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了解半导体的基本知识，理解PN结的单向导电性

掌握二极管的电路符号和特性，理解二极管的应用，了解其他类型的二极管

掌握三极管的电路符号、放大作用及伏安特性，了解三极管的主要参数

了解场效应管的结构、电路符号、伏安特性和主要参数，掌握场效应管的使用

第1章 常用半导体器件1.1 晶体二极管

1.2 二极管的应用电路

1.3 晶体三极管

1.4 场效应晶体管

1.5 实训 半导体器件的识别和使用

1.6 知识拓展本章大纲习题小结1.1.1 半导体的基本知识

自然界中的物质按导电能力强弱的不同，可分为导体、绝缘体和半导体三大类。1.1 晶体二极管1.半导体的定义及分类半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。常用的半导体材料有锗（Ge）、硅（Si）和砷（As）等。完全纯净的、不含杂质的半导体叫做本征半导体。如果在本征半导体中掺入其他元素，则称为杂质半导体。本征半导体有两种导电的粒子，一种是带负电荷的自由电子，另一种是相当于带正电荷的粒子-空穴。自由电子和空穴在外电场的作用下都会定向移动形成电流，所以人们把它们统称为载流子。在本征半导体中，每产生一个自由电子，必然会有一个空穴出现，自由电子和空穴成对出现，这种物理现象称为本征激发，如图1-1所示。图1-1 空穴与自由电子由于常温下本征激发产生的自由电子和空穴的数目很少，所以本征半导体的导电性能比较差。但当温度升高或光照增强时，本征半导体内的自由电子运动加剧，载流子数目增多，导电性能提高，这就是半导体的热敏特性和光敏特性；在本征半导体中掺入微量元素后，导电性能会大幅提高，这就是半导体的掺杂特性。在本征半导体中掺入不同的微量元素，就会得到导电性质不同的半导体材料。根据掺杂特性的不同，可制成两大类型的杂质半导体，即P型半导体和N型半导体 。由于常温下本征激发产生的自由电子和空穴的数目很少，所以本征半导体的导电性能比较差。但当温度升高或光照增强时，本征半导体内的自由电子运动加剧，载流子数目增多，导电性能提高，这就是半导体的热敏特性和光敏特性；在本征半导体中掺入微量元素后，导电性能会大幅提高，这就是半导体的掺杂特性。在本征半导体中掺入不同的微量元素，就会得到导电性质不同的半导体材料。根据掺杂特性的不同，可制成两大类型的杂质半导体，即P型半导体和N型半导体 。（１）P型半导体图1-2 P型半导体结构示意图 （2）N型半导体图1-3 P型半导体结构示意图 2.PN结及其导电性 图1-4 PN结的形成 把一块P型半导体和一块N型半导体设法“结合起来”，在交界面处将形成一个特殊的带电薄层-PN结。

P型半导体中的多数载流子-空穴和N型半导体中的多数载流子-电子因浓度差将发生扩散，结果使PN结中靠P区的一侧带负电，靠N区的一侧带正电，形成了一个由N区指向P区的电场，即PN结的内电场。内电场的存在将阻碍多数载流子继续扩散，所以又称为阻挡层，如图1-4所示。(1) 正向偏置 图1-5 PN结加正向电压 (2) 反向偏置 图1-6 PN结加反向电压 1.1.2 半导体二极管的结构及型号 在PN结两端分别引出一个电极，外加管壳即构成晶体二极管，

又称为半导体二极管 。 1.半导体二极管的结构 图1-7 二极管的结构类型图1-8 二极管的电路符号 2AP9二极管的名称含义：

2──代表二极管；

A──代表器件的材料。A为N型Ge（B为P型Ge，C为N型Si，D为P型Si）；

P──代表器件的类型。P为普通管（Z为整流管，K为开关管）；

9──用数字代表同类器件的不同规格。2.半导体二极管的型号 1.1.3 半导体二极管的特性 由于二极管是将P型和N型半导体结合在一起做成PN结，再封装起

来构成的，所以二极管本身就是一个PN结，具有单向导电性，如图

1-9和1-10所示。图1-9 二极管正向导通 图1-10 二极管反向截止1.1.3 半导体二极管的特性 二极管的伏安特性是表示二极管两端的电压和流过它的电流之间关

系的曲线，可用于说明二极管的工作情况。图1-11所示为锗二极管

2CP10的伏安特性。图1-11 二极管伏安特性1.1.4 二极管主要参数 【例1-1】由两个二极管构成的电路如图1-12（a）所示，输入信号u1和u2的波形如图（b）所示。忽略二极管的管某某，画出输出电压uo的波形 解：

（1）当u1=0，u2=0时，VD1、VD2均截止，uo=0。

（2）当u1=0，u2=U2时，VD1截止、VD2导通，uo=U2。

（3）当u1=U1，u2=U2时，∵U1>U2，∴VD1导通、VD2截止，uo=U1。

（4）输出uo波形如图1-13所示。家庭生活中使用的家用电器，很多都带有显示屏，而显示屏中

显示数字、符号的器件就是二极管，如图1-15所示 。1.2 二极管的应用电路 图1-15 显示屏1.2.1 常用各类二极管实物及应用 1.普通二极管图1-16 普通二极管普通二极管如图1-16所示，可用于高频检波、鉴频限幅没、小电流整

流等。整流电路的分析我们将在后面的章节中介绍 。2.整流二极管整流二极管如图1-17所示，可实现不同功率的整流 。图1-17 整流二极管1.2.1 常用各类二极管实物及应用 3.开关二极管图1-18 开关二极管开关二极管如图1-18所示，可用于电子计算机、脉冲控制和开关电路

中 。稳压二极管如图1-19所示，是一种大面积结构的二极管，它工作于反

向状态，当反向电压足够大时，由于齐纳和雪崩击穿，通过稳压二极

管的反向电流值变化很大，稳压二极管的两端电压变化很小。稳压二

极管一般在电路中起稳压作用 。4.稳压二极管图1-19 稳压二极管1.2.1 常用各类二极管实物及应用 5.发光二极管发光二极管如图1-20所示。发光二极管具有亮度高、清晰度高、电压

低（1.5～3V）、反应快、体积小、可靠性高、寿命长等特点，常用

于信号指示、数字和字符显示等 。图1-20 发光二极管1.2.2 限幅电路 利用二极管的单向导电性和导通后两端电压基本不变的特点，可组成限幅（削波）电路用来限制输出电压的幅度，限幅电路的原理图如图1-21所示。（ui为大于直流电源电压的正弦波）。

【例1-2】 二极管构成的限幅电路如图1-21所示，R＝1kΩ，UREF=2V，输入信号为ui为4V的直流信号，忽略二极管两端的压降，计算电路中的电流I和输出电压uo 。 解： 1.3.1 晶体三极管的结构

晶体三极管具有放大作用，使用非常广泛，在生活中的电视机、收音机等中都有应用 。1.3 晶体三极管1.晶体三极管的结构、分类及型号 通过一定的工艺将两个PN结结合在一起就构成了晶体三极管 。图1-23 晶体三极管的结构1.晶体三极管的结构、分类及型号 图1-24 三极管的结构示意图及符号2. 三极管的分类 按三极管所用半导体材料来分，有硅管和锗管两种；按三极管的导电极性来分，有PNP型和NPN型两种；按功率大小来分，有小功率管、中功率管和大功率管（功率在1W以上的为大功率管）；按频率来分，有低频管和高频管两种（工作频率在3MHz以上的为高频管）；按结构工艺来分，主要有合金管和平面管；按用途分，有放大管和开关管等。另外，从三极管的封装材料来分，有金属封装和玻璃封装，近年来多用硅铜塑料封装。常用三极管的外形如图1-25所示 。3. 三极管的型号 国家标准对半导体器件型号的命名规则如下。

例如：3DG110B

3—代表三极管。

D—代表半导体材料。A表示锗PNP管、B表示锗NPN管、C表示硅PNP管、D表示硅NPN管。

G—代表半导体器件的种类。X表示低频小功率管、D表示低频大功率管、G表示高频小功率管、A表示高频大功率管、K表示开关管。

110—代表同种器件型号的序号。

B—表示同一型号中的不同规格。图1-25 常用三极管的外形1.3.2 晶体三极管的放大原理 1.三极管的偏置三极管是电子技术中的核心元件之一，它主要用于实现电流放大。三极管要起到放大作用（工作在放大状态），必须具备内部和外部两个条件。内部条件就是三极管自身的内部结构要具备如下特点：①发射区和集电区虽然是同种半导体材料，但发射区的掺杂浓度远远高于集电区的，集电区的空间比发射区的空间大；②基区很薄，并且掺杂浓度特别低。外部条件是要给三极管加合适的工作电压，如图1-26所示 。2.三极管的电流放大作用三极管是一种电流控制器件，可以实现电流的放大。下面通过实验来说明三极管的电流放大作用。图1-27 三极管的电流放大作用实验电路表1-2 三极管的电流分配数据 （单位：mA）2.三极管的电流放大作用从实验数据可得出如下结论。

（1）电流分配关系

三极管各电极间的电流分配关系满足：IE=IB+IC，无论是NPN型还是PNP型三极管，均符合这一规律。如果将三极管看成节点，那么三极管各电极间的电流关系应满足基尔霍夫节点电流定律，即流入三极管的电流之和等于流出三极管的电流之和。（2）基极电流变化引起集电极电流变化，但集电极与基极电流之比保持不变，为一常数，用公式表示为（3）基极电流有一微小的变化量?IB时，集电极电流就会有一个较大的变化量?IC，三极管的这一特性称为交流电流放大作用，用公式表示为 【例1-3】 据表1-2的实验数据，试计算这只三极管在IB由0.01mA变化到0.02mA时的电流放大系数。

解：

由表1-2可知，当IB由0.01mA变化到0.02mA时，IC从0.56mA上升到1.14mA。1.3.3 晶体三极管的特性 1.三极管的输入特性三极管的特性反映了三极管各电极间电压和电流之间的关系，是分析具体放大电路的重要依据，是三极管特性的主要表示形式，主要包括输入特性和输出特性 。2.三极管的输出特性输出特性是指当IB为一固定值时，输出回路中IC和UCE之间的关系。输出特性曲线如图1-29所示。根据输出特性曲线，三极管的工作区域可以分为截止区、饱和区和放大区3种。 【例1-4】 根据各个电极的电位，说明图1-30所示三极管的工作状态。

解：

根据三极管各个电极的电位，可知图1-30（a）的发射结和集电结都反向偏置，所以这个三极管工作在截止状态。图1-30（b）的发射结正向偏置，集电结反向偏置，所以这个三极管工作在放大状态。图1-30 例1-4 1.3.4 晶体三极管主要参数 场效应晶体管（FET）是一种电压控制型器件，它利用电场效应来控制半导体中多数载流子的运动，以实现放大作用。场效应管不仅输入电阻非常高（一般可达到几百兆欧到几千兆欧）、输入端电流接近于零（几乎不向信号源吸取电流），而且还具有体积小、重量轻、噪声低、省电、热稳定性好、制造工艺简单、集成容易等优点，是放大电路中理想的前置输入器件。

场效应管也是由PN结构成，按结构不同可分为结型场效应管（JFET）和绝缘栅型场效应管（MOS）两种；按导电沟道可分为N沟道和P沟道两种，在电路中用箭头方向区别。目前广泛应用的是MOS场效应管 。1.4 场效应晶体管 1.4.1 结型场效应管 1.结型场效应管的结构 结型场效应管是利用导电沟道之间耗尽区的宽窄来控制电流 。 图1-32 结型场效应管的外形 图1-33 结型场效应管结构示意图 图1-34 结型场效应管符号2.结型场效应管的伏安特性 图1-35 结型场效应管转移特性曲线 图1-36 结型场效应管输出特性曲线3. 场效应管的放大作用1.4.2 绝缘栅场效应管 1.绝缘栅场效应管的结构和符号 栅极和其他电极及硅片之间是绝缘的，称为绝缘栅场效应管 。 图1-38 增强型N沟道绝缘栅场效应管的结构 图1-39 增强型绝缘栅场效应管的电路符号 图1-40 耗尽型N沟道绝缘栅场效应管的结构图1-41 耗尽型绝缘栅场效应管的电路符号2.绝缘栅场效应管的伏安特性 （1）增强型N沟道绝缘栅场效应管的伏安特性 图1-42 增强型N沟道绝缘栅场效应管的伏安特性（2）耗尽型N沟道绝缘栅场效应管的伏安特性 图1-43 耗尽型N沟道绝缘栅场效应管的伏安特性3.场效应管主要参数 1.4.3 场效应管的使用 使用场效应管某某，不得超出其规定值，特别是对于MOS管，由于SiO2绝缘层的电阻非常大，栅极上即使感应出很少的电荷也难以泄放掉。尤其是极间电容小的管子，栅极上即使感应很少的电荷，栅源极间也会出现很高的电压，很可能将SiO2绝缘层击穿，从而损坏管子。因此，管子使用前后栅源极间都必须保持一定的直流通路。

焊接时，应用裸导线捆绕3个电极，使之短路，然后将电烙铁脱离电源，并接好地，以防感应电荷；保存管子时，也应将3个电极短路，以免损坏。

结型场效应管可用万用表定性地检查，检查各PN结正反向电阻及漏源之间的电阻值。绝缘栅场效应管不能用万用表检查，必须用测试仪，而且要在接入测试仪后才能去掉各极短路线。取下时，则应先短路再取下，关键在于避免栅极悬空。

在要求输入电阻较高的场合，必须采取防潮措施，以免由于湿度影响使效应管的输入电阻降低。另外，陶瓷封装的芝麻管有光敏特性，应注意避光使用 1.4.4 场效应管和三极管 1.5 实训 半导体器件的识别和测试 一 实训目的

1.熟悉二极管、三极管、场效应管的外形及引脚的识别方法；

2.练习查阅半导体器件手册，熟悉二极管、三极管和场效应管的类别、型号及主要性能参数；

3.掌握用万用表判别二极管、三极管和场效应管的管脚、管型与质量的方法；

4.测试二极管的单向导电性；

5.学习二极管伏安特性曲线的测试方法；

6.掌握三极管应用电路的测试方法；

7.加深对三极管放大特性、三种工作状态的理解；视频：二极管 内容过长，仅展示头部和尾部部分文字预览，全文请查看图片预览。 型的器件，改变基极电流就可以控制集电极电流。三极管的特性可用输入特性和输出特性来描述，其性能可以用一系列参数来表征。有三个工作区：饱和区、放大区和截止区。

⑤场效应管分为JFET和MOSFET两种。工作时只有一种载流子参与导电，因此称为单极性晶体管。场效应管是一种电压控制电流型器件。改变其栅源电压就可以改变其漏极电流。场效应管的特性可用转移特性和输出特性来描述。其性能可以用一系列参数来表征。

小 结1．二极管的伏安特性可简单理解为 导通、 截止的特性。导通后，硅管的管某某约为 ，锗管的管某某约为 。

2．PNP型三极管处于放大状态时，三个电极中电位最高的是 ， 极电位最低。

3．场效应管主要有 和 两类。

4．某晶体管电路中，已知晶体管工作于放大状态，现用万用笔测得三只管脚对地的电位是：1脚5V，2脚2V，3脚1.4V。试判断管子类型、材料及管脚的极性。 习 题[文章尾部最后500字内容到此结束,中间部分内容请查看底下的图片预览]请点击下方选择您需要的文档下载。

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