阳极
阴极 LED
LED
R
E
(a)
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光电二极管
光电二极管的又称为光敏二极管，其工作原理恰好与 发光二极管相反。当光线照射到光电二极管的PN结时， 能激发更多的电子，使之产生更多的电子空穴对，从 而提高了少数载流子的浓度。在PN结两端加反向电压 时反向电流会增加，所产生反向电流的大小与光的照 度成正比，所以光电二极管正常工作时所加的电压为 反向电压。为使光线能照射到PN结上，在光电二极管 的管壳上设有一个小的通光窗口。
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2.杂质半导体
（1） N型半导体 在纯净半导体硅或锗中掺入磷、砷、锑等5价元素，由 于这类元素的原子最外层有5个价电子，故在构成的共 价键结构中，由于存在多余的价电子而产生大量自由电 子，这种半导体主要靠自由电子导电，称为电子半导体 或N型半导体，其中自由电子为多数载流子，热激发形 成的空穴为少数载流子。
2．PN结的单向导电性
①外加正向电压（也叫正向偏置即正极接P区、负极 接N区）
外加电场与内电场方向相反，内电场削弱，扩散运
动大大超过漂移运动，N区电子不断扩散到P区，P 区空穴不断扩散到N区，形成较大的正向电流，这 时称PN结处于导通状态。 空间电荷区
变窄
＋
P I 外电场
＋N
＋
内电场
E
R
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半导体器件是用半导体材料制成的电子器 件。常用的半导体器件有二极管、三极管、 场效应晶体管等。半导体器件是构成各种 电子电路最基本的元件。
3.1.1 半导体
半导体：导电性能介于导体和绝缘体之 间的物质，如硅(Si)、锗(Ge)。硅和锗是 4价元素，原子的最外层轨道上有4个价 电子。
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682()
R可 取 标 称 值470。
（ 标 称 系 列 值1：0,11,12,13,15,16,18,20,22,24,27,
30,33,36,39,43,47,51,56,62,68,75,82,91）
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发光二极管
当发光二极管的PN结加上正向电压时，电子与空穴 复合过程以光的形式放出能量。 不同材料制成的发光二极管会发出不同颜色的光。 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， 是一种很有用的半导体器件，常用于信号指示、数 字和字符显示。
②外加反向电压（也叫反向偏置即正极接N区、 负极接P区） 外加电场与内电场方向相同，增强了内电场，多 子扩散难以进行，少子在电场作用下形成反向电 流，因为是少子漂移运动产生的，反向电流很小 ，这时称PN结处于截止状态。
空间电荷区
变宽
＋＋＋
P
＋＋＋ N
＋＋＋
内电场
外电场
I
E
R
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(b)伏安特性 图3-12
(c)稳压电路
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（3）稳压二极管构成的稳压电路 解：（1）选择DZ ：
例1.2.4 设计如图1.2.13 所示 VZ VO 6V
稳压管稳压电路，已知VO=6V， I Z max I Lmax ( 2 ~ 3)
输入电压VI 波动10%， RL=1k。
• 温度系数
稳压管的 伏安特性
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稳压二极管稳压过程
RL不变， Ui↑→ UZ ↑→ IZ ↑→ I ↑ = IZ + IL → UZ ↓= Ui- IR Ui不变, RL ↓ → UZ ↓ → IZ ↓ → I ↓ = IZ + IL → UZ ↑= Ui- IR
(a) 符号
3.理想二极管
理想二极管特性，正偏时相当于短路；反偏时相当于开 路。
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4.二极管应用举例（可用于整流、检波、限幅、开
关等电路）二极管基本电路及模型分析法
（1）二极管的静态工作情况分析
R 10K
R 10K
R 10K
+ VDD 20V
—
ID + + VD VDD 20V
第3章 半导体器件
学习要点
二极管的工作原理、伏安 特性和主要参数 双极型三极管的放大作用、 输入和输出特性曲线及主 要参数
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第3章 半导体器件
3.1 PN结与半导体二极管 3.2 半导体三极管 3.3 场效应晶体管
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3.1 PN结与半导体二极管
3.1.3 半导体二极管
一个PN结加上相应的电极引线并用管壳封装起来，就构 成了半导体二极管，简称二极管。
半导体二极管按其结构不同可分为点接触型和面接 触型和平面型三大类 。
点接触型二极管PN结面积很小，结电容很小，多用 于高频检波及脉冲数字电路中的开关元件。
面接触型二极管PN结面积大，结电容也小，多用在 低频整流电路中。
自由电子 空穴
多数载流子（简称多子）
少数载流子（简称少子） Back Next Home
（2） P型半导体
在纯净半导体硅或锗中掺入硼、铝、镓等3价元素， 由于这类元素的原子最外层只有3个价电子，故在构 成的共价键结构中，由于缺少价电子而形成大量空 穴，这类掺杂后的半导体其导电作用主要靠空穴运 动，称为空穴半导体或P型半导体，其中空穴为多数 载流子，热激发形成的自由电子是少数载流子。
(2 ~ 3) V0 RLmin
R
+
IR
IL
+
IZ
(2 ~ 3) 6 A 1000
(12 ~ 18)m A
VI DZ
-
VO RL
-
稳压管稳压电路
查手册，选择DZ 为 2CW13，VZ =(5~6.5V) ， IZmax=38mA, IZmin=5mA
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（2）选择限流电阻R：
空穴 自由电子
多数载流子（简称多子） 少数载流子（简称少子）
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＋＋＋ ＋ ＋＋＋ ＋ ＋＋＋ ＋
N 型半导体
P 型半导体
无论是P型半导体还是N型半导体都是中 性的，对外不显电性。
掺入的杂质元素的浓度越高，多数载流 子的数量越多。
少数载流子是热激发而产生的，其数量 的多少决定于温度。
阳极
阴极
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LED(a)发光二极管来自(b)光电二极管 LD
(c)变容二极管 (d)激光二极管
其它二极管
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3.2 半导体三极管
3.2.1 三极管的结构及符号
半导体三极管是由两个背靠背的PN结构成 的。在工作过程中，两种载流子（电子和空 穴）都参与导电，故又称为双极型晶体管， 简称晶体管或三极管。
I /mA
40 30 20
-60 -40 -20 10
正向特性
0 0.4 0.8 U /V 反向特性
（2）反向特性
外加反向电压时， PN结处于截止状态，反向电流 很小。
反向电压大于击穿电压时，反向B电ac流k急剧N增e加xt。 Home
2. 半导体二极管的主要参数
（1）最大整流电流IOM：指管子长期运行时，允许通过 的最大正向平均电流。 （2）反向击穿电压UB：指管子反向击穿时的电压值。 （3）最大反向工作电压UDRM：二极管运行时允许承受 的最大反向电压（约为UB 的一半）。 （4）最大反向电流IRM：指管子未击穿时的反向电流， 其值越小，则管子的单向导电性越好。 （5）最高工作频率fm：主要取决于PN结结电容的大小。
-- —
ID
++ VD VDD
20V
-- —
ID +
+ VD
Von —
--
(a) 原电路
(b) 理想模型电路
(c) 恒压降模型电路
例1的电路图
例1 求上图（a）所示电路的硅二极管电流ID和电压VD。
解：（1）理想模型，VD=0， （2）恒压降模型，VD=0.7V，
则
ID

VDD VD R
20 0 2mA 10K
PZ=BUaZIcZkM Next Home
（1）稳压二极管的伏安特性
利用二极管反向击穿特 性实现稳压。稳压二极管稳 压时工作在反向电击穿状态。 其伏安特性如图1.2.12所示。
（2）稳压二极管的主要参数
• 稳定电压VZ • 稳定电流IZ（ IZmin 、IZmin ） • 额定功耗PZM • 动态电阻rZ
VI VO (12 ~ 18)V , 取VI 15V
Rmin
VI max VO I Z max IO

15(1 10% ) 6 38 103 6 / 1000 241()
Rmax
VI min I Z min
VO IO

15(1 10% ) 6 5 103 6 / 1000
两个PN结，把半导体分成三个区域。 这三个区域的排列，可以是N-P-N，也可以 是P-N-P。因此，三极管有两种类型：NPN 型和PNP型。
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NPN型
集电结
B 发射结
PNP型
集电结 B 发射结
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3.1.2 PN结及其单向导电性
1．PN结的形成
半导体中载流子有扩散运动和漂移运动两 种运动方式。载流子在电场作用下的定向运 动称为漂移运动。在半导体中，如果载流子 浓度分布不均匀，因为浓度差，载流子将会 从浓度高的区域向浓度低的区域运动，这种 运动称为扩散运动。
将一块半导体的一侧掺杂成P型半导体， 另一侧掺杂成N型半导体，在两种半导体的