【正文】 的從 N區(qū)（ 集電區(qū) ） 指向 P區(qū) （ 基區(qū) ） 的內(nèi)電場的作用下 ， 自由電子很快就被吸引 、 漂移過了集電結(jié) ， 到達(dá)集電區(qū) ， 形成集電極電流的主要成分 I′C。 但因為基區(qū)多子為空穴 ， 所以在擴(kuò)散過程中 ， 有一部分自由電子要和基區(qū)的空穴復(fù)合 。 （ b） PNP型三極管 第 1章 基本半導(dǎo)體分立器件 圖 125 常見三極管的外形 第 1章 基本半導(dǎo)體分立器件 三極管的基本工作原理 由于 NPN管和 PNP管的結(jié)構(gòu)對稱 ， 工作原理完全相同 ， 下面以 NPN管為例 ， 討論三極管的基本工作原理 。 第 1章 基本半導(dǎo)體分立器件 半導(dǎo)體三極管的種類很多 ， 按照半導(dǎo)體材料的不同可分為硅管 、 鍺管； 按功率分有小功率管 、 中功率管和大功率管； 按照頻率分有高頻管和低頻管； 按照制造工藝分有合金管和平面管等 。 我們知道 ， 當(dāng) PN結(jié)兩端的電壓發(fā)生改變時 ， 會使空間電荷區(qū)寬度發(fā)生改變 ， 空間電荷區(qū)存儲電荷的多少發(fā)生變化就表現(xiàn)為 PN結(jié)的電容效應(yīng) 。 第 1章 基本半導(dǎo)體分立器件 圖 120 光電二極管的電路符號 第 1章 基本半導(dǎo)體分立器件 圖 121 遠(yuǎn)距離光電傳輸?shù)脑? 第 1章 基本半導(dǎo)體分立器件 * 變?nèi)荻O管 我們在討論半導(dǎo)體二極管時已經(jīng)知道： 二極管在高頻應(yīng)用時 ， 必須要考慮結(jié)電容的影響 ， 而所謂的變?nèi)荻O管 ， 就是結(jié)電容隨反向電壓的增加而減小的二極管 。 并且穩(wěn)定、 可靠、 長壽（ 105～ 106小時）、 光輸出響應(yīng)速度快（ 1～ 100 MHz）， 應(yīng)用十分方便和廣泛， 除應(yīng)用于信號燈指示（儀器儀表、 家電等）、 數(shù)字和字符指示（接成七段顯示數(shù)碼管）等發(fā)光顯示方式以外， 另一種重要應(yīng)用是將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘枺? 通過光纜傳輸， 接受端配合光電轉(zhuǎn)換器件再現(xiàn)電信號， 實現(xiàn)光電耦合、 光纖通信等應(yīng)用。 發(fā)光二極管可以分為發(fā)不可見光和發(fā)可見光兩種 。 第 1章 基本半導(dǎo)體分立器件 5） 穩(wěn)定電壓 UZ的溫度系數(shù) K 穩(wěn)定電壓 UZ的溫度系數(shù) K定義為溫度變化 1 ℃ 引起的穩(wěn)定電壓 UZ的相對變化量 ， 即 )/(%/ CT UUK ZZ ?? ??（ 17） 第 1章 基本半導(dǎo)體分立器件 發(fā)光二極管與光電二極管 發(fā)光二極管和光電二極管都屬于光電子器件 ， 光電子器件在電子系統(tǒng)中也有十分廣泛地應(yīng)用 ， 具有抗干擾能力強(qiáng) 、 損耗小等優(yōu)點(diǎn) 。 通過管子的電流太大 ， 會使管子內(nèi)部的功耗增大 ， 結(jié)溫上升而燒壞管子 ， 所以穩(wěn)壓管正常工作時的電流和功耗不應(yīng)超過這兩個極限參數(shù) 。 （ b） 電路符號 第 1章 基本半導(dǎo)體分立器件 2． 穩(wěn)壓管的主要參數(shù) 1） 穩(wěn)定電壓 UZ UZ就是穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓 ， 它的大小取決于制造時的摻雜濃度 。 如果測得正 、 反向電阻均為無窮大 ， 說明內(nèi)部斷路； 若測量值均為零 ， 則說明內(nèi)部短路； 如測得正 、 反向電阻幾乎一樣大 ， 這樣的二極管已經(jīng)失去單向?qū)щ娦?， 沒有使用價值了 。 此時二極管相當(dāng)于 “ 開關(guān)閉合 ” 情況 。 第 1章 基本半導(dǎo)體分立器件 4． 開關(guān)應(yīng)用 在數(shù)字電路中經(jīng)常將半導(dǎo)體二極管作為開關(guān)元件來使用 ， 因為二極管具有單向?qū)щ娦?， 可以相當(dāng)于一個受外加偏置電壓控制的無觸點(diǎn)開關(guān) 。 第 1章 基本半導(dǎo)體分立器件 圖 116 二極管的限幅應(yīng)用 （ a） 雙向限幅電路 。 第 1章 基本半導(dǎo)體分立器件 圖 115 二極管的整流應(yīng)用 (a) 二極管整流電路 。 第 1章 基本半導(dǎo)體分立器件 圖 114 溫度對二極管伏安特性的影響 第 1章 基本半導(dǎo)體分立器件 二極管在電子技術(shù)中的應(yīng)用 二極管在電子技術(shù)中廣泛地應(yīng)用于整流 、 限幅 、 鉗位 、 開關(guān) 、 穩(wěn)壓 、 檢波等方面 ， 大多是利用其正偏導(dǎo)通 、 反偏截止的特點(diǎn) 。 圖 114所示的正向特性中 ， 對于同一電流 ， 溫度每升高 1 ℃ ， 二極管的正向壓降將減小 2～ mV。 它隨溫度的增加而按指數(shù)上升。 2． 反向擊穿電壓 UBR 管子反向擊穿時的電壓值稱為反向擊穿電壓 UBR。 這個模型比理想模型更接近實際情況， 因此應(yīng)用比較廣泛， 一般在二極管電流大于1 mA時， 恒壓降模型的近似精度還是相當(dāng)高的。 第 1章 基本半導(dǎo)體分立器件 圖 113 二極管的近似模型 （ a） 理想模型 。 第 1章 基本半導(dǎo)體分立器件 3） 擊穿特性 ——外加反壓增大到一定程度 擊穿特性屬于反向特性的特殊部分 。 第 1章 基本半導(dǎo)體分立器件 2） 反向特性 ——外加反向偏壓 UR 當(dāng)外加反向偏壓時 ， 宏觀電流是由少子組成的反向漂移電流 。 第 1章 基本半導(dǎo)體分立器件 圖 112 二極管的伏安特性 第 1章 基本半導(dǎo)體分立器件 1） 正向特性 ——外加正偏電壓 UF 當(dāng) UF＝ 0時 ， IF＝ 0， PN結(jié)處于平衡狀態(tài) ， 即圖 112中的坐標(biāo)原點(diǎn) 。 （ d） 電路符號 。 二極管的兩極分別叫做正極或陽極 （ P區(qū) ） ， 負(fù)極或陰極 （ N區(qū) ） 。 而漂移運(yùn)動在內(nèi)電場的作用下 ， 有所增強(qiáng) ， 在 PN結(jié)電路中形成了少子漂移電流 。 擴(kuò)散電流隨外加電壓的增加而增加 ， 當(dāng)外加電壓增加到一定值后 ， 擴(kuò)散電流隨正偏電壓的增大而呈指數(shù)上升 。 1） 外加正偏電壓時 PN結(jié)導(dǎo)通 將 PN結(jié)的 P區(qū)接較高電位 （ 比如電源的正極 ） ， N區(qū)接較低電位 （ 比如電源的負(fù)極 ） ， 稱為給 PN結(jié)加正向偏置電壓 ， 簡稱正偏 ， 如圖 19所示 。 內(nèi)電場對 P區(qū)和 N區(qū)的少子同樣產(chǎn)生了電場力的作用 。 在這個區(qū)域內(nèi) ， 多子已擴(kuò)散到對方因復(fù)合而消耗殆盡 ， 所以又稱耗盡層 。 1． PN結(jié)的形成 在一塊本征半導(dǎo)體上通過某種摻雜工藝 ， 使其形成N型區(qū)和 P型區(qū)兩部分后 ， 在它們的交界處就形成了一個特殊薄層 ， 這就是 PN結(jié) 。 所以硼原子摻入后一方面提供了一個帶正電荷的空穴， 一方面自己成為了帶負(fù)電的離子， 即摻入一個硼原子就相當(dāng)于摻入了一個能接受電子的空穴， 所以稱三價元素硼為受主雜質(zhì)， 此時雜質(zhì)半導(dǎo)體中的空穴濃度約等于摻雜濃度， 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自由電子濃度， 稱空穴為多子、 自由電子為少子。 第 1章 基本半導(dǎo)體分立器件 圖 16 N型半導(dǎo)體 第 1章 基本半導(dǎo)體分立器件 在 N型半導(dǎo)體中 ， 由于摻雜帶來的自由電子濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于本征載流子濃度 ， 因此多子濃度約等于摻雜的雜質(zhì)濃度 ， 遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于少子空穴的濃度 。 自由電子逆電場方向移動形成電子電流 IN， 空穴順電場方向移動形成空穴電流 IP， 如圖 15所示。 在熱能或外加電場的作用下 ， 鄰近原子帶負(fù)電的價電子很容易跳過來填補(bǔ)這個空位 ， 這相當(dāng)于此處的空穴消失了 ， 但卻轉(zhuǎn)移到相鄰的那個原子處去了 ， 如圖 14所示 ， 價電子由 B到 A的運(yùn)動 ， 就相當(dāng)于空穴從 A移動到 B。 從數(shù)字上可以看出 ， 本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力是很差的 。 第 1章 基本半導(dǎo)體分立器件 圖 13 本征激發(fā)產(chǎn)生自由電子 — 空穴對 第 1章 基本半導(dǎo)體分立器件 自由電子和空穴在熱運(yùn)動中又可能重新相遇結(jié)合而消失 ， 叫做復(fù)合 。 第 1章 基本半導(dǎo)體分立器件 當(dāng)溫度逐漸升高或在一定強(qiáng)度的光照下 ， 本征硅或鍺中的一些價電子從熱運(yùn)動中獲得了足夠的能量 ， 掙脫共價鍵的束縛而成為帶單位負(fù)電荷的自由電子 。 每個價電子都要受到相鄰的兩個原子核的束縛， 每個原子的最外層就有了八個價電子而形成了較穩(wěn)定的共價鍵結(jié)構(gòu)。 第 1章 基本半導(dǎo)體分立器件 圖 11 硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)簡化模型 第 1章 基本半導(dǎo)體分立器件 在實際應(yīng)用中 ， 必須將半導(dǎo)體提煉成單晶體 ——使它的原子排列由雜亂無章的狀態(tài)變成有一定規(guī)律 、 整齊地排列的晶體結(jié)構(gòu) ， 如圖 12所示 ， 稱為單晶 。 一切物質(zhì)都是由原子構(gòu)成的 ， 而每個原子都由帶正電的原子核和帶負(fù)電的電子構(gòu)成 。 在半導(dǎo)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 。 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%。 第 1章 基本半導(dǎo)體分立器件 1. 熱敏性 所謂熱敏性就是半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨著溫度的升高而迅速增加 。cm的物質(zhì) ， 稱為導(dǎo)體 ， 例如銅 、 鋁 、 銀等金屬材料； 將很難導(dǎo)電 、 電阻率大于 1010Ω 通常將很容易導(dǎo)電 、 電阻率小于 104Ω 常用的半導(dǎo)體材料是硅 （ Si） 和鍺 （ Ge） 。 第 1章 基本半導(dǎo)體分立器件 2. 光敏性 半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨光照的變化有顯著改變的特性叫做光敏性 。 第 1章 基本半導(dǎo)體分立器件 3. 雜敏性 所謂雜敏性就是半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力因摻入適量雜質(zhì)而發(fā)生很大的變化 。 第 1章 基本半導(dǎo)體分立器件 本征半導(dǎo)體 在近代電子學(xué)中 ， 最常用的半導(dǎo)體材料就是硅和鍺 ， 下面以它們?yōu)槔?， 介紹半導(dǎo)體的一些基本知識 。 其原子結(jié)構(gòu)可以表示成如圖 11所示的簡化模型 。 第 1章 基本半導(dǎo)體分立器件 圖 12 本征硅 （ 或鍺 ） 的晶體結(jié)構(gòu) （ a） 結(jié)構(gòu)圖； （ b） 平面示意圖與共價鍵 第 1章 基本半導(dǎo)體分立器件 從圖 12（ b）的平面示意圖可以看出， 硅和鍺原子組成單晶的組合方式是共價鍵結(jié)構(gòu)。 第 1章 基本半導(dǎo)體分立器件 1． 本征激發(fā)與復(fù)合 在絕對零度 （ － 273 ℃ ） 時 ， 半導(dǎo)體中的價電子不能脫離共價鍵的束縛 ， 所以在半導(dǎo)體中沒有自由電子 ， 半導(dǎo)體呈現(xiàn)不能導(dǎo)電的絕緣體特性 。 在本征激發(fā)中 ， 帶一個單位負(fù)電荷的自由電子和帶一個單位正電荷的空穴總是成對出現(xiàn)的 ， 所以稱之為自由電子 — 空穴對 ， 如圖 13所示 。 一般在室溫時 ， 純硅中的自由電子濃度 n和空穴濃度 p為 ni=n=p≈ 1010(個 /cm3) （ 11） 第 1章 基本半導(dǎo)體分立器件 對于純鍺來說 ， 這個數(shù)據(jù)約為 1013個 /cm3， 而金屬導(dǎo)體中的自由電子濃度約為 1022個 /cm3。 第 1章 基本半導(dǎo)體分立器件 2． 自由電子運(yùn)動與空穴運(yùn)動 經(jīng)過分析 ， 我們知道在本征半導(dǎo)體中 ， 每本征激發(fā)出一個自由電子 ， 就會留下一個空穴 ， 這時本來不帶電的原子 ， 就相當(dāng)于帶正電的正離子 ， 或者說留下的這個空穴相當(dāng)于帶一個單位的正電荷 。 微觀上載流子的定向運(yùn)動， 在宏觀上就形成了電流。 1． N型半導(dǎo)體 在四價的本征硅 （ 或鍺 ） 中 ， 摻入微量的五價元素磷 （ P） 之后 ， 磷原子由于數(shù)量較少 ， 不能改變本征硅的共價鍵結(jié)構(gòu) ， 而是和本征硅一起組成共價鍵 ， 如圖 16所示 。 這樣鄰近原子的價電子就可以跳過來填補(bǔ)這個空位。 第 1章 基本半導(dǎo)體分立器件