《電子技術基礎》正式教案

電

子

技

術

基

礎

教

案

§1-1半導體的基礎知識

目的與要求

1.了解半導體的導電本質，

2.理解/V型半導體和尸型半導體的概念

3.掌握尸/V結的單向導電性

重點與難點

重點

1./V型半導體和尸型半導體

2.尸/V結的單向導電性

難點

1.半導體的導電本質

2.PN結的形成

教學方法

講授法，列舉法,啟發(fā)法

教具

二極管，三角尺

小結

半導體中載流子有擴散運動和漂移運動兩種運動方式。載流子在電場作用下

的定向運動稱為邃移運須。在半導體中，如果載流子濃度分布不均勻，因為濃度

差，載流子將會從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域運動，這種運動稱為擴散運動。

多數載流子因濃度上的差異而形成的運動稱為擴散運動

尸/V結的單向導電性是指尸/V結外加正向電壓時處于導通狀態(tài)，外加反向電

壓時處于截止狀態(tài)。

布置作業(yè)

1.什么叫/V型半導體和尸型半導體

第一章常用半導體器件

§1-1半導體的基礎知識

自然界中的物質，按其導電能力可分為三大類：導體、半導體和絕緣體。

半導體的特點：

①熱敏性

②光敏性

③摻雜性

導體和絕緣體的導電原理：了解簡介。

一、半導體的導電特性

半導體:導電性能介于導體和絕緣體之間的物質，如硅(Si)、錯(Ge)。硅和

錯是4價元素，原子的最外層軌道上有4個價電子。

1.熱激發(fā)產生自由電子和空穴

每個原子周圍有四個相鄰的原子，原子之間通過共價鍵緊密結合在一起。兩

個相鄰原子共用一對電子。室溫下，由于熱運動少數價電子掙脫共價鍵的束縛成

為自由電子，同時在共價鍵中留下一個空位這個空位稱為空穴。失去價電子的原

子成為正離子，就好象空穴帶正電荷一樣。

在電子技術中，將空穴看成帶正電荷的載流子。

2.空穴的運動(與自由電子的運動不同)

有了空穴，鄰近共價鍵中的價電子很容易過來填補這個空穴，這樣空穴便轉移到

鄰近共價鍵中。新的空穴又會被鄰近的價電子填補。帶負電荷的價電子依次填補

空穴的運動，從效果上看，相當于帶正電荷的空穴作相反方向的運動。

3.結論

(1)半導體中存在兩種載流子，一種是帶負電的自由電子，另一種是帶正

電的空穴，它們都可以運載電荷形成電流。

(2)本征半導體中，自由電子和空穴相伴產生，數目相同。

(3)一定溫度下，本征半導體中電子空穴對的產生與復合相對平衡，電子

空穴對的數目相對穩(wěn)定。

(4)溫度升高，激發(fā)的電子空穴對數目增加，半導體的導電能力增強。

空穴的出現(xiàn)是半導體導電區(qū)別導體導電的一個主要特征。

二、N型半導體和P型半導體

本征半導體

完全純凈的、結構完整的半導體材料稱為本征半導體。

雜質半導體

在本征半導體中加入微量雜質，可使其導電性能顯著改變。根據摻入雜質的

性質不同，雜質半導體分為兩類：電子型(/V型)半導體和空穴型(尸型)半導

體。

1./V型半導體

在硅（或錯）半導體晶體中，摻入微量的五價元素，如磷（尸入神（力S）

等，則構成/V型半導體。

在純凈半導體硅或錯中摻入磷、碑等5價元素，由于這類元素的原子最外層

有5個價電子，故在構成的共價鍵結構中，由于存在多余的價電子而產生大量自

由電子，這種半導體主要靠自由電子導電，稱為電子半導體或N型半導體，其

中自由電子為多數載流子，熱激發(fā)形成的空穴為少數載流子。

2.戶型半導體

在硅（或錯）半導體晶體中，摻入微量的三價元素，如硼（錮（力）等,

則構成尸型半導體。

在純凈半導體硅或錯中摻入硼、鋁等3價元素，由于這類元素的原子最外層

只有3個價電子，故在構成的共價鍵結構中，由于缺少價電子而形成大量空穴，

這類摻雜后的半導體其導電作用主要靠空穴運動，稱為空穴半導體或P型半導

體，其中空穴為多數載流子，熱激發(fā)形成的自由電子是少數載流子。

O

o

一.0.OOoOoOo

o

一.①.④.G?OOoOoOo

凱戈?祖?。?OQoRQ

N型半導體P型半導體

三、PN結及其單向導電性

1.PN結的形成

半導體中載流子有擴散運動和漂移運動兩種運動方式。載流子在電場作用下

的定向運動稱為邃移運造。在半導體中，如果載流子濃度分布不均勻，因為濃度

差，載流子將會從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域運動，這種運動稱為莖邀運地。

多數載流子因濃度上的差異而形成的運動稱為擴散運動，如圖1.6所示。

P型半導體N型半導體

一o一

一????

一o

一?????

O一????

圖1.7尸/V結的形成（1）

由于空穴和自由電子均是帶電的粒子，所以擴散的結果使尸區(qū)和/V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)，這就是所渭的尸/V結，如圖1.7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。

空間電荷區(qū)出現(xiàn)后，因為正負電荷的作用，將產生一個從/V區(qū)指向尸區(qū)的內電

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（尸區(qū)的自由電子和/V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，通過尸/V結的擴散電流等于漂移電流，尸/V結中無電

流流過，尸/V結的寬度保持一定而處于穩(wěn)定狀態(tài)。

空間電荷區(qū)

P型半導體\/N型半導體

一o一o一a?

一一一???

o?o②十???

一O一O一????

l?;

內電場

圖1.8尸/V結的形成(2)

2./W結的單向導電性

如果在尸/V結兩端加上不同極性的電壓，尸/V結會呈現(xiàn)出不同的導電性能。

⑺PN結外加正向電壓

PN”尸端接高電位，/V端接低電位，稱尸/V結外加正向電壓，又稱PN結

正向偏置，簡稱為正偏，

區(qū)

P區(qū)N

一O一一?十?

一,一十⑥?

?

一0O0??

電

內

場

場

外

電

T

,1

圖1.9尸/V結外加正向電壓

(2)PZ結外加反向電壓

尸/V結尸端接低電位，/V端接高電位，稱尸N結外加反向電壓，又稱PN結

反向偏置，簡稱為反偏，

變寬

區(qū)

PTN區(qū)

一

二

一一一十十

o:;

一

一一十十??

.:0

一一??

一十十

0;:??

O

內電

場

外電

場

/?

圖1.20尸/V結外加反向電壓

小結:尸/V結的單向導電性是指次結外加正向電壓時處于導通狀態(tài)，外加

反向電壓時處于截止狀態(tài)。

§1-2二極管

目的與要求

1.了解半導體二極管的結構

2.掌握半導體二極管的符號

3.理解半導體二極管的伏安特性

4.知道二極管的主要參數

重點與難點

重點1.二極管的符號

2.二極管的伏安特性

難點二極管的伏安特性

教學方法

講授法，列舉法,啟發(fā)法

教具

二極管，三角尺

小結

外加正向電壓較小時，外電場不足以克服內電場對多子擴散的阻力，PN結

仍處于截止狀態(tài)。

正向電壓大于死區(qū)電壓后，正向電流隨著正向電壓增大迅速上升。通常死

區(qū)電壓硅管約為0.5V,錯管約為0.2V。當反向電壓的值增大到仍"時，反向電

壓值稍有增大，反向電流會急劇增大，稱此現(xiàn)象為反向擊穿，%尺為反向擊穿電

壓。

布置作業(yè)

§1-2二極管

一、半導體二極管的結構

二極管的定義：一個PN結加上相應的電極引線并用管殼封裝起來，就構成

了半導體二極管，簡稱二極管。

二極管按半導體材料的不同可以分為硅二極管、錯二極管和碑化錫二極管

等。

二極管按其結構不同可分為點接觸型、面接觸型和平面型二極管三類。

點接觸型二極管PN結面積很小，結電容很小，多用于高頻檢波及脈沖數

字電路中的開關元件。

面接觸型二極管PN結面積大，結電容也小，多用在低頻整流電路中。

平面型二極管PN結面積有大有小。

VD

正°極-------/--I---------負°極

圖1.11二極管的符號

簡單介紹常見的二極管的外型

了解國產二極管的型號的命名方法。

二、半導體二極管的伏安特性

1、正向特性

外加正向電壓較小時，外電場不足以克服內電場對多子擴散的阻力，PN結

仍處于截止狀態(tài)。

正向電壓大于死區(qū)電壓后，正向電流隨著正向電壓增大迅速上升。通常死

區(qū)電壓硅管約為0.5V,楮管約為0.2V。

//mA

正

向

特

性

反

向

擊

穿

特

性

圖1.13二極管的伏安特性曲線

2、反向特性

二極管外加反向電壓時，電流和電壓的關系稱為二極管的反向特性。由圖

1.13可見,二極管外加反向電壓時，反向電流很?。ˋ-/S）,而且在相當寬的反

向電壓范圍內，反向電流幾乎不變，因此，稱此電流值為二極管的反向飽和電流

從圖1.13可見，當反向電壓的值增大到儂時，反向電壓值稍有增大，反

向電流會急劇增大，稱此現(xiàn)象為反向擊穿，%"為反向擊穿電壓。利用二極管的

反向擊穿特性，可以做成穩(wěn)壓二極管但一般的二極管不允許工作在反向擊穿區(qū)。

補充：二極管的溫度特性

二極管是對溫度非常敏感的器件。實驗表明，隨溫度升高，二極管的正向壓

降會減小，正向伏安特性左移，即二極管的正向壓降具有負的溫度系數（約為

-2/77l4℃）;溫度升高，反向飽和電流會增大，反向伏安特性下移，溫度每升高

10℃,反向電流大約增加一倍。

三、二極管的主要參數

(1)最大整流電流\F

最大整流電流/廠是指二極管長期連續(xù)工作時，允許通過二極管的最大正向

電流的平均值。

(2)反向擊穿電壓UBR

反向擊穿電壓是指二極管擊穿時的電壓值。

(3)反向飽和電流花

它是指管子沒有擊穿時的反向電流值。其值愈小，說明二極管的單向導電

性愈好。

另外

(4)反向擊穿電壓UB:指管子反向擊穿時的電壓值。

(5)最高工作頻率fm:主要取決于PN結結電容的大小。

理想二極管：正向電阻為零，正向導通時為短路特性，正向壓降忽略不計；

反向電阻為無窮大，反向截止時為開路特性，反向漏電流忽略不計。

四、二極管極性的判定

將紅、黑表筆分別接二極管的兩個電極若測得的電阻值很小(幾千歐以下),

則黑表筆所接電極為二極管正極，紅表筆所接電極為二極管的負極；若測得的阻

值很大(幾百千歐以上)，則黑表筆所接電極為二極管負極，紅表筆所接電極為

二極管的正極。

五、二極管好壞的判定

(1)若測得的反向電阻很大(幾百千歐以上)，正向電阻很小(幾千歐以下),

表明二極管性能良好。

(2)若測得的反向電阻和正向電阻都很小，表明二極管短路，已損壞。

(3)若測得的反向電阻和正向電阻都很大，表明二極管斷路，已損壞。

補充：特殊二極管

1.穩(wěn)壓二極管

2.發(fā)光二極管LED

3.光電二極管

4.變容二極管

5.激光二極管

§1-3三極管

目的與要求

1.了解三極管的結構及類型

2.掌握半導體三極管的符號

3.理解半導體三極管的伏安特性及電流放大作用

4.知道三極管的主要參數和檢測方法

重點與難點

重點1.三極管的符號

2.三極管的伏安特性曲線

難點三極管的伏安特性曲線

教學方法

講授法，列舉法,啟發(fā)法

教具

二極管，三極管，三角尺

小結

放大區(qū)

輸出特性曲線近似平坦的區(qū)域稱為放大區(qū)。三極管工作在放大狀態(tài)時，具

有以下特點：

(a)三極管的發(fā)射結正向偏置，集電結反向偏置；

(白)基極電流心微小的變化會引起集電極電流/c較大的變化，有電流關系

式：IC=[3IB；

(c)對/V尸/V型的三極管，有電位關系：UC>UB>UE\

(d)對/V尸/V型硅三極管，有發(fā)射結電壓UBE^.7V\對NPN型格三極管,

有UB^.2K

布置作業(yè)

§1-3三極管

一、三極管的結構、符號及類型

1.三極管的結構及符號

半導體三極管又稱晶體三極管（下稱三極管），一般簡稱晶體管，或雙極型

晶體管。它是通過一定的制作工藝，將兩個月/V結結合在一起的器件，兩個PN

結相互作用，使三極管成為一個具有控制電流作用的半導體器件。三極管可以用

來放大微弱的信號和作為無觸點開關。

三極管從結構上來講分為兩類：/V尸/V型三極管和尸/V尸型三極管

NPN型PNP型

三極管的文字符號為V。

三極管的結構特點：

三極管制作時，通常它們的基區(qū)做得很?。◣孜⒚椎綆资⒚祝?，且摻雜濃

度低；發(fā)射區(qū)的雜質濃度則比較高；集電區(qū)的面積則比發(fā)射區(qū)做得大，這是三極

管實現(xiàn)電流放大的內部條件。

2.三極管的類型

（1）國產三極管的型號，見P10-表1-3

(2)三極管的分類：

三極管可以是由半導體硅材料制成，稱為硅三極管；也可以由錯材料制成，

稱為錯三極管。

三極管從應用的角度講，種類很多。根據工作頻率分為高頻管、低頻管和

開關管；根據工作功率分為大功率管、中功率管和小功率管。常見的三極管外形

如圖P10-1.13所示。

二、三極管的電流放大作用

1、產生放大作用的條件

內部：a)發(fā)射區(qū)雜質濃度＞＞基區(qū)＞＞集電區(qū)

b)基區(qū)很薄

外部：發(fā)射結正偏，集電結反偏

圖1.14三極管的工作電壓電路

2、三極管的電流分配及放大關系

k=lc+IB

IE=lc

Ic=BIB

三、三極管的特性曲線

三極管的特性曲線是指三極管的各電極電壓與電流之間的關系曲線，它反映

出三極管的特性。它可以用專用的圖示儀進行顯示，也可通過實驗測量得到。

7,輸入特性曲線

它是指一定集電極和發(fā)射極電壓UCE飛,三極管的基極電流出與發(fā)射結

電壓之間的關系曲線。

測量三極管特性的實驗電路三極管的輸入特性曲線

簡單分析曲線規(guī)律。

硅管的死區(qū)電壓約0.5V，錯管的死區(qū)電壓約0.3V，三極管處于放大狀態(tài)時，

硅管的UBE約0.7V,楮管的UBE約0.3V。

2.輸出特性曲線

三極管的輸出特性曲線是指一定基極電流/s下，三極管的集電極電流/c與

集電結電壓之間的關系曲線。

，飽和區(qū)100uA

80uA

放60口A

大40uA

截止區(qū)K20MA

6912N

曲線的分析理解，難點。

一般把三極管的輸出特性分為3個工作區(qū)域，下面分別介紹。

①截止區(qū)

三極管工作在截止狀態(tài)時，具有以下幾個特點：

(a)發(fā)射結和集電結均反向偏置；

(b)若不計穿透電流ICEO,有以/c近似為0；

(c)三極管的集電極和發(fā)射極之間電阻很大，三極管相當于一個開關斷開。

②放大區(qū)

輸出特性曲線近似平坦的區(qū)域稱為放大區(qū)。三極管工作在放大狀態(tài)時，具

有以下特點：

(a)三極管的發(fā)射結正向偏置，集電結反向偏置；

(白)基極電流乃微小的變化會引起集電極電流/c較大的變化，有電流關系

式:;

(c)對/V尸/V型的三極管，有電位關系：UC>UB>UE；

(d)對/V尸/V型硅三極管，有發(fā)射結電壓UBE~Q.7V\對/V尸/V型錯三極管，

有%才0.2K

③飽和區(qū)

三極管工作在飽和狀態(tài)時具有如下特點:

(a)三極管的發(fā)射結和集電結均正向偏置；

(b)三極管的電流放大能力下降，通常有心肌;

(C)6/CE的值很小，稱此時的電壓0CE為三極管的飽和壓降，用UcES表示。

一般硅三極管的UCES約為0.3P，鎬三極管的UCES約為0.1I/；

(d)三極管的集電極和發(fā)射極近似短接，三極管類似于一個開關導通。

三極管作為開關使用時，通常工作在截止和飽和導通狀態(tài)；作為放大元件使

用時，一般要工作在放大狀態(tài)。

四、三極管的主要參數

三極管的參數有很多，如電流放大系數、反向電流、耗散功率、集電極最大

電流、最大反向電壓等，這些參數可以通過查半導體手冊來得到。

(1)共發(fā)射極電流放大系數網￡

它是指從基極輸入信號，從集電極輸出信號，此種接法(共發(fā)射極)下的電

流放大系數。

(2)極間反向電流

①集電極基極間的反向飽和電流

②集電極發(fā)射極間的穿透電流/CEO

(3)極限參數

①集電極最大允許電流

②集電極最大允許功率損耗PCM

③反向擊穿電壓

五、三極管的檢測

1.已知型號和管腳排列的三極管，判斷其性能的好壞

(1)測■極間電阻

(2)三極管穿透電濟ICE。大小的判斷

(3)電流放大系繆的估計

2.判別三極管的管腳

(1)判定基極和管型

(2)判定集電極c和發(fā)射極e

(b)等效電路

圖1.CK判別三極管c、e電極的原理圖

§1.4場效應管

目的與要求

1.了解場效應管的結構及工作原理

2.掌握場效應管的分類和符號

3.了解場效應管的轉移特性曲線及輸出特性曲線

4.知道場效應管的主要參數

重點與難點

重點場效應管的分類和符號

難點場效應管的轉移特性曲線及輸出特性曲線

教學方法

講授法，列舉法,啟發(fā)法

教具

三極管，三角尺

小結

結型場效應管分為/V溝道結型管和尸溝道結型管，它們都具有3個電極：

柵極、源極和漏極，分別與三極管的基極、發(fā)射極和集電極相對應。

絕緣柵場效應管分為增強型和耗盡型兩種，每一種又包括/V溝道和尸溝道

兩種類型。

場效應管的主要參數

①夾斷電壓(UP)

②開啟電壓(UT)

③飽和漏極電流IDSS

@最大漏源擊穿電壓(U(BR)DS)

⑤跨導(gm)

布置作業(yè)

§1.4場效應管

場效應管則是一種電壓控制器件，它是利用電場效應來控制其電流的大小，

從而實現(xiàn)放大。場效應管工作時，內部參與導電的只有多子一種載流子，因此又

稱為單極性器件。

根據結構不同，場效應管分為兩大類，結型場效應管和絕緣柵場效應管。

一、結型場效應管

結型場效應管分為/V溝道結型管和尸溝道結型管，它們都具有3個電極：

柵極、源極和漏極，分別與三極管的基極、發(fā)射極和集電極相對應。

1.結型場效應管的結構與符號

圖1.23所示為/V溝道結型場效應管的結構與符號，結型場效應管符號中的

箭頭，表示由尸區(qū)指向/V區(qū)。

圖1.23/V溝道結型管的結構與符號

尸溝道結型場效應管的構成與/V溝道類似，只是所用雜質半導體的類型要

反過來。圖1.39所示為尸溝道結型場效應管的結構與符號

d

圖1.23尸溝道結型管的結構與符號

2.結型場效應管的工作原理

以/V溝道結型場效應管為例，參考P16圖1-24.

(1)當柵源電壓UGS=O時，兩個月/V結的耗盡層比較窄，中間的/V型導

電溝道比較寬，溝道電阻小。

(2)當UGS<0時，兩個尸/V結反向偏置，尸/V結的耗盡層變寬，中間的N

型導電溝道相應變窄，溝道導通電阻增大。

(3)當UP<UGS<G且UDS>Q時，可產生漏極電流/Do的大小將隨柵

源電壓"GS的變化而變化，從而實現(xiàn)電壓對漏極電流的控制作用。

的存在，使得漏極附近的電位高，而源極附近的電位低，即沿/V型導

電溝道從漏極到源極形成一定的電位梯度，這樣靠近漏極附近的"N結所加的反

向偏置電壓大，耗盡層寬；靠近源極附近的尸/V結反偏電壓小，耗盡層窄，導電

溝道成為一個楔形。

注意，為實現(xiàn)場效應管柵源電壓對漏極電流的控制作用，結型場效應管在工

作時，柵極和源極之間的&V結必須反向偏置。

3.結型場效應管的特性曲線

(1)轉移特性曲線

在場效應管的一定時，/°與&GS之間的關系曲線稱為場效應管的轉移特

性曲線，如圖1.25所示。它反映了場效應管柵源電壓對漏極電流的控制作用。

圖1.25/V溝道結型場效應管的輸出特性曲線

當UGs=O時，導電溝道電阻最小，小最大，稱此電流為場效應管的飽和漏

極電流/DSSo

當UG產Up時,導電溝道被完全夾斷,溝道電阻最大，此時行0,稱以為

夾斷電壓。

(2)輸出特性曲線

輸出特性曲線是指柵源電壓口第一定時，漏極電流力與漏源電壓為s之間

的關系曲線。

場效應管的輸出特性曲線可分為四個區(qū)域：

可變電阻區(qū)

恒流區(qū)

截止區(qū)（夾斷區(qū)）

擊穿區(qū)

二、絕緣棚場效應管

絕緣柵場效應管是由金屬（Metal）.氧化物（Oxide）和半導體

（Semiconductor）材料構成的，因此又叫MOS管。

絕緣柵場效應管分為增強型和耗盡型兩種，每一種又包括/V溝道和尸溝道

兩種類型

補充：耗盡型:UGS=0時漏、源極之間已經存在原始導電溝道。

增強型：%s=0時漏、源極之間才能形成導電溝道。

無論是N溝道MOS管還是P溝道MOS管，都只有一種載流子導電，

均為單極型電壓控制器件。

MOS管的柵極電流幾乎為零，輸入電阻Rs很高。

1、結構與符號

以/V溝道增強型/kQS管為例，它是以尸型半導體作為襯底，用半導體工

藝技術制作兩個高濃度的/V型區(qū)，兩個/V型區(qū)分別引出一個金屬電極作為例0s

管的源極S和漏極D;在尸形襯底的表面生長一層很薄的S/O2絕緣層，絕

緣層上引出一個金屬電極稱為例OS管的柵極G。8為從襯底引出的金屬電極，

一般工作時襯底與源極相連。

圖1.26/V溝道增強型酎OS管的結構與符號

符號中的箭頭表示從尸區(qū)（襯底）指向/V區(qū)（/V溝道），虛線表示增強型。

2、N溝道增強型MOS管的工作原理

如P18圖1.27所不,在柵極G和源極S之間加電壓UGS,漏極。和源極

S之間加電壓UDS,襯底8與源極S相連。

形成導電溝道所需要的最小柵源電壓UGS,稱為開啟電壓UTo

3、特性曲線

（1）轉移特性曲線

（2）輸出特性（漏極特性）曲線

圖1.28/V溝道增強型例OS管的轉移特性曲線

4

yn

nA

▲—

可

變

電

阻/

區(qū)/GS穿區(qū)

恒流區(qū)5V擊

/

4V

V

3V

I,5

L，

V

UDS/

截止區(qū)

o

線

性曲

出特

的輸

OS管

型例

增強

溝道

8/V

圖1.2

要參數

的主

應管

場效

三、

P)

壓(U

斷電

①夾

)

壓(5

啟電

②開

S

流IDS

極電

和漏

③飽

S)

BR)D

(U(

電壓

擊穿

漏源

最大

?

gm)

導(

⑤跨

事項

意的

應注

應管

場效

四、

。

參數

極限

過其

能超

時，不

應管

場效

選用

(1)