下篇:电子技术
第七章半导体器件
7．1基本要求
（1）掌握PN结的单向导电性。
（2）熟悉二极管、稳压管、三极管、场效应管的基本结构、特性曲线和主要参数。
（3）学会分析整流及滤波电路，并对其进行简单的计算。
（4）掌握晶体三极管的电流分配和放大作用。
7．2基本内容
7.2.1PN结与二极管
P型半导体和N型半导体的结合形成PN结。
内部结构条件——发射区高掺杂，其中多数载流子浓度很高；基区很薄，且低掺杂，则基区中多子的浓度很低。
外部条件——外加电源极性应使发射结正向偏置，集电结反向偏置。
在满足上述条件的前提下，三极管中载流子的运动经历发射、复合和扩散以及收集等过程，最后，使三极管中的电流分配符合以下关系：
，且
当基极电流 发生微小的变化时，相应的集电极电流 将有较大的变化，集电极电流的变化量 比基极电流的变化量 大 倍，即
实际二极管：正向电压超过二极管的死区电压（硅：0.5V；锗：0.1V），二极管才能导通。一旦导通，二极管有一定正向电压降（硅：0.6~0.7V；锗：0.2~0.3V）。二极管反向截止，反向电流IR≠0。
主要参数：最大整流电流、反向工作峰值电压。
7.2.2．整流电路
整流就是利用二极管单向导电特性，将交流电转变为直流电的过程。整流二极管可视为理想二极管。在分析整流电路时，应抓住“二极管在正向电压作用下导通，而在反向电压作用下截止”这个基本点，并且弄清楚在交流正半周和负半周期间电流的通路方向，从而确定负载电压的+、-极性。整流电路以桥式电路用的最多。
7.3.2．三极管的放大作用
从三极管的结构看，由NPN和PNP两种类型。但是，无论哪一种类型，管子内部都有三个区、两个PN结，并引出三个电极。三个区——发射区、基区和集电区；两个PN结——发射结和集电结；三个电极——发射极e、基极b和集电极c。
为了实现放大作用，三极管的内部结构和外部所加电源的极性必须满足一定的条件：
表7-1
电路形式
输入交流电压（有效值）
负载电压平均值UO
流过二极管电流的平均值ID
二极管承受的最大反向电压URM
单相半波整流电路
U2
0.45 U2
（RL–负载电阻）
单相桥式全波整流电路
U2
0.9 U2
7.2.3．滤波电路
滤波电路的作用是尽量降低直流电压中的脉动成分，同时尽量保留其中的直流成分，使输出电压的波更加平滑。
（3）滤波器：减小整流电压的脉动程度，以适合负载的需要。
（4）稳压环节：在交流电源电压波动或负载变动时，使直流输出电压稳定。在对直流电压的稳定程度要求较低的电路中，稳压环节也可以不要。
7．4例题与习题解答
7.4.1例题
例7-1如何用万用表判断二极管的正极和负极以及二极管的好坏？
解：
本题求解的关键是正确判断二极管是否导通。二极管正向电压只有零点几伏时导通，其电阻很小；二极管反向电压小于反向击穿电压时截止，其电阻很大。
常用的滤波电路有：电容滤波电路、电感滤波电路、复式滤波电路。表7-2所示为接有滤波电容器时的数据。
表7-2
电路形式
输入交流电压（有效值）
空载时输出电压UO
负载时输出电压UO（估计值）
流过二极管电流的平均值ID
二极管承受的最大反向电压URM
半波整流电容滤波
U2
U2
全波整流电容滤波
2 U2
1.2 U2
2
如图7-2所示电路中，虚线框为万用表。万用表笔头正极（红色）是万用表内部电池的负极，而万用表笔头负极（黑色）是内部电池的正极。若测得二极管为较小正向电阻，则黑笔所触及的是二极管的正极，红笔所触及的是二极管的负极。若测得正向电阻较小，则二极管是好的。若测得正向电阻、反向电阻均接近于0，则二极管已击穿损坏。若正反电阻均为 ，则二极管内部断线。
从而实现了电流放大作用。
7.3.3．直流稳压电源原理
直流稳压电源由四个环节组成：变压器、整流电路、滤波器及稳压电路。
半导体直流电源的原理图如图7-1所示，表示把交流电变为直流的过程。
图7-1直流稳压电源原理图
（1）变压器：将交流电源电压变换为符合整流需要的电压。
（2）整流电路：将交流电压变换为单向脉动电压。其中的整流元件（晶体二极管）所以能整流，是因为它具有单向导电的特性。
场效应晶体管有两种类型：结型场效应管和绝缘栅场效应管。场效应管的栅极对应于三极管的基极，源极对应于发射极，漏极对应于集电极。与三极管相比，场效应管具有输入电阻高、噪声低的特点，因而获得广泛的应用。
7．3重点与难点
7.3.1．半导体二极管的应用
（1）整流电路：利用二极管单向导电特性，将交流电转变为直流电。
（2）限幅电路：将输出电压限制在某一特定幅值，有单向限幅和双向限幅两种。
（3）钳位电路：将输出电压的幅值限制在某一预定电位。
（4）检波电路：将高频交流信号变成单方向脉动信号。
（5）稳压二极管可实现简单稳压、电路削波等。
二极管和稳压管的具体应用在以后的习题及相关的部分章节中都有所体现，学生应通过更多练习，深入理解并掌握二极管和稳压管的具体应用。
7.2.5．三极管
按内部结构三极管有两种类型：NPN型和PNP型。计算中，一般可认为： 。
根据三极管的输出特性曲线，分为三个区：
（1）饱和区： ，发射结正向偏置，集电结亦正向偏置， 处于饱和状态。
（2）截止区： ，三极管没有放大能力。
（3）放大区： 与 成正比，即 ，三极管起放大作用。
7.2.6．场效应晶体管
PN结的主要性质——单向导电性：一个PN结外加正向电压时，呈现很小的正向电阻，有较大的正向电流；当加反向电压时，呈现很大的反向电阻，只有很小的反向饱和电流。
二极管就是利用一个PN结，加上外壳，引出两个电极而制成的，它具有单向导电性。
理想二极管：导通时，正向压降UD=0，正向电阻近阻为无穷大，相当于一个开关关断的状态。
桥式整流电容滤波
U2
1.2 U2
7.2.4．稳压管及稳压管稳压电路
稳压管是具有稳压特性的特殊二极管。稳压管工作在反向击穿区有稳压作用，稳压管的正常工作需具备三个条件：（1）稳压管两端需加反向电压；（2）在电路中必须接有限流电阻，使其电流不超过 ；（3）限流电阻前的外加电压应大于它的稳定电压 。
稳压管稳压电路能在电网电压或负载电流波动时自动维持输出电压的稳定。稳压管要与负载并联，适当选择串联限流电阻，使稳压管工作在击穿区，利用稳压管端电压的微小变化而能引起电流的较大变化，并通过限流电阻调整了电压，以维持输出电压的稳定。