(qū)才能起到向基區(qū)注入載流子的作

用；必須給集電結(jié)加反向偏置電壓（一般幾?幾十伏），在集電結(jié)才能

形成較強的電場，才能把捌寸區(qū)注入基區(qū)，并擴散到集電結(jié)邊緣的載

圖Z115三種連接方式流子拉入集電區(qū)，使集電區(qū)起到收集載流子的作用。

二、三極管內(nèi)部載流子的運動規(guī)律

在發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏的條件下，三極管內(nèi)部載流子的運動，可分為3個過程，下面以NPN

型三極管為例來討論（共射極接法）。

1.發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入載流子的過程

由于發(fā)射結(jié)外加正向電壓，發(fā)射區(qū)的電子載流子源源不斷地注入基區(qū)，基區(qū)的多數(shù)載流子空穴,

也要注入發(fā)射區(qū)。如圖Z0116所示，二者共同形成發(fā)勢微電流正。但是，由于基區(qū)摻雜濃度比發(fā)

射區(qū)小2?3個數(shù)量級，注入發(fā)射區(qū)的空穴流與注入基區(qū)的電子流相比，可略去。

三城管內(nèi)部通位分配關(guān)系

影成的電子電流.

Ipe.基區(qū)亞子空穴向發(fā)里區(qū)

擴散而B成的空穴最流

Ipe<3CIne

Inb,Ine里與基區(qū)中空穴

復(fù)合的蟹少那余電了.

這是基板電指的主要

成分.

Inc,菜?結(jié)反解,在結(jié)電

電躺撼藏人集

ICBO?集基反向飽和電流

IB=Ine+IpeIne

IB=Inb+Ipe-ICBO

HInb-ICBO

Ic=Inc+ICBO

(Ine=Inc+Inb)

IE=IB+Ic

圖Z0116三極管內(nèi)部電癡分配關(guān)系示意圖

2.載流子在基區(qū)中擴散與復(fù)合的過程

由發(fā)射區(qū)注入基區(qū)的電子載流子，其濃度從發(fā)射結(jié)邊緣到集電結(jié)邊緣是逐漸遞減的，即形成了一

定的濃度梯度，因而，電子便不斷地向集電結(jié)方向擴散。由于基區(qū)寬度制乍制艮小，且摻雜濃度

也很低，從而大大地減小了復(fù)合的機會，使注入基區(qū)的95%以上的也了載流了都自例達集電結(jié)。

故基區(qū)中是以擴散電流為主的，且擴散與復(fù)合的比例決定了三極管的電流放大能力。

3.集電區(qū)收解漪子的過程

集電結(jié)外加較大的反向電壓，使結(jié)內(nèi)電場很強，基區(qū)中擴散到集電結(jié)邊緣的電子，受強電場的

作用，迅速漂移越過集電結(jié)而進入集電區(qū)，形喊電極電流加c。另一方面，集電結(jié)兩邊的少數(shù)載

流子，也要經(jīng)過集電結(jié)漂移，在c,b之間形成所謂反向飽和電流/CBO,不過，1fcB。一^艮小，因

而集電極電流

TNC+/CBO-INCGS0105

同時基極電流

加=/PB+/E-/CB8/PB-/CBOGS0106

反向飽和電流/CBO與發(fā)射區(qū)無關(guān)，對放大作用無貢獻，但它是溫度的函數(shù)，是管子工作不穩(wěn)定

的主要因素。制譴時，總是盡量設(shè)法減小它。

三、三極管的電流分配關(guān)系與放大作用

1.電分配關(guān)系

由圖Z0U6可知，三極管三個電極上的電流組成如下：

發(fā)射極電流/E

IE—/NE+IPE=/NEGS0107

基極電流/B

/B=+小E-/CBO~/PB-/CBO

集電極電流/C

/C=7NC+A:BO^/NC

同時由圖Z0116也可看出