第1章 常用半導體器件1

第1章常用半導體器件

補充:

半導體的基礎知識1.1二極管1.2晶體管1.3場效應晶體管補充：半導體的基礎知識

物體根據導電能力的強弱可分為導體、半導體和絕緣體三大類。凡容易導電的物質（如金、銀、銅、鋁、鐵等金屬物質）稱為導體；不容易導電的物質（如玻璃、橡膠、塑料、陶瓷等）稱為絕緣體；導電能力介于導體和絕緣體之間的物質（如硅、鍺、硒等）稱為半導體。

半導體之所以得到廣泛的應用，是因為它具有熱敏性、光敏性、摻雜性等特殊性能。

1.熱敏性所謂熱敏性就是半導體的導電能力隨著溫度的升高而迅速變化。

半導體的電阻率對溫度的變化十分敏感。例如純凈的鍺從20℃升高到30℃時，它的電阻率幾乎減小為原來的1/2。

2.光敏性半導體的導電能力隨光照的變化有顯著改變的特性叫做光敏性。

一種硫化鎘薄膜，在暗處其電阻為幾十兆歐姆，受光照后，電阻可以下降到幾十千歐姆，只有原來的1%。自動控制中用的光電二極管和光敏電阻，就是利用光敏特性制成的。而金屬導體在陽光下或在暗處，其電阻率一般沒有什么變化。

3.雜敏性所謂雜敏性就是半導體的導電能力因摻入適量雜質而發(fā)生很大的變化。

在半導體硅中，只要摻入億分之一的硼，電阻率就會下降到原來的幾萬分之一。利用這一特性，可以制造出不同性能、不同用途的半導體器件。而金屬導體即使摻入千分之一的雜質，對其電阻率也幾乎沒有什么影響。半導體之所以具有上述特性，根本原因在于其特殊的原子結構和導電機理。

一、本征半導體

本征半導體是一種純凈的半導體晶體。常用的半導體材料是單晶硅（Si）和單晶鍺（Ge）。半導體硅和鍺都是4價元素，其原子結構如圖1.1(a),(b)所示。

圖1.1半導體的原子結構示意圖

（a）硅原子；（b）鍺原子；（c）簡化模型本征半導體晶體結構示意圖如圖1.2所示。各原子間整齊而有規(guī)則地排列著，使每個原子的4個價電子不僅受所屬原子核的吸引，而且還受相鄰4個原子核的吸引，每一個價電子都為相鄰原子核所共用，形成了穩(wěn)定的共價鍵結構。每個原子核最外層等效有8個價電子，由于價電子不易掙脫原子核束縛而成為自由電子，因此，本征半導體導電能力較差。圖1.2單晶硅的共價鍵結構但是，如果能從外界獲得一定的能量（如光照、溫升等），有些價電子就會掙脫共價鍵的束縛而成為自由電子，在共價鍵中留下一個空位，稱為“空穴”?？昭ǖ某霈F使相鄰原子的價電子離開它所在的共價鍵來填補這個空穴，同時，這個共價鍵又產生了一個新的空穴。這個空穴也會被相鄰的價電子填補而產生新的空穴。這種電子填補空穴的運動相當于帶正電荷的空穴在運動，并把空穴看成一種帶正電荷的載流子。

空穴越多，半導體的載流子數目就越多，因此形成的電流就越大。在本征半導體中，空穴與電子是成對出現的，稱為電子—空穴對。其自由電子和空穴數目總是相等的。

本征半導體在溫度升高時產生電子—空穴對的現象稱為本征激發(fā)。溫度越高，產生的電子—空穴對數目就越多，這就是半導體的熱敏性。在半導體中存在著自由電子和空穴兩種載流子，而導體中只有自由電子這一種載流子，這是半導體與導體的不同之處。

二、雜質半導體在本征半導體中摻入微量的雜質元素，就會使半導體的導電性能發(fā)生顯著改變。根據摻入雜質元素的性質不同，雜質半導體可分為P型半導體和N型半導體兩大類。

1.P型半導體

P型半導體是在本征半導體硅（或鍺）中摻入微量的3價元素（如硼、銦等）而形成的。圖1.3P型半導體的共價鍵結構

因雜質原子只有3個價電子，它與周圍硅原子組成共價鍵時，缺少1個電子，因此在晶體中便產生一個空穴，當相鄰共價鍵上的電子受熱激發(fā)獲得能量時，就有可能填補這個空穴，使硼原子成為不能移動的負離子，而原來硅原子的共價鍵因缺少了一個電子，便形成了空穴，使得整個半導體仍呈中性，如圖1.3所示。在P型半導體中，原來的晶體仍會產生電子—空穴對，由于雜質的摻入，使得空穴數目遠大于自由電子數目，成為多數載流子(簡稱多子)，而自由電子則為少數載流子(簡稱少子)。因而P型半導體以空穴導電為主。

2.N型半導體

N型半導體是在本征半導體硅中摻入微量的5價元素（如磷、砷、鎵等）而形成的，雜質原子有5個價電子與周圍硅原子結合成共價鍵時，多出1個價電子，這個多余的價電子易成為自由電子，如圖1.4所示。

綜上所述，在摻入雜質后，載流子的數目都有相當程度的增加。因而對半導體摻雜是改變半導體導電性能的有效方法。圖1.4N型半導體的共價鍵結構

PN結及其單向導電性

PN結的形成多數載流子因濃度上的差異而形成的運動稱為擴散運動，如下圖所示。多子擴散示意圖

由于空穴和自由電子均是帶電的粒子，所以擴散的結果使P區(qū)和N區(qū)原來的電中性被破壞，在交界面的兩側形成一個不能移動的帶異性電荷的離子層，稱此離子層為空間電荷區(qū)，這就是所謂的PN結，如圖所示。在空間電荷區(qū)，多數載流子已經擴散到對方并復合掉了，或者說消耗盡了，因此又稱空間電荷區(qū)為耗盡層。PN結的形成

空間電荷區(qū)出現后，因為正負電荷的作用，將產生一個從N區(qū)指向P區(qū)的結內電場。內電場的方向，會對多數載流子的擴散運動起阻礙作用。同時，內電場則可推動少數載流子（P區(qū)的自由電子和N區(qū)的空穴）越過空間電荷區(qū)，進入對方。少數載流子在內電場作用下有規(guī)則的運動稱為漂移運動。漂移運動和擴散運動的方向相反。無外加電場時，通過PN結的擴散電流等于漂移電流，PN結中無電流流過，PN結的寬度保持一定而處于穩(wěn)定狀態(tài)。

如果在PN結兩端加上不同極性的電壓，PN結會呈現出不同的導電性能。

PN結P端接高電位，N端接低電位，稱PN結外加正向電壓，又稱PN結正向偏置，簡稱為正偏，此時結電場被削弱，形成較大的正向電流，稱為正偏導通。如圖所示。

PN結P端接低電位，N端接高電位，稱PN結外加反向電壓，又稱PN結反向偏置，簡稱為反偏，此時增強了結電場的作用，形成的反向電流極小，如圖所示。

PN結的單向導電性：PN結外加正向電壓，PN結的電阻很小，正向電流大，PN結導通；外加反向電壓時，PN結的電阻很大，反向電流很小，PN結截止。

半導體器件是電子電路的核心元件，常用的半導體器件主要有二極管、晶體管和場效應管等。了解它們的內部結構，掌握它們的外部特性、主要參數指標以及正確的使用方法，是學習電子技術和分析電子電路的重要基礎。

1.1二極管知識點

(1)二極管的基本特性、主要參數以及基本應用。

(2)穩(wěn)壓二極管、發(fā)光二極管和光電二極管的特性及應用。技能點

(1)掌握二極管、穩(wěn)壓管的測試及選用方法。

(2)掌握發(fā)光二極管、光電二極管的測試方法。第1章常用半導體器件返回

1.1.1二極管簡介

1、二極管的結構、符號、外形和類型

二極管是由一個PN結加上電極引線封裝而成。由P區(qū)引出的電極稱為陽極或正極，由N區(qū)引出的電極稱為陰極或負極。二極管的結構、符號如圖1-1所示。圖1-1二極管的結構及符號

常見的二極管外形如圖1-2a所示。除了在外殼上用二極管的符號來標識正、負電極外，有的二極管用色環(huán)（或色點）來標識二極管的負極，大功率螺拴式二極管帶螺紋的一端則是負極。

a)常見外形b)點接觸型c)面接觸型圖1-2二極管的外形和類型

其中：點接觸型頻率特性好，適用于高頻工作，面接觸型能通過較大的電流，適用于整流電路中。

2、二極管導電特性的演示

在圖a中，電源的正極連接到二極管的正極，使二極管的正極電位高于負極電位（這種電壓偏置稱為正向偏置），指示燈亮，表明電路中通過較大的正向電流，二極管這種狀態(tài)稱為導通；在圖b中，將二極管的極性對調，電源的正極連接到二極管的負極，使二極管的正極電位低于負極電位（這種電壓偏置稱為反向偏置），此時指示燈滅，表明電路中無電流通過，二極管這種狀態(tài)稱為截止。a)導通狀態(tài)b)截止狀態(tài)圖1-3二極管導電特性的演示

由此可見：

二極管的基本特性是單向導電性：正向偏置時導通，反向偏置時截止。二極管符號的箭頭代表了正向電流的方向，外加電壓的方向與箭頭方向一致時二極管導通，反之則截止。二極管的核心是一個PN結，其單向導電性是由PN結的特性決定的。

1.1.2二極管的特性和主要參數

1、二極管的特性

二極管的伏安特性是指二極管兩端電壓和流過二極管電流之間的關系。圖1-4二極管伏安特性曲線

1）正向特性

二極管正極接高電位，負極接低電位，二極管為正向偏置（正偏）。二極管的正偏時存在死區(qū)，相應的電壓被稱為死區(qū)電壓。死區(qū)電壓與環(huán)境溫度有關，常溫下硅管的死區(qū)電壓約為0.5V，鍺管的約為0.1V。

當正向電壓超過死區(qū)電壓后，二極管進入導通狀態(tài)，正向電流迅速增大，二極管兩端的電壓的變化很小，正向導通電壓近似為一個穩(wěn)定值，在工程估算中，通常取硅管的正向導通電壓為0.7V，鍺管的為0.3V。

2）反向特性二極管正極接低電位，負極接高電位，二極管為反向偏置（反偏）。二極管反偏時存在一個很微弱的反向電流，其基本不隨反向電壓的增大而變化，這個電流稱為反向飽和電流IR。反向電流（又稱為漏電流）越小表明二極管的單向導電性越好。如圖所示，硅管的反向特性優(yōu)于鍺管。反向電壓增大到某一值時，反向電流突然增大，這種現象稱為反向擊穿，此時對應的電壓稱為反向擊穿電壓，用UBR表示，此時，二極管失去了單向導電性，如果沒有適當的限流措施，二極管將會過流損壞。普通二極管不允許工作在反向擊穿狀態(tài)?？梢?，二極管正偏導通，具有非線性特征；反偏截止，通過的反向電流極小可以忽略。

2、二極管的主要參數

最大整流電流IFM

是指二極管長時間使用時，允許通過的最大正向平均電流。正常使用時正向電流必須小于此值。

因為電流通過ＰＮ結時要引起管子發(fā)熱。電流太大，發(fā)熱量超過限度，就會使ＰＮ結燒壞。最高反向工作電壓URM

是指允許加在二極管兩端的最高反向電壓（峰值）。一般元器件手冊上給出的URM通常為擊穿電壓UBR的一半。

擊穿時，反向電流劇增，使二極管的單向導電性被破壞，甚至會因過熱而燒壞。

一般手冊上給出的最高反向工作電壓URM約為擊穿電壓UBR的一半，以確保管子安全工作。反向飽和電流IR

是指二極管未被擊穿時的反向電流。

該電流越小，管子的單向導電性能就越好。由于溫度升高，反向電流會急劇增加，因而在使用二極管時要注意環(huán)境溫度的影響。二極管的參數是正確使用二極管的依據，一般半導體器件手冊中都給出不同型號管子的參數。在使用時，應特別注意不要超過最大整流電流和最高反向工作電壓，否則管子容易損壞。

1.1.3二極管的測試及應用

1、用指針型萬用表測試二極管

指針型萬用表的紅表筆是連接到萬用表內置電池的負極、黑表筆連接到電池的正極。兩次測得的阻值應相差極大，如下圖所示。a)正向導通b)反向截止圖1-5指針型萬用表測試二極管若兩次測得的阻值均很小或為0，表明管子內部已經短路；若兩次測得的阻值都極大，則表明管子內部已經斷路或燒壞；若測得的反向電阻與正向電阻相差不大，則說明管子的反向漏電過大，失去了單向導電性。

2、二極管的應用

以下介紹應用廣泛的整流、檢波電路。

1）整流電路

利用二極管的單向導電性可以把大小和方向都變化的正弦交流電變?yōu)閱蜗蛎}動的直流電，這種電路稱為整流電路。

根據這個原理，還可以構成整流效果更好的單相全波、單相橋式等整流電路。

（1）在u2的正半周，A端電位高于B端電位，二極管正向偏置導通，通過二極管的正向電流iv從A端經VD、RL到B端形成回路。若忽略二極管的正向壓降（VD相當于一個閉合的開關），在RL上得到的正向電壓uo=u2，并隨輸入電壓而變化。（2）在u2的負半周，B端電位高于A端電位，二極管反向偏置截止（VD相當于一個斷開的開關），電路中無電流通過，輸出電壓uo=0。二極管承受的反向電壓uv=u2，其最大值為輸入電壓u2的峰值U2.電路b)波形圖1-6單相半波整流電路及波形圖可見，在輸入交流電壓的每個周期內，電路都輸出一個正向脈動（大小變化）的直流電壓，而每個周期內只有半個周期有輸出，故稱之為半波整流?？梢宰C明，半波整流電路輸出的直流電壓的平均值為

Uo=0.45U2(1-1)

式中的U2為交流電壓u2的有效值。即輸出電壓是輸入的交流電壓有效值的0.45倍。

整流二極管一般選用面接觸型的硅二極管，它具有工作電流大、反向擊穿電壓高、允許的工作溫度較高等特點。國產的整流二極管的型號有2CZ、2DZ等系列硅管，常見的進口整流二極管有IN4001、IN5401等型號。

整流電路是直流電源的重要組成部分。

（2）檢波電路

將調制在高頻信號中的低頻信號提取出來的電路稱為檢波電路。

一個典型的檢波電路及相關信號波形如圖1-7所示，其中的VD為檢波二極管，C2為高頻濾波電容，R為負載電阻，C3為低頻耦合電容。

a

點波形b

點波形c

點波形圖1-7檢波電路及其相關波形檢波電路的輸入信號是調制有低頻信號的高頻調幅波。由于檢波二極管的單向導電性，通過二極管后的信號波形只有正半周，由C2、R組成的高頻濾波器又將其中的高頻信號濾除，所“檢出”的低頻信號則由C3耦合到下一級低頻放大電路再放大。

檢波一般是對高頻小信號而言，其特點是工作頻率高，所處理的信號幅度小，要求檢波二極管的頻率特性好、正向壓降小、效率高，通常采用點接觸型的鍺二極管。

國產的檢波二極管的型號主要有2AP系列鍺管，常見的進口檢波二極管有IN60等型號。

檢波電路廣泛應用于音頻、視頻、圖像處理電路以及各種通信設備中。

（3）穩(wěn)壓應用

在需要不高的穩(wěn)定電壓輸出時，可以利用幾個二極管的正向壓降串聯來實現。還有一種穩(wěn)壓二極管，可以專門用來實現穩(wěn)定電壓輸出。穩(wěn)壓二極管有不同的系列，用以實現不同的穩(wěn)定電壓輸出。（4）開關應用

在數字電路中經常將半導體二極管作為開關元件來使用，因為二極管具有單向導電性，可以相當于一個受外加偏置電壓控制的無觸點開關。

如圖所示，為監(jiān)測發(fā)電機組工作的某種儀表的部分電路。其中us是需要定期通過二極管VD加入記憶電路的信號，ui為控制信號。

當控制信號ui=10V時，VD的負極電位被抬高，二極管截止，相當于“開關斷開”，us不能通過VD；當ui=0V時，VD正偏導通，us可以通過VD加入記憶電路。此時二極管相當于“開關閉合”情況。這樣，二極管VD就在信號ui的控制下，實現了接通或關斷us信號的作用。

1.1.4特殊二極管

1、穩(wěn)壓二極管

1）穩(wěn)壓二極管的特性

穩(wěn)壓二極管又稱為齊納二極管，簡稱穩(wěn)壓管或齊納管，是一種用于穩(wěn)壓（限壓）、工作在反向擊穿狀態(tài)的硅二極管，其用特殊工藝制作，外形與普通二極管相似。a)符號和應用電路b)伏安特性曲線圖1-8穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓管工作在反向擊穿狀態(tài)，其反向特性曲線比普通二極管更陡直，因而能在電路中起到穩(wěn)壓作用。

在應用中，除了要保證穩(wěn)壓管要處于反向擊穿狀態(tài)外，還必須與其串聯適當的限流電阻。

穩(wěn)壓管的主要參數有穩(wěn)定電壓Uz、穩(wěn)定電流Iz和最大穩(wěn)定電流Izmax等。穩(wěn)壓管工作時通過的電流不允許超過其最大穩(wěn)定電流Izmax。穩(wěn)壓管的檢測和普通二極管相同。

2）穩(wěn)壓管典型應用電路

如圖所示，UI為輸入的直流電壓，且UI=（2~3）UZ

，R為限流電阻，穩(wěn)壓管VZ與負載RL并聯（該電路又稱為并聯型穩(wěn)壓電路）。由于穩(wěn)壓管工作在反向擊穿狀態(tài)，顯然有：Uo=UI－IRRL=UZ。電網電壓、負載變化都可能使Uo產生變化，當穩(wěn)壓電路的輸出電壓Uo將升高時，則有以下過程：

UI↑（或RL↑）→Uo↑→IZ↑→IR↑→UR↑→Uo↓。當穩(wěn)壓電路的輸出電壓Uo將下降時，將有以下過程：

UI↓（或RL↓）→Uo↓→IZ↓→IR↓→UR↓→Uo↑。

可見，不管是何種原因使輸出電壓Uo發(fā)生微小的變化，都會引起穩(wěn)壓管電流IZ的很大變化，通過限流電阻R的電壓調整作用，使輸出電壓Uo基本不變，實現穩(wěn)壓功能。3）應用穩(wěn)壓管應注意的問題

①

穩(wěn)壓管穩(wěn)壓時，一定要外加反向電壓，保證管子工作在反向擊穿區(qū)。當外加的反向電壓值大于或等于UZ時，才能起到穩(wěn)壓作用；若外加的電壓值小于UZ，穩(wěn)壓二極管相當于普通的二極管使用。

②

在穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中，一定要配合限流電阻的使用，保證穩(wěn)壓管中流過的電流在規(guī)定的范圍之內。

2、發(fā)光二極管

發(fā)光二極管（LED）簡稱發(fā)光管，是一種直接把電能轉換成光能的發(fā)光器件，正向導通時能發(fā)出一定波長（顏色）的光，廣泛應用于各種顯示、指示電路。其核心是一個由半導體化合物制成的PN結.

使用時必須正向偏置，同時要串接適當的限流電阻，避免工作電流過大導致管子損壞。圖1-9發(fā)光二極管的外形及符號

發(fā)光二極管工作時導通電壓比普通二極管大，其工作電壓隨材料的不同而不同，一般為1.7V～2.4V。普通綠、黃、紅、橙色發(fā)光二極管工作電壓約為2V；白色發(fā)光二極管的工作電壓通常高于2.4V；藍色發(fā)光二極管的工作電壓一般高于3.3V。發(fā)光二極管的工作電流一般在2mA～25mA的范圍。圖1-9發(fā)光二極管的外形及符號

檢測發(fā)光二極管時，要求萬用表的內置電池為3V以上，一般選擇R×10K檔，合格管子的正向電阻在20KΩ左右，反向電阻無窮大。靈敏度高的管子，在測正向電阻時可看到管芯發(fā)光。

3、光敏二極管

光敏二極管也稱光電二極管，是一種常用的光電轉換器件，廣泛應用在遙控、測光及光電池等方面。

光電二極管也是由PN結構成，工作在反向偏置狀態(tài)。它的管殼上有一個透鏡封閉的窗口，入射光通過透鏡照射在PN結上，反向電流隨光照強度的增加而增大，實現將光信號轉換為電信號的功能。光電二極管的結構及符號如圖1-10所示。

圖1-10光電二極管的結構及符號

檢測光電二極管時，首先封閉光電二極管的窗口（遮光），用測試普通二極管的方法判斷管子的正、負極，其正向電阻略大于普通二極管，反向電阻（暗電阻）無窮大；當受到光線照射時，反向電阻隨光強增大而顯著變小，正向電阻與光照基本無關。若正、反向電阻都很小或都很大，則表明管子已經擊穿或內部斷路。

思考題

(1)硅二極管與鍺二極管有何區(qū)別？

(2)如何判定二極管的極性和質量？

(3)正常工作時的穩(wěn)壓管、發(fā)光管、光電管應該如何偏置電壓（正偏或反偏）？

(4)如果將圖1-6所示電路中的二極管極性對調，輸出電壓有何變化？

(5)將圖1.8a）中的穩(wěn)壓管極性對調，電路能穩(wěn)壓嗎？1.2晶體管知識點

(1)晶體管的基本特性、工作狀態(tài)和主要參數。

(2)晶體管三種工作狀態(tài)的偏置條件及判斷。技能點

(1)掌握晶體管的測試及選用方法。

(2)熟練判斷晶體管的工作狀態(tài)。返回

1.2.1晶體管簡介

1.分類

（1）按材料分：硅管和鍺管；

（2）按工作頻率分：高頻管、低頻管；

（3）按功率分：小、中、大功率管；

（4）按工作狀態(tài)分：放大管和開關管；（5）按結構分：NPN、PNP型。

2.內部結構

NPN和PNP兩種類型晶體管的管芯均由三層半導體構成，可分為三個區(qū)：集電區(qū)、基區(qū)和發(fā)射區(qū)；兩個結：集電結、發(fā)射結；三個電極：集電極c、基極b和發(fā)射極e。a)NPN型b)PNP型圖1-12晶體管的內部結構及符號晶體管符號中的箭頭用于指示晶體管正向電流的方向，顯然，兩種類型晶體管的正向電流方向截然不同。

晶體管結構的工藝特點是：

發(fā)射區(qū)摻雜濃度很高;

基區(qū)很薄且摻雜濃度低;

集電結的面積遠大于發(fā)射結的面積。這是晶體管具有放大作用的內部條件，也是它的三個電極不能混淆使用的原因。一些常見晶體管的外形如圖1-13所示。

a)金屬封裝小功率管b)塑封管c)金屬封裝大功率管圖1-13常見的晶體管外形

1.2.2晶體管的電流放大作用

放大條件:

①內部條件:由晶體管的結構決定；

②外部條件：發(fā)射結正偏、集電結反偏，圖1-14晶體管各極電流關系測試電路

調節(jié)可變電阻RP，由各個電流表可測得相應的IB、IC、IE，實測的數據如表1-1所示。表1-1實驗測試數據

IB/mA00.020.040.060.080.10IC/mA<0.0010.701.502.303.103.95IE/mA<0.0010.721.542.363.184.05

分析實驗數據，可以看出：（1）三個電流符合基爾霍夫電流定律，即

IE=IB＋IC

（1-2）基極電流IB很小，一般可忽略IB不計，因此有IE

≈

IC。（2）IC與IB的的比值近似為一個常數，即

β=IC/IB→直流電流放大系數

基極電流IB的微小變化能引起集電極電流Ic較大的變化，即→交流電流放大系數

β≈β。為了表示方便，在實際應用中一般不加以區(qū)分，統(tǒng)稱為電流放大系數β。由此可得出

IC≈βIB

（1-5）

IE=（1＋β）IB

（1-6）（3）結論：

1）工作在放大狀態(tài)的晶體管具有電流放大作用，IC是IB的β倍。

β反映了晶體管的電流放大能力。

2）IB的微小變化能引起IC的較大變化，通過IB來控制IC，可實現小電流（小信號）控制大電流（大信號）的目的。所以，晶體管是一種電流控制型器件。

注意：晶體管不能產生電流，電路中的電流是由直流電源提供。

1.2.3晶體管的特性曲線及工作狀態(tài)

晶體管的特性曲線是指各電極間電壓和電流之間的關系曲線，通過對特性曲線的分析，能更深刻地理解和掌握晶體管的不同工作狀態(tài)及其對偏置電壓的要求，為晶體管的正確使用打下基礎。a)輸入特性b)輸出特性圖1-15晶體管的特性曲線

1、輸入特性曲線

指當集電極與發(fā)射極之間電壓uCE為常數時，輸入回路中的基極電流iB與基-射電壓uBE之間的關系曲線，如圖1-15a所示。它類似二極管正向特性曲線：硅管死區(qū)電壓約為0.5V（鍺管的約為0.1V）；發(fā)射結正常導通時，常溫下硅管的導通電壓uBE約為0.7V（鍺管的uBE約為0.3V）；且當uCE＞1V后，輸入曲線基本與uCE無關。

輸入特性圖1-15晶體管的特性曲線

2、輸出特性曲線

指當iB為常數時，輸出回路中的iC與uCE之間的關系曲線，由不同的iB可得出不同的曲線，故晶體管的輸出特性是一組曲線，如圖1-15b所示。通常將輸出特性曲線劃分成三個區(qū)域（即晶體管的三種工作狀態(tài)）。

（1）放大區(qū)輸出曲線近于水平的區(qū)域為放大區(qū)，也稱線性區(qū)。此時晶體管的發(fā)射結正偏，集電結反偏。晶體管工作在放大狀態(tài)，具有恒流特性：iC=βiB，iC僅受iB控制，與uCE基本無關。偏置：NPN型UC＞UB＞UE（集電極電位最高、發(fā)射極電位最低）；PNP型UC＜UB＜UE（發(fā)射極電位最高、集電極電位最低）

（2）飽和區(qū)

uCE＜uBE時的區(qū)域稱為飽和區(qū)。此時的發(fā)射結和集電結均為正偏。晶體管進入飽和狀態(tài)后，iB失去了對iC正常的控制作用，iC≠βiB。此時對應的uCE值稱為飽和壓降，用uCES表示。硅管的uCES約為0.3V，鍺管的約為0.1V，一般都可認為uCES≈0。此時晶體管的c-e之間相當于短路，等效于一個開關閉合。偏置：NPN型UC＜UB、UB＞UE（基極電位最高）；PNP型UC＞UB、UB＜UE（基極電位最低）（3）截止區(qū)

iB

=0以下的區(qū)域稱為截止區(qū)。此時的發(fā)射結反偏，集電結反偏。晶體管進入截止狀態(tài)，iB

=0，

iC

=ICEO≈0，其中的ICEO稱為穿透電流（一般可忽略）。此時晶體管的c-e之間相當于開路，等效于一個開關斷開。為了使截止可靠，通?？偸沟冒l(fā)射結處于反偏。偏置：NPN型：UC＞UB、UB＜UE（基極電位最低）；PNP型：UC＜UB、UB＞UE（基極電位最高）設置不同的偏置電壓，晶體管可以工作在放大狀態(tài)，實現電流放大；還可以進入飽和、截止狀態(tài)，相當于一個可控的無觸點開關，常在數字電路中用做開關元件。

1.2.4晶體管的主要參數

電流放大系數β

表征晶體管電流放大能力的參數。

β值太小時電流放大能力差；

β值太大則穩(wěn)定性差，選擇晶體管時需折中考慮，β值會隨溫度的升高而增大。

穿透電流ICEO

基極開路時，集-射極之間的電流。隨溫度上升而劇增，是影響晶體管溫度穩(wěn)定性的主要因素，ICEO越小越好。硅管的ICEO比鍺管的小得多。

集電極最大允許電流ICM

晶體管正常工作時所允許的最大工作電流。在實際使用中，集電極的工作電流iC必須滿足iC＜ICM。

集電極一發(fā)射極間的擊穿電壓U(BR)CEO

當基極開路時，集電極與發(fā)射極之間的反向擊穿電壓。使用時必須滿足uCE

＜U(BR)CEO。

集電極最大耗散功率PCM

晶體管正常工作時最大允許消耗的功率。晶體管工作時，在管子消耗的功率為

PC=ICUCE。正常工作時，必須保證PC＜PCM。

1.2.5晶體管的測試

1、晶體管的初步測試

1）晶體管內部的結構相當于兩個PN結的串聯組合（如圖1-16所示），只要其中有一個PN結損壞則不能使用。利用測試二極管的方法可以判斷其好壞。

2）測試晶體管c-e之間的電阻RCE可初步判斷穿透電流ICEO，合格管子的RCE應近似為無窮大，若較小則表明ICEO過大，質量較差，一般不能再使用了。

3）根據發(fā)射結正向電阻的大小，可以判斷管子的材料是硅或鍺（與二極管的判斷類似）。

a)NPN型

b)PNP型

圖1-16晶體管內部的等效結構

2、判斷晶體管的管腳（1）根據外形判斷晶體管的管腳中小功率晶體管

b)大功率晶體管圖1-17晶體管管腳排列（2）用萬用表判斷晶體管的管腳和類型

1）判斷基極和類型

2）判斷集電極和發(fā)射極思考題：

(1)能否將晶體管的發(fā)射極與集電極互換使用？為什么？

(2)在實際應用中，硅晶體管比鍺管應用更為廣泛，為什么？

(3)怎樣用萬用表判斷晶體管的管腳和類型？

(4)試根據晶體管各個電極的電位，判斷圖1-18各晶體管的工作狀態(tài)（放大、飽和或截止）。

1.3場效應晶體管知識點

(1)場效應晶體管的結構和基本原理。

(2)場效應晶體管的性能特點。技能點掌握場效應晶體管的簡單測試方法。

返回場效應晶體管（簡稱場效應管）利用輸入電壓（電場效應）來控制輸出電流，輸入電阻可高達109~1014Ω，是一種電壓控制型器件。它具有噪聲低、功耗小、熱穩(wěn)定性好和便于集成化等優(yōu)點，在電子電路中得到了廣泛的應用。場效應管有結型場效應管和絕緣柵型場效應管；根據導電溝道又可分為N溝道、P溝道兩種類型。絕緣柵型場效應管可分為增強型和耗盡型兩大類。本節(jié)簡單介紹增強型絕緣柵場效應管。增強型：UGS=0時，漏源極之間無導電溝道；即使在漏源極之間加上電壓（一定范圍內），也沒有漏極電流。耗盡型：在UGS=0時，漏源極之間存在導電溝道。

導電溝道：載流子通過漏源兩極的路徑。

1.3.1絕緣柵型場效應管的結構

絕緣柵型場效應管（MOSFET）由金屬、氧化物、半導體組成，簡稱MOS管，柵極和其它電極及導電溝道是絕緣的。由于導電溝道有N溝道和P溝道之分，故增強型場效應管又分為NMOS和PMOS兩類，它們的符號分別如圖1-19b、c所示，區(qū)別在于襯底箭頭的指向不同。NMOS管結構

b)NMOS管符號

c)PMOS管符號圖1-19增強型MOS管1.3.2場效應管的原理和特性

1、工作原理

如圖1-20所示，在柵、源之間加正向電壓uGS，漏、源之間加正向電壓uDS。

MOS管的襯底和源極是連在一起的。

當uGS=0時，d、s兩極間為兩個反向串聯的PN結，不存在導電溝道，∴在d-s間加上電壓也不會有漏電流。故漏極電流iD=0。圖1-20NMOS管工作原理

當uGS＞0時，產生一個由柵極指向襯底的電場，P型襯底中的電子被電場力吸引而到達表層，形成N型導電溝道。形成導電溝道所需的最小uGS稱為開啟電壓，用UGS(th)表示。圖1-20NMOS管工作原理

導電溝道形成后，正向電壓uDS產生漏極電流iD。此時，改變uGS可以改變溝道的寬度（即改變溝道電阻的大?。?，因而有效地控制漏極電流iD。這就是MOS管柵極電壓uGS的控制作用。由于N型導電溝道里只有多數載流子（自由電子）參與導電，故場效應管又稱為單極型器件。

2．特性曲線

（1）轉移特性曲線在uDS一定時，輸入電壓uGS對輸出電流iD的控制特性曲線。轉移特性曲線反映了uGS對iD的控制作用，說明場效應管是一種電壓控制型器件。轉移特性圖1-21增強型NMOS特性曲線（2）輸出特性曲線指在uGS一定時，漏極電流iD與漏一源電壓uDS之間的關系曲線。