第一章 半导体二极管和三极管 大家网注册电气工程师论坛：http://club.topsage.com/forum-598-1.html

第一章 半导体二极管和三极管 §1.1 半导体基础知识 §1.2 半导体二极管 §1.3 晶体三极管 §1.1 半导体基础知识 §1.2 半导体二极管 §1.3 晶体三极管 大家网注册电气工程师论坛：http://club.topsage.com/forum-598-1.html

§1 半导体基础知识 一、本征半导体 二、杂质半导体 三、PN结的形成及其单向导电性 四、PN结的电容效应 §1 半导体基础知识 一、本征半导体 二、杂质半导体 三、PN结的形成及其单向导电性 四、PN结的电容效应 大家网注册电气工程师论坛：http://club.topsage.com/forum-598-1.html

一、本征半导体 1、什么是半导体？什么是本征半导体？ 导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。 导体－－铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层电子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。 绝缘体－－惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导电。 半导体－－硅（Si）、锗（Ge），均为四价元素，它们原子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。 本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。 无杂质 稳定的结构 大家网注册电气工程师论坛：http://club.topsage.com/forum-598-1.html

由于热运动，具有足够能量的价电子挣脱共价键的束缚而成为自由电子 自由电子的产生使共价键中留有一个空位置，称为空穴 2、本征半导体的结构 共价键 由于热运动，具有足够能量的价电子挣脱共价键的束缚而成为自由电子 自由电子的产生使共价键中留有一个空位置，称为空穴 动态平衡 自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。 一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定；温度升高，热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对的浓度加大。 大家网注册电气工程师论坛：http://club.topsage.com/forum-598-1.html

外加电场时，带负电的自由电子和带正电的空穴均参与导电，且运动方向相反。由于载流子数目很少，故导电性很差。 3、本征半导体中的两种载流子 运载电荷的粒子称为载流子。 外加电场时，带负电的自由电子和带正电的空穴均参与导电，且运动方向相反。由于载流子数目很少，故导电性很差。 两种载流子 温度升高，热运动加剧，载流子浓度增大，导电性增强。 热力学温度0K时不导电。 为什么要将半导体变成导电性很差的本征半导体？ 大家网注册电气工程师论坛：http://club.topsage.com/forum-598-1.html

二、杂质半导体 1. N型半导体 多数载流子 空穴比未加杂质时的数目多了？少了？为什么？ 杂质半导体主要靠多数载流子导电。掺入杂质越多，多子浓度越高，导电性越强，实现导电性可控。 磷（P） 大家网注册电气工程师论坛：http://club.topsage.com/forum-598-1.html

2. P型半导体 多数载流子 P型半导体主要靠空穴导电，掺入杂质越多，空穴浓度越高，导电性越强， 在杂质半导体中，温度变化时，载流子的数目变化吗？少子与多子变化的数目相同吗？少子与多子浓度的变化相同吗？ 硼（B） 大家网注册电气工程师论坛：http://club.topsage.com/forum-598-1.html

三、PN结的形成及其单向导电性 物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气体、液体、固体均有之。 P区空穴浓度远高于N区。

PN 结的形成 因电场作用所产生的运动称为漂移运动。 由于扩散运动使P区与N区的交界面缺少多数载流子，形成内电场，从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从N区向P区、自由电子从P区向N 区运动。 漂移运动 因电场作用所产生的运动称为漂移运动。 参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同，达到动态平衡，就形成了PN结。

PN 结的单向导电性 必要吗？ PN结加正向电压导通： 耗尽层变窄，扩散运动加剧，由于外电源的作用，形成扩散电流，PN结处于导通状态。 耗尽层变宽，阻止扩散运动，有利于漂移运动，形成漂移电流。由于电流很小，故可近似认为其截止。 大家网注册电气工程师论坛：http://club.topsage.com/forum-598-1.html

四、PN 结的电容效应 1. 势垒电容 PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电相同，其等效电容称为势垒电容Cb。 2. 扩散电容 PN结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流子的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的过程，其等效电容称为扩散电容Cd。 结电容： 结电容不是常量！若PN结外加电压频率高到一定程度，则失去单向导电性！ 大家网注册电气工程师论坛：http://club.topsage.com/forum-598-1.html

问题 为什么将自然界导电性能中等的半导体材料制成本征半导体，导电性能极差，又将其掺杂，改善导电性能？ 为什么半导体器件的温度稳定性差？是多子还是少子是影响温度稳定性的主要因素？ 为什么半导体器件有最高工作频率？ 大家网注册电气工程师论坛：http://club.topsage.com/forum-598-1.html

§2 半导体二极管 一、二极管的组成 二、二极管的伏安特性及电流方程 三、二极管的等效电路 四、二极管的主要参数 五、稳压二极管 §2 半导体二极管 一、二极管的组成 二、二极管的伏安特性及电流方程 三、二极管的等效电路 四、二极管的主要参数 五、稳压二极管 大家网注册电气工程师论坛：http://club.topsage.com/forum-598-1.html

一、二极管的组成 将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。 稳压 二极管 发光 二极管 小功率二极管 大功率二极管 大家网注册电气工程师论坛：http://club.topsage.com/forum-598-1.html

一、二极管的组成 点接触型：结面积小，结电容小，故结允许的电流小，最高工作频率高。 面接触型：结面积大，结电容大，故结允许的电流大，最高工作频率低。 平面型：结面积可小、可大，小的工作频率高，大的结允许的电流大。 大家网注册电气工程师论坛：http://club.topsage.com/forum-598-1.html

二、二极管的伏安特性及电流方程 二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。 开启电压 击穿电压 反向饱和电流 温度的 电压当量 材料 导通电压 反向饱和电流 硅Si 0.5V 0.5~0.8V 1µA以下 锗Ge 0.1V 0.1~0.3V 几十µA 大家网注册电气工程师论坛：http://club.topsage.com/forum-598-1.html

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利用Multisim测试二极管伏安特性

从二极管的伏安特性可以反映出： 1. 单向导电性 从二极管的伏安特性可以反映出： 1. 单向导电性 正向特性为指数曲线 反向特性为横轴的平行线 2. 伏安特性受温度影响 T（℃）↑→在电流不变情况下管压降u↓ →反向饱和电流IS↑，U(BR) ↓ T（℃）↑→正向特性左移，反向特性下移 增大1倍/10℃

三、二极管的等效电路 1. 将伏安特性折线化 应根据不同情况选择不同的等效电路！ ？ 导通时△i与△u成线性关系 理想 二极管 理想开关 导通时 UD＝0截止时IS＝0 近似分析中最常用 导通时UD＝Uon 截止时IS＝0 ？ 应根据不同情况选择不同的等效电路！ 100V？5V？1V？

2. 微变等效电路 当二极管在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极管等效为一个电阻，称为动态电阻，也就是微变等效电路。 ui=0时直流电源作用 小信号作用 Q越高，rd越小。 静态电流 大家网注册电气工程师论坛：http://club.topsage.com/forum-598-1.html

四、二极管的主要参数 最大整流电流IF：最大平均值 最大反向工作电压UR：最大瞬时值 反向电流 IR：即IS 最高工作频率fM：因PN结有电容效应 第四版——P20 大家网注册电气工程师论坛：http://club.topsage.com/forum-598-1.html

讨论：解决两个问题 如何判断二极管的工作状态？ 什么情况下应选用二极管的什么等效电路？ 对V和Ui二极管的模型有什么不同？ V与uD可比，则需图解： ID 实测特性 Q uD=V－iR UD

五、稳压二极管 1. 伏安特性 2. 主要参数 由一个PN结组成，反向击穿后在一定的电流范围内端电压基本不变，为稳定电压。 限流电阻 1. 伏安特性 由一个PN结组成，反向击穿后在一定的电流范围内端电压基本不变，为稳定电压。 斜率？ 进入稳压区的最小电流 2. 主要参数 不至于损坏的最大电流 稳定电压UZ、稳定电流IZ 最大功耗PZM＝ IZM UZ 动态电阻rz＝ΔUZ /ΔIZ 若稳压管的电流太小则不稳压，若稳压管的电流太大则会因功耗过大而损坏，因而稳压管电路中必需有限制稳压管电流的限流电阻！

§1.3 晶体三极管 一、晶体管的结构和符号 二、晶体管的放大原理 三、晶体管的共射输入特性和输出特性 四、温度对晶体管特性的影响 §1.3 晶体三极管 一、晶体管的结构和符号 二、晶体管的放大原理 三、晶体管的共射输入特性和输出特性 四、温度对晶体管特性的影响 五、主要参数 大家网注册电气工程师论坛：http://club.topsage.com/forum-598-1.html

一、晶体管的结构和符号 为什么有孔？ 大功率管 中功率管 小功率管 晶体管有三个极、三个区、两个PN结。 多子浓度高 面积大 多子浓度很低，且很薄 晶体管有三个极、三个区、两个PN结。 大家网注册电气工程师论坛：http://club.topsage.com/forum-598-1.html

二、晶体管的放大原理 扩散运动形成发射极电流IE，复合运动形成基极电流IB，漂移运动形成集电极电流IC。 少数载流子的运动 因集电区面积大，在外电场作用下大部分扩散到基区的电子漂移到集电区 因基区薄且多子浓度低，使极少数扩散到基区的电子与空穴复合 因发射区多子浓度高使大量电子从发射区扩散到基区 基区空穴的扩散 扩散运动形成发射极电流IE，复合运动形成基极电流IB，漂移运动形成集电极电流IC。

IE－扩散运动形成的电流 电流分配： IE＝IB＋IC IB－复合运动形成的电流 IC－漂移运动形成的电流 交流电流放大系数 直流电流放大系数 穿透电流 为什么基极开路集电极回路会有穿透电流？ 集电结反向电流 大家网注册电气工程师论坛：http://club.topsage.com/forum-598-1.html

三、晶体管的共射输入特性和输出特性 1. 输入特性 为什么像PN结的伏安特性？ 为什么UCE增大曲线右移？ 1. 输入特性 为什么像PN结的伏安特性？ 为什么UCE增大曲线右移？ 为什么UCE增大到一定值曲线右移就不明显了？ 对于小功率晶体管，UCE大于1V的一条输入特性曲线可以取代UCE大于1V的所有输入特性曲线。 大家网注册电气工程师论坛：http://club.topsage.com/forum-598-1.html

2. 输出特性 对应于一个IB就有一条iC随uCE变化的曲线。 饱和区 放大区 截止区 β是常数吗？什么是理想晶体管？什么情况下 ? 为什么uCE较小时iC随uCE变化很大？为什么进入放大状态曲线几乎是横轴的平行线？ 放大区 截止区 β是常数吗？什么是理想晶体管？什么情况下 ? 大家网注册电气工程师论坛：http://club.topsage.com/forum-598-1.html

晶体管的三个工作区域 状态 uBE iC uCE 截止 ＜Uon ICEO VCC 放大 ≥ Uon βiB ≥ uBE 饱和 ＜βiB 晶体管工作在放大状态时，输出回路的电流 iC几乎仅仅决定于输入回路的电流 iB，即可将输出回路等效为电流 iB 控制的电流源iC 。

四、温度对晶体管特性的影响 大家网注册电气工程师论坛：http://club.topsage.com/forum-598-1.html

五、主要参数 直流参数： 、 、ICBO、 ICEO 交流参数：β、α、fT（使β＝1的信号频率） 极限参数：ICM、PCM、U（BR）CEO 最大集电极电流 c-e间击穿电压 最大集电极耗散功率，PCM＝iCuCE 安全工作区

讨论一 uCE=1V时的iC就是ICM U（BR）CEO 由图示特性求出PCM、ICM、U （BR）CEO 、β。 2.7 大家网注册电气工程师论坛：http://club.topsage.com/forum-598-1.html

讨论二：利用Multisim测试晶体管的输出特性 大家网注册电气工程师论坛：http://club.topsage.com/forum-598-1.html

讨论三 利用Multisim分析图示电路在V2小于何值时晶体管截止、大于何值时晶体管饱和。 描述输出电压与输出电压之间函数关系的曲线，称为电压传输特性。 大家网注册电气工程师论坛：http://club.topsage.com/forum-598-1.html