+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
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。 电气工程与自动化学院
14.2.2 PN结的单向导电性 1. PN 结加正向电压（正向偏置）
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14.3 二极管
二极管的结构示意图
金属触丝 N型锗片 阳极引线 阴极引线 N型硅 P 型硅 阳极引线 二氧化硅保护层
( a) 点接触型
铝合金小球 N 型硅
外壳
阴极引线
阳极引线 PN结 金锑合金 底座
( c) 平面型 D 阴极
阳极
阴极引线
( d) 符号
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
( b) 面接触型 图 1 – 12 半导体二极管的结构和符号 电气工程与自动化学院
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14.5 半导体三极管
14.5.1 基本结构
B E 二氧化碳保护膜 N型硅 B N型锗 P 铟球 C (b) 晶体管的结构 (a)平面型； (b)合金型 电气工程与自动化学院
三层、三区，两结结构
E P 铟球
P型硅 N型硅 C (a)
三层、三区，两结结构
14.5 半导体三极管
集电结 P N 集电极 发射极 E C 发射结 P N 集电结 P 集电极 C
发射结 发射极 E N 发射区 C
B 基极
基区 集电区 C N P N
发射区 C
基区 集电区 B 基极 C
IB
B
IC
B
IB
B T
IC
B
T E
P N P E
IE (a)
IE
E
E
(b)
晶体管的结构示意图和表示符号
(a)NPN型晶体管； (b)PNP型晶体管 电气工程与自动化学院
结构特点：
集电区： 面积最大 集电结 基极 B 发射结
Si
Si
空穴
温度愈高，晶体中产生的自由 价电子 电子愈多，导电能力愈强。
自由电子在运动的过程中如果与空穴相遇就会填 补空穴，使两者同时消失，这种现象称为复合 价电子填补空穴，形成空穴电流 电气工程与自动化学院
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)价电子递补空穴 →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产生的同时，又不断复合。当 达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。
温故而知新
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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第14章 半导体器件
第14章 二极管和晶体管
14.1 半导体的导电特性 14.2 PN结及其单向导电性 14.3 二极管 14.4 稳压二极管 14.5 三极管 14.6 光电器件
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第14章 二极管和晶体管
本章要求： 1.掌握半导体、本征半导体、杂质半导体的概念及特 点； 2. 理解PN结的形成过程，掌握PN结的导电特性； 3.了解二极管、稳压管的基本构造，掌握二极管的导电 特性和伏安特性曲线； 4.掌握三极管的电流分配和电流放大作用、放大条件、 特性曲线及主要参数； 5. 会分析含有二极管的电路； 6. 会判断三极管的类型和电极。
ui t ui
RL
uo
uo t
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例3：已知：管子为锗管，VA = 3V，VB = 0V。导通压 降为0.3V，试求：VY = ?
DA DB R -12V
解： 方法：先判二极管谁优先导通，
VY
VA VB
导通后二极管起嵌位作用 两端压降为定值。 因：VA > VB 故：DA优先导通 若：DA导通压降为0.3V 则：VY = 2.7V DB截止
14.3.2 伏安特性
特点：非线性 反向击穿 电压U(BR) 反向电流 在一定电压 范围内保持 常数。 I 正向特性 P + – N
硅0.6~0.8V 导通压降 锗0.2~0.3V U 死区电压 硅管0.5V 锗管0.1V
P
–
+N
反向特性 外加电压大于死区 电压二极管才能导通。
外加电压大于反向击 穿电压二极管被击穿， 失去单向导电性。
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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。
本征半导体导电特点： (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。 电气工程与自动化学院
14.1.2
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
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二极管电路分析举例
（1）选择参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的 电位，如果输入信号是交流信号，则需分段讨论。 （2）判断二极管工作状态（导通or截止），若有多个二极 管且互相影响，则正向压降最高的优先导通。
若 V阳 >V阴或 UD为正( 正向偏置 )，二极管导通 若 V阳 <V阴或 UD为负( 反向偏置 )，二极管截止
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14.1 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 导电能力介 于导体和绝 (可做成温度敏感元件，如热敏电阻 )。 缘体之间 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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14.3 二极管
14.3.1 基本结构 (a) 点接触型 结面积小、 结电容小、正 向电流小。用 于检波和变频 等高频电路。 (b)面接触型 结面积大、 正向电流大、 结电容大，用 于工频大电流 整流电路。
硅管 锗管
(c) 平面型 用于集成电路制作工艺中。PN结结面积可大可 小，用于高频整流和开关电路中。
– Si B
Si
硼原子 接受一个 电子变为 负离子
无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。
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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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14.1.1
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。
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自由电子 本征半导体的导电机理 价电子（获得一定能量）
Si Si
自由电子（带负电） 空穴（带正电） 这一现象称为本征激发。
Si Si
p+ Si
Si
多 余 电 子
掺杂后自由电子数目 大量增加，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。
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14.1.2
N型半导体和 P 型半导体 掺入三价元素
Si Si
空穴 掺杂后空穴数目大量 增加，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。
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14.2 PN结及其单向导电性 14.2.1 PN结的形成 空间电荷区也称 PN 结
少子的漂移运动 P 型半导体
－ － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － －
内电场越强，漂移运 动越强，而漂移使空间 电荷区变薄。
内电场 N 型半导体
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，反向电流越大。
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结论
1、PN 结具有单向导电性。 2、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。 3、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。 4、温度越高少子的数目越多，反向电流将随温 度的升高而增加。