模電基礎(chǔ)知識講解

第一講電荷

一、正電荷和負(fù)電荷

初中的時候我們學(xué)習(xí)過的物理和化學(xué)里有有關(guān)自然界中的物質(zhì)的定義是：

物質(zhì)由分子組成，分子由原子組成,原子由原子核和核外電子組成。原子核帶正電，

核外電子帶負(fù)電。

元素的序號就是一個原子中原子核內(nèi)正電荷的數(shù)目，核外電子的數(shù)目與核內(nèi)正電荷的

數(shù)目相等，正電荷和負(fù)電荷相互抵消而呈電中性。

所以，正常情況下物質(zhì)是電中性的,即不帶電的。

當(dāng)原子獲得一定的能量后，其核外電子容易擺脫原子核的束縛而掙脫出來，叫做自由

電子。

任何元素都有其自身的化合價，化合價有表達(dá)能夠擺脫原子核束縛的自由電子數(shù)目多

少的特征。

如，硅原子的序號是14,表示有14個核外電子,14個核內(nèi)正電荷。

但是化合價是4,即可能最多有4個核外電子擺脫原子核的束縛而成為自由電子，其

余10個永遠(yuǎn)被原子核束縛，不得掙脫。

核外電子在原子核周圍是按層次有規(guī)律的飛旋運轉(zhuǎn)的。

正電荷和負(fù)電荷有相互吸弓I的作用，同種電荷有互相排斥的作用。

二、物質(zhì)帶電

當(dāng)我們設(shè)法把正電荷和負(fù)電荷分開，物質(zhì)就帶電了。例如，物質(zhì)的一頭帶正電荷，另

一頭帶負(fù)電荷6

或者我們把某物質(zhì)的某種電荷移走一部分,這個物質(zhì)就剩下與移走的電荷的反電荷，

數(shù)量相同，這個物質(zhì)也就帶電了。

通常的方法是摩擦起電或感應(yīng)起電或接觸起電。

摩擦起電：用絲綢摩擦玻璃棒,玻璃棒上就產(chǎn)生了正電荷。

感應(yīng)起電：用一個帶某種電荷的物體，靠近另一個電中性的物體，這個電中性的物體

的異種電荷被帶電物體吸引，靠近帶電物體，同種電荷被排斥到另一頭。

接觸起點：一個帶電物體接觸一電中性的物體，帶電物體所帶的電荷移動一部分到電

由性的物體，電中性的物體也帶電了。

如果我們把物質(zhì)的某種電荷移走，但是該物質(zhì)能源源不斷的補充這種電荷，這叫電源。

第二講電流、電壓、電阻和歐姆定律

一、電流

電荷的定向移動,形成電流。

為什么要加上"定向"呢？因為物質(zhì)里面的電荷是無時無刻的在運動著，但不定向自

日運動，就不能形成電流。

二、電壓

電壓是形成電流的要素，一根導(dǎo)體兩端如果有電壓，這根導(dǎo)體上就產(chǎn)生了電流。上一

話談到的電源，有電壓的電源,也有電流的電源，他們是可以相互轉(zhuǎn)換的。

三、電阻

阻礙電流通過的物體是電阻，任何有形物質(zhì)都具有電阻的特征。只是阻礙電流能力的

強弱而已。如銅棒，木棒，水，空氣。

任何物質(zhì)都有其特定的電阻率，電阻率是描述一個物質(zhì)單位截面積、單位長度所表現(xiàn)

出來的電阻的大小的一個參量。如銅的電阻率比鐵的電阻率小，則銅比鐵更容易導(dǎo)電，阻

礙電流的能力也小。

四、歐姆定律

電流、電壓和電阻三者之間的關(guān)系,稱歐姆定律。

第三講電阻器的認(rèn)識

導(dǎo)線的電阻很小,如1m長度lmm2的銅線器電阻不到0.1。。而電子技術(shù)中有時需要

用到較大的電阻,那需要很長的導(dǎo)線，不但價格貴，安裝也不方便，所以人們設(shè)法用廉價

物質(zhì)通過刻槽的方法制造出電阻器，所需的阻值可以任意刻出來，批量造價不到1分錢，這

就給使用電阻帶來了方便。制造出來的電阻器簡稱電阻。

1.電阻的符號和表示方法：

R1

-??---

1K2

R1表示電阻的序號，即這是圖中的第1個電阻；L2KO表示這個電阻的阻值,也可簡

寫為12K或1K2。

2.電阻的標(biāo)稱值

國際標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)稱電阻采用E24系列，即把L10之間的電阻分為不等份24份,如：

1,1.1,1.2,1.3,1.5,1.6,1.822.2,2.4,2.7,3,3.3,3.6,3.9,4.3,4.7,

5.1,5.6,6.2,6.8,7.5,8.2,9.1;

以及上述這些標(biāo)稱值乘以10的n次方，包括10的?1次方（0.P0,91）,10的0次方（上

述數(shù)字本身），一直到10的6次方（\

3.電阻的色環(huán)表示

現(xiàn)代電子產(chǎn)品體積較小，電阻上不能印刷文字來表示阻值,用一圈圈不同的顏色來表

示，參見相關(guān)書籍。

4.電阻的串聯(lián)

RiR2

——II------1I——

120K1K2

'V'

R總

R總=RI+R2=12K+1K2=13K2

12KC可以簡寫為12K,1.2KC可以簡寫為1K2。

串聯(lián)電阻總的阻值為若干個電阻的和

問答題：

1)兩個相同的電阻串聯(lián)，總的阻值是？

2)

1個很大阻值的電阻和一個很小阻值的電阻串聯(lián)，總阻值由哪一個占主導(dǎo)？

5.電阻的并聯(lián)

RI120K

--------11--------

R21K2

---1I--------

"V'

R總

并聯(lián)電阻總阻值的倒數(shù)為各電阻倒數(shù)的和

1/R總=1/R1+1/R2=1/12K+1/1K2

或并聯(lián)電阻總的阻值為若干個電阻的乘積除以若干個電阻的和3

問答題：

1）兩個相同的電阻并聯(lián)，總的阻值是？

2）

1個很大阻值的電阻和一個很小阻值的電阻并聯(lián)，總阻值由哪一個占主導(dǎo)？

課后可多設(shè)置一些電阻串聯(lián)、并聯(lián)和混合聯(lián)（本文從略）計算以加深印象

RlR2

1如K1K2

R總

第四講電容器

顧名思義，電容器就是盛電的容器,簡稱電容，他是由兩塊平行板相隔一定的距離，

引出兩根引線而形成的,根據(jù)平行板的面積和間距決定這個電容器能盛多少的電，電就是

電荷，電容器的大小在一定程度上（如保持一定的電壓時）就是指能盛電荷量的多少。

電容器的大小與平行板的面積成正比，與平行板的距離成反比，

電容器的符號與他的定義很形象，如下圖，用Cx來表示序號，下方O.luF指的是其

容量值的大小。

C1

O.luF

電容器量綱的基本單位是法拉，簡稱法，用F表示，由于這個量綱表達(dá)的電容很大，

所以電子技術(shù)中不用法拉做單位，而是用微法拉作單位，或者用皮法拉做單位，一個微法

拉是10的-6次方法拉。一個皮法拉是10的-6次方微法拉。微法拉用uF表示，皮法拉用

PF表示。近年來，又相應(yīng)推出了納法拉（nF）和毫法拉（mF）做單位。

即：

lF=1000mF

1F=1000000UF

luF=1000nF

luF=1000000PF

電容器上的電荷是被慢慢的充電充進(jìn)去的,一個特定容量的電容器,所充進(jìn)去的電荷

數(shù)目越多，其兩端的電壓就越高，但是不能高于該電容器額定的電壓值,每一個電容器除

了標(biāo)注有電容量外，還標(biāo)注有限制電壓，稱耐壓，普通小容量（luF）的耐壓往往在50V

以上，且不分電壓極性，可以兩端對調(diào)使用；而大容顯的（稱電解電容）的耐壓往往達(dá)到

25V以上的，有電壓極性的標(biāo)注，使用時，我們不能接反。

luF以上的大容量電容器往往是鋁電解電容器,還有鋁（tan）電解和銅（ni）電解電

容器，后兩種損耗低漏電小價格高。一般我們見到的電解電容器都是鋁電解電容器。

電容器上所加的電壓如果超過限定值，就有爆炸的可能，電容量越大,爆炸的威力也

天，使用時要，卜，

電解電容器接反時，容量嚴(yán)重減小，耐壓大大降低，損耗嚴(yán)重，

電解電容器的的符號比普通電容器多了個〃正”號，有"正”號的那邊是正極，另一

邊是負(fù)極。如下圖。

C2

+

100UF/63V

圖中63V是限定電壓，即耐壓，指外電路只能加入比63V小一些的電壓。

電容器的主要特性是能通過交流電，而阻擋住直流電.

電容器的容量越大，就越能通過頻率高的交流電。

所謂交流電，是指大小能隨時間交變變化的電源，也叫交流信號，每秒鐘交變的次數(shù)

稱為交流電的頻率，單位為赫茲（Hz）,如1000Hz是指這個交流電信號每秒交變1000

次。

第五講信號

一、直流電源

1.直流電壓源

典型的直流電源是干電池,還有各種蓄電池，可以用

E1—I—1,5V

來表示，屬于直流電源的一種，上面長橫線是正極，下面短橫線是負(fù)極，用E表示,

右側(cè)可注明電池的壓，兩個以上相同的電池串聯(lián)稱電池組。

E23V

還有可以從高壓交流220V轉(zhuǎn)換來的電源，廣義的直流電壓源符號為

+1

U15V

直流電壓源用于向外提供電壓能量，以便使各種電子電路正確的工作。直流電壓源在

一定的條件下其兩端的電壓是相對穩(wěn)定的。

任何電壓源都有其自身內(nèi)阻的特性，一般較小，所以往往在分析計算時被忽略。

2,直流電流源

直流電流源向外提供穩(wěn)定的直流電流，其廣義的符號為

II0.1A

麻。

我們認(rèn)為，電流源的內(nèi)阻一般較大，計算時其內(nèi)阻往往被也忽略。

電壓源和電流源之間可以相互轉(zhuǎn)換,可參考相關(guān)書籍，關(guān)于戴維南定理和諾頓定理章

節(jié)。

二、交流電源

交流電源是指正負(fù)端隨時間交替變化的電源，一般我們按正弦規(guī)律變化的來分析。

本節(jié)未完待續(xù)

注：上〃圖”太復(fù)雜，留著以后改版升級后再加，或抽空加。

給網(wǎng)站提難題了,勿怪

第五講（二）

繼續(xù)

二、交流電源

交流電源是指正負(fù)端PS時間交替變化的電源，一般我們技正弦規(guī)律變化的來分析.

交確翩符號

糠示，左邊交流電壓源，右邊是交布電流源，與直流電壓源和亙流電流源相比，僅多

畫了個“~”符號，另外，序號3、“改如卜寫字母.一般電壓源內(nèi)較小時，與電壓源串

聯(lián)即可.省略1一股電流源內(nèi)阻較大時，,電流源并聯(lián)，也可?省略.

直流電源與突而電源隨時間變化的曲線是?

須柵各種數(shù)值之間的美系表示：隨值（V"=2幅值=26有效胤

；正弦信號的三要素，幅值、知相位、角短軋這個知識點拓參考有關(guān)書籍,此處不普述.

0.5V直流電和0.5V有效值交流電如果接入相同的電阻，其電阻上產(chǎn)生的熱量是相同

的。

文中，電壓源內(nèi)阻較小時，缺一個"阻"字

第六講半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識

物質(zhì)導(dǎo)電能力的大小是用導(dǎo)體和絕緣體來表征的，導(dǎo)體的導(dǎo)電能力強,絕緣體的導(dǎo)電

能力弱；

導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)，就稱為半導(dǎo)體;

常見的半導(dǎo)體有硅（Si）和楮（Ge）,這是單質(zhì)半導(dǎo)體；

還有化合物半導(dǎo)體珅化像（GaAs）和磷化像（GaP）;

當(dāng)半導(dǎo)體受熱、光、雜質(zhì)的影響后，其導(dǎo)電能力急劇上升,這是和導(dǎo)體、絕緣體有所

不同的；

完全純凈的且晶格完整的（晶格，物質(zhì)結(jié)構(gòu)專有名詞，這里不展開講述）半導(dǎo)體稱本

征半導(dǎo)體；

本征半導(dǎo)體在絕對0%（自然環(huán)境不存在）和無光照的情況下，和絕緣體是相近的,

是不導(dǎo)電的；

當(dāng)摻入雜質(zhì)后，導(dǎo)電能力才急劇上升。但是達(dá)不到導(dǎo)體的程度；

常規(guī)情況下，半導(dǎo)體都是4價的6即原子的最外層有4個電子。受熱或受光照后，其

中的1-4個就會獲得能量脫離原子核的束縛,自由運動，能夠?qū)щ?，稱為自由電子，同時

出現(xiàn)了1-4個空位，稱為空穴，空穴也是能導(dǎo)電的。這叫做熱激發(fā)；

當(dāng)摻入雜質(zhì)后，就破壞了原子結(jié)構(gòu)，摻入5價元素,每個原子就多了一個電子，摻入

3價元素，每個原子就少了一個電子即多出了一個空穴；

我們正是利用摻雜才將半導(dǎo)體制作成為對我們有用的物質(zhì)-一雜質(zhì)半導(dǎo)體；

當(dāng)摻入3價硼（B）原子，每個原子周圍就比半導(dǎo)體原子少了一個電子，對半導(dǎo)體整

體來說，就出現(xiàn)了一個空位，稱為空穴，這個空穴是帶正電荷的。含有空穴的半導(dǎo)體稱P

型半導(dǎo)體，空穴（帶正電荷）也是能導(dǎo)電的，就像電影院里的一個空座位，人挨個往空座

位方向移動時，空座位就從這一頭移動到了另一頭，所以說，空穴（帶正電荷）也能導(dǎo)電;

當(dāng)摻入5價磷（P）原子，每個原子周圍就比半導(dǎo)體原子多了一個電子，對半導(dǎo)體整

體來說，就多出了一個電子.這個電子不受原子核束縛，可以自由移動導(dǎo)電，稱自由電子,

自由電子是能導(dǎo)電的。含有自由電子的半導(dǎo)體（這個自由電子與受光和熱激發(fā)出來的自由

電子不同,這個是多出來的，沒有空穴與之對應(yīng)）稱為N型半導(dǎo)體；

自由電子和空穴相遇時，自由電子就可能呆在了空穴的位置，稱為復(fù)合。

第七講PN結(jié)的形成

關(guān)于上一講,談到的自由電子和空穴，我們可以都冠以〃載流子"（承載能形成電流

的粒子）這個名詞。

N型半導(dǎo)體中,除了含有因摻入5價元素（如P）雜質(zhì)而產(chǎn)生的自由電沙卜，也有空

穴，空穴是因為熱激發(fā)而產(chǎn)生的“自由電子空穴對"中的空穴。我們把N型半導(dǎo)體中的自

由電子稱為多數(shù)載流子，把N型半導(dǎo)體中的空穴稱為少數(shù)載流子。

同樣的

P型半導(dǎo)體中，除了含有因摻入3價元素（如B）雜質(zhì)而產(chǎn)生的空穴外,也有自由電

子，自由電子是因為熱激發(fā)而產(chǎn)生的〃自由電子空穴對"中的自由電子。我們把P型半導(dǎo)

體中的自由電子稱為少數(shù)載流子,把P型半導(dǎo)體中的空穴稱為多數(shù)載流子。

這一節(jié)講下PN結(jié)的形成

半導(dǎo)體中，PN結(jié)是形成二極管和三極管的最主要的成分,沒有PN結(jié)，就沒有半導(dǎo)體

在當(dāng)前現(xiàn)代社會中的廣泛應(yīng)用，包括CPU。

當(dāng)把N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體有機的結(jié)合到一起，就形成了PN結(jié)e

注意，是有機的結(jié)合，而不是簡單的拼湊。所謂有機的結(jié)合，是在制造過程中的整體

形成，不是簡單的擠壓。

例如，一塊N型半導(dǎo)體，本來是平均摻雜有P原子的,自由電子較空穴相比具多數(shù)，

但是總數(shù)少，我們叫做“輕”摻雜，當(dāng)我們在這塊N型半導(dǎo)體的上表面的某一定的厚度范

國內(nèi),如2um,繼續(xù)摻雜B原子，則摻雜到一定程度時這2um范圍內(nèi)的P和B原子的數(shù)

目相等，這時自由電子和空穴數(shù)量相等并且互相復(fù)合,反而類似于本征半導(dǎo)體了（只剩下

了因熱激發(fā)而產(chǎn)生的少量電子空穴對），在此基礎(chǔ)上，繼續(xù)摻雜B原子，則空穴就多于自由

電子了，被改作了P型半導(dǎo)體了（重?fù)诫sI在這個2um的交界處，一邊是N型半導(dǎo)體,

自由電子多空穴少；另一邊是P型半導(dǎo)體，空穴多自由電子少，那這個2um的交界面就

叫做PN緣注意了，PN結(jié)僅僅是一個P型鈣體和N型半導(dǎo)體的交界面而已！這是所

謂的用平面工藝所產(chǎn)生的PN結(jié)。還有其他方法也能產(chǎn)生PN結(jié)，如合金法，此處不做描

述。

正是這個PN結(jié)，給我們后來的電子技術(shù)的發(fā)展，帶來的前所未有的、空前的機遇.

第八講PN結(jié)機理

上一講說,N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體有機結(jié)合后，其交界面處就叫做PN結(jié)。其交界

面的情況會是什么樣子的呢?圖示說明。

PN結(jié)，

00-

0

P星半導(dǎo)體，N型半導(dǎo)體.

圖中，左邊是P型半導(dǎo)體，右邊是N型半導(dǎo)體,P型半導(dǎo)體布滿了空穴，N型半

導(dǎo)體布滿了自由電子。

物質(zhì)具有從濃度高的向濃度低的方向擴展的能力，一滴紅墨水，滴入一杯清水中,

紅墨水就會向清水中滲透，這其實是擴散，最終，這滴紅墨水均勻融入到清水中，形成均

勻的淡紅色的水。

空穴和自由電子也具有擴散的能力，左邊空穴濃度高，右邊空穴濃度低（右邊的空

穴圖中沒畫,是由于熱激發(fā)產(chǎn)生的,少量的，左邊的自由電子也是一樣，后面不在描述\

則左邊的空穴要越過PN結(jié)向右邊擴散,右邊的自由電子濃度高，左邊自由電子濃度低,

則右邊的自由電子要越過PN結(jié)向左邊擴散,兩者在互相擴散過程中因相遇而復(fù)合（消失

了），則PN結(jié)附近的兩邊自由電子和空穴都沒有了。

PN綜，

000???

000???

000???

000???

。。。

00O???

000???

P型半導(dǎo)體，N型半導(dǎo)體

這時，我們說,PN結(jié)具有一定的寬度。

PN結(jié)〃

000???

000???

000???

000???

000???

000???

000???

P型半導(dǎo)體.N型半導(dǎo)體

這個空白區(qū)域有許多名稱，都是可以的。1）空間電荷區(qū)；2）勢壘區(qū)；3）耗盡層

等。

實際上，空間電荷區(qū)并不是空的，確實是有電荷的，不過那不是空穴和自由電子，而

是正離子和負(fù)離子，哪兒來的？

N型一邊摻入的P原子的是5價，核內(nèi)有5個原子核帶正電，和周圍四個電子（不

是自由電子，自由電子已經(jīng)因復(fù)合而耗盡）抵消,剩下一個正離子，

P型一邊摻入的B原子的是3價，核內(nèi)有3個原子核帶正電，和周圍四個電子（同上,

不是自由電子，自由電子已經(jīng)因復(fù)合而耗盡）抵消，還少一個正離子，即多了一個負(fù)離子。

因此，可以畫做為:

則PN結(jié)由一條線變成了有一定寬度了。

注意這時耗盡區(qū)里面的正負(fù)離子間就產(chǎn)生了一定的電壓（書上說叫電場，那就電場

吧），稱內(nèi)建電場.其右邊正左邊負(fù)?電場方向是6

由于擴散、復(fù)合、耗盡（沒了）需要時間（短的很）,就此時而言,擴

散、復(fù)合、耗盡的還很少，所以，空間電荷區(qū)很窄，正負(fù)離子數(shù)還很少，所以，內(nèi)建電場

的電壓值還很小，該電場具有阻礙擴散的能力，但，暫時阻礙的力量還很小。

因此，左右的空穴和自由電子還要繼續(xù)擴散，有互相擴散就會復(fù)合和

耗盡,使空間電荷區(qū)越來越大，空間電荷數(shù)目越來越多,內(nèi)建電場的電壓越來越大，阻礙

擴散的能力就越來越強。

但是,由于兩邊有少數(shù)載流子,這內(nèi)建電場具有吸引對方少數(shù)載流子

的能力，我們稱為漂移，又使得耗盡層變窄，正負(fù)離子數(shù)目變少，內(nèi)建電場電壓砌

反過來，又加快了擴散運動的進(jìn)行，又0

擴散導(dǎo)致正負(fù)離子變多，內(nèi)建電場加大，耗盡層變寬，阻礙擴散進(jìn)行,

加速漂移運動；

漂移導(dǎo)致正負(fù)離子變少，內(nèi)建電場減弱，耗盡層變窄,阻礙漂移進(jìn)行,

加速擴散運動；

這樣，擴散和漂移運動互相制約又互相交叉從而一刻不停，使得耗盡

層寬度、內(nèi)建電場電壓正負(fù)離子雕動態(tài)的維持在一定的量值上這被稱為動態(tài)畸.

有一點，內(nèi)建電場在常溫下動態(tài)維持在約左右。其寬度與

摻雜輕重有關(guān)，其正負(fù)離子數(shù)量與這塊結(jié)半導(dǎo)體的長寬高有關(guān)3

注意體會：這里的動態(tài)平衡二字的含義。

第九講PN結(jié)單向?qū)щ娦?/p>

上回書說到，PN結(jié)內(nèi)建電場的方向是從N端指向P端，動態(tài)平衡時大約0.65V左右,

日于這個電場的存在會阻止載流子的擴散運動而加強漂移運動，并且最終達(dá)到動態(tài)平衡狀

態(tài)。

設(shè)想一下：

當(dāng)我們設(shè)法削弱該電場時，則載流子的擴散運動將能維持下去,并形成擴散電流。

反之：

當(dāng)我們設(shè)法增強該電場時，則載流子的漂移運動將能維持下去，并形成漂移電流。

削弱該電場的方法是在PN結(jié)外部加上一個與內(nèi)建電場相反的電壓回路；

增加該電場的方法是在PN結(jié)外部加上一個與內(nèi)建電場相同的電壓回路；

圖示說明：

1：正向?qū)щ?/p>

先研究下

外接一個與內(nèi)建電場相反的電壓，削弱了內(nèi)建電場，加強了擴散運動，當(dāng)外接電壓較

低，抵消量小,PN結(jié)寬度減小不多，雖然擴散運動大于漂移運動?但是擴散電流還很小。

但是，畢竟產(chǎn)生了電流。

和原來未加外接電壓相比，雖然有內(nèi)建電場，但達(dá)到動態(tài)平衡時是不產(chǎn)生電流的。

隨著外加電壓的逐漸增加，大大加強了擴散運動，PN結(jié)寬度越來越窄，擴散電流逐

漸加大。

???e?

00?@eo?

00?G?Q?

00???e?

00G9?lfo?

0699?ue?

00???ee

我們把連接的這個外加電壓正端接P型半導(dǎo)體，負(fù)端接N型半導(dǎo)體的情況稱為PN結(jié)

的正向電壓（雖然與內(nèi)建電場反向I

其外加正向電壓與PN結(jié)的擴散電流（里面有一部分是相反的漂移電流）作為一個坐

標(biāo)的橫軸和縱軸，采用描點法得到的曲線稱為PN結(jié)的正向特性曲線,也叫PN結(jié)的伏安

特性曲線。見下圖.

(A)

在沒加外部電壓時（如圖，即0V）,電流也為0;

在外接電壓很小時（如圖，設(shè)為0.1V），產(chǎn)生的微小的電流,如10PA（皮安培,

10PA=0.01mA）;

在外接電壓較小球如圖設(shè)為03V）產(chǎn)生的較小的電流加100PN100PA=0.1mA）;

在外接電壓較大時（如圖，設(shè)為0.5V），產(chǎn)生的較大的電流，如2.5mA;

在外接電壓達(dá)到內(nèi)建電壓時（如圖,設(shè)為0.65V），產(chǎn)生的更大的電流,如10mA--

正向?qū)щ姡?/p>

一旦外接電壓超過內(nèi)建電壓，產(chǎn)生的電流將迅速加大，容易導(dǎo)致PN結(jié)因過電流從而

過功耗而損壞。

2:反向截止

外接一個與內(nèi)建電場相同的電壓,即P端接負(fù)N端接正，這叫反向連接，這時增加了

內(nèi)建電場，PN結(jié)寬度增大，阻止了擴散運動，加強了漂移運動。

當(dāng)外接電壓較低，增加量小，PN結(jié)寬度增大不多，但漂移運動大于擴散運動，漂移

電流占主導(dǎo)地位,同樣的,和沒加外電壓相比，畢竟產(chǎn)生了電流，雖然很小。

隨著外加電壓的逐漸增加，大大加強了漂移運動，PN結(jié)寬度越來越寬，漂移電流逐

漸加尢

當(dāng)外接電壓加大到一定程度時,漂移電流不再熠加，維持在一個穩(wěn)定的電流值上。

這是為什么呢？

因為漂移電流是由少數(shù)載流子的定向移動形成的，少數(shù)載流子又是哪里來的呢？

前文說到，少數(shù)載流子是由因熱和光的激發(fā)而產(chǎn)生的電子空穴對中的其中之一，忽略

光的影響，少數(shù)載流子的數(shù)量完全由當(dāng)前溫度的高低決定,外加反向電壓達(dá)到一定程度，

所有少數(shù)載流子都參與了形成這個漂移電流,少數(shù)載流子的數(shù)量只要不增加，其電流就是

定值不變。

結(jié)的

N到

P得

為法

稱點

況描

情；

用凰A

的采;P

體，下A0

P0

<導(dǎo)軸見11

流縱

N移半戔如如

漂電型和曲,，

-P軸流

-性流

?④⑥④?缶?-

-接橫電

-蝴電

?④④??缶?-

-端的的的

④④⑥??e?場壓-伏

電-負(fù)標(biāo);小小

@?@?96?電4大，

建加坐向0微較

內(nèi)外體

,個反為的的

0990999導(dǎo)

一的也生生

半為流產(chǎn)

型作結(jié)產(chǎn),

N電,））

N流P,V

）1V

接\電叫V,I

端向移也0O為

八正同漂

移流緣即設(shè)設(shè)

漂電壓場的，，，

電電結(jié)曲圖圖圖

-N性

-加建如如如

DMnD-外內(nèi)P特（（（

12IMVI?尸-L1X-

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電-壓

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9G??0@9內(nèi)外雖的

（接（向結(jié)部壓壓

0066-000連壓反N外電電

把電加P加接接

們向外為沒外外

我向其稱在在在

反線

的曲

在外接電壓較大時（如圖，設(shè)2V）,產(chǎn)生的電流卻沒有變大多少,如101PA--反

向截止;

在外接電壓達(dá)到內(nèi)建電壓時（如圖，設(shè)為10V），產(chǎn)生的電流還是沒有變大多少，如

102PA;

一旦外接電壓超過某一數(shù)值（與具體的單個產(chǎn)品有關(guān),如100V）,產(chǎn)生的電流將迅速

加大，這叫做PN結(jié)的擊穿。如果不采取措施，容易導(dǎo)致PN結(jié)擊穿后因過電流從而過功

耗而損壞。

正向?qū)щ姺聪蚪刂菇凶鰡蜗驅(qū)щ娦裕碢N結(jié)只有一個方向是導(dǎo)電的！

第十講

PN結(jié)的參數(shù)及使用要點

在PN結(jié)生產(chǎn)線上測試時,用探針法,配合晶體管特性圖示儀，可以直觀的看到正向

特性曲線和反向特性曲線6

經(jīng)測試性能滿足要求的才連接引線和封裝。

當(dāng)把PN結(jié)兩個節(jié)點引出兩根引線，并用塑料或玻璃封裝起來，可作為成品出售，這

就是傳說中的晶體二極管，簡稱二極管。實質(zhì)上，他內(nèi)部主要就是一個PN結(jié)。

標(biāo)識及符號圖

VD

左邊三角形是PN結(jié)的陽極，也叫正極；右邊豎線是PN結(jié)的陰極，也叫負(fù)極。

二極管主要參數(shù)：

L正向整流電流IF這個電流就是前面描述的擴散電流，這個參數(shù)指二極管能夠長期正

菖穩(wěn)定工作時允許流過的最大電流。

有時二極管上流過的電流可能還超過IF電流，但是也不損壞,這是因為二極管在流過

這么大電流后，產(chǎn)生的熱量還沒有促使其溫度（PN結(jié)的結(jié)溫）超過極限溫度，接著外電

路上的電壓就撤銷，PN結(jié)上電流就休止了(處于降溫狀態(tài))，即瞬間流過的電流允許超過

IF,但接著必需讓二極管處于截止?fàn)顟B(tài)。

2,反向擊穿電壓U(BR)D指二極管負(fù)極接正正極接負(fù)時能夠承受的最大電壓，二極

管仍處于截止?fàn)顟B(tài)的極限電壓,超過這個電壓，二極管就不再截止了，變?yōu)榉聪驅(qū)恕?/p>

這種反向?qū)顟B(tài)叫做PN結(jié)的擊穿。

PN結(jié)的反向擊穿分為齊納擊穿和雪崩擊穿兩種，這里不仔細(xì)研究，可參閱相關(guān)書籍。

一般大于6V的為雪崩擊穿，小于4V的為齊納擊穿，在4V-6V范圍內(nèi)的很難確定。

二極管反向電壓超限并不一定損壞，只要限制其反向電流不要過分的大，則二極管擊

穿后并不損壞，當(dāng)反向電壓減小到U(BR)D以內(nèi)二極管還是可以恢復(fù)到截止?fàn)顟B(tài)的。極

端情況下，擊穿后不限制電流導(dǎo)致耗散功率過大從而燒壞的情況是有的。

3,最大耗散功率PD指二極管能長期正常工作時流過二極管上的電流和二極管兩端的

電壓的乘積的最大值。

前面我們說二極管流過上的電流允許超過IF，但要注意,這是瞬時的,不能長期過限

工作。

4,正向電壓降UD指二極管允許的正向最大電壓,也是二極管上正向?qū)〞r的電壓。

超過這個電壓會導(dǎo)致二極管上流過的電流超過IF從而導(dǎo)致二極管損壞，之所以損壞,還是

因過熱引起的6

這個電壓參數(shù)是溫度的函數(shù)，溫度每升高1°,其UD大約上升1.8mV~2.5mV°

現(xiàn)在都大量使用硅材料制作的二極管，其正向電壓降為約0.65V左右。過去若干年所

見到的錯二極管為0.2V左右。

5,反向飽和電流IRD這就是前述的漂移電流，指外接反向電壓（未擊穿時）二極管上

流過的電流。

這個參數(shù)也是溫度的函數(shù),溫度每上升10°JRD大約擴大1倍。

二極管在直流電源中擔(dān)任著不可或缺的主要角色。

重點提示：

關(guān)于二極管的損壞二極管過流或過壓，并不一定損壞，但二極管過流或過壓容易損壞,

因為過流或過壓就容易過功耗。但是過壓限制電流或過流限制時間都能保證二極管不損壞.

二極管只要損壞，都是因為過流或過壓后PN結(jié)超過功耗導(dǎo)致結(jié)溫過高而燒壞的.

與電源連接時,如果電源的內(nèi)阻很小并直接連接，為了保證長期穩(wěn)定的工作，要串聯(lián)

一個電阻，以限制流過二極管的電流。

按圖實驗一下：下圖中圓圈內(nèi)有叉號的是燈泡。

觀察的結(jié)果有何不同？

第十一講三極管的結(jié)構(gòu)

顧名思義，三極管三個電極,與二極管相比，多一個電極,那個電極是怎么引出來的

昵？另外，三極管起到什么作用呢？

在制造二極管時，制作出一個PN結(jié),在這個基礎(chǔ)上，再制造一個半導(dǎo)體區(qū)，形成三

個半導(dǎo)體區(qū)，并且P區(qū)N區(qū)相互間隔,引出電極,如下圖。分別稱為NPN三極管和PNP

型三極管。

左邊是NPN三極管，右邊是PNP三極管

三層半導(dǎo)體組成的是兩個PN結(jié),即一個三極管內(nèi)部包含兩個PN結(jié)。

等效結(jié)構(gòu)圖如下圖所示。??M??

上面兩三極管示意圖中都包含兩個二極管,那每個圖中左邊的二極管與右邊的二極管

有何區(qū)別呢？左邊和右邊的兩個二極管能否對調(diào)使用呢？這還要從內(nèi)部結(jié)構(gòu)說起，參見下

面的結(jié)構(gòu)示意圖。

PN結(jié)的制造其實就是設(shè)法搠a定摻入雜質(zhì)，以NPN為例,先是N型襯底，在其上

擴散B原子，產(chǎn)生一層P型半導(dǎo)體，再在這個P型半導(dǎo)體上擴散P原子，產(chǎn)生N型半導(dǎo)

體，注意一點,最后這層N型半導(dǎo)體摻雜的P原子很重，導(dǎo)致前一層P型半導(dǎo)體被擠壓得

很薄，這樣，就產(chǎn)生了兩個PN結(jié)。如圖所示，圖中的兩條弧線就是兩個PN結(jié)。

其中,襯底的N型半導(dǎo)體參雜濃度最低，做集電極用，中間P型半導(dǎo)體摻雜濃度次之,

且很薄，做基極用，最上邊N型主導(dǎo)體參雜濃度最高，做發(fā)射極用。集電極、基極、發(fā)射

極分別用C、B、E字符來表示。因此，由于摻雜濃度的不同，①N型襯底半導(dǎo)體和③摻P

原子產(chǎn)生N型半導(dǎo)體不能對調(diào)使用，即發(fā)射極和集電極不能對調(diào)使用。

由此可見，三極管有三個半導(dǎo)體區(qū)，命名為

1:發(fā)射區(qū)摻雜濃度高

2:基區(qū)摻雜濃度次之，且薄

3:集電區(qū)摻雜濃度最低，但體積最大（有些書上說面積）

在三極管的三個區(qū)域上引出電極，分別命名為

1：發(fā)射極E用于發(fā)射載流子

2:基極B控制發(fā)射的載流子

3：集電極C收集發(fā)射的載流子

下一節(jié)三極管機理詩論之

三極管內(nèi)包含兩個PN結(jié),稱為

1：發(fā)射結(jié)EB

2:集電結(jié)BC

第十二講三極管工作機理

三極管工作時，需要外加特定的電壓，按要求，其發(fā)射結(jié)外加正向電壓即發(fā)射結(jié)的P

端加+,N端加?；集電結(jié)的P端加?，N端加+,以NPN型三極管為例，其外加電壓的情

況如下圖

注意圖中，情況分析如下

左邊是發(fā)射區(qū)，是N型半導(dǎo)體，摻雜最重，因此有很多的自由電子，便于發(fā)射載流子；

中間基區(qū)，是P型半導(dǎo)體，摻雜較輕，有部分空穴，目寬度較窄，使發(fā)射區(qū)發(fā)射過來的載

流子很容易越過基區(qū)到達(dá)集電區(qū)；右邊是集電區(qū),是N型半導(dǎo)體,摻雜最輕，但容積很大,

便于收集載流子。

在發(fā)射區(qū)和基區(qū)交界處是發(fā)射結(jié)（PN結(jié)）；在基區(qū)和集電區(qū)交界處是集電結(jié)（也是PN

結(jié)I

圖的下部是兩組電源為VBE和VCB，暫不考慮電壓的大小,只關(guān)心電壓的方向。

其工作情況描述

先撇開右半部分不看，見下圖

這就是前面描述的二極管外加正向電壓的情況，可以參考二極管一節(jié)的外加正向電壓

分析，這里大部分與之相同的如擴散、復(fù)合、形成電流等內(nèi)容從略。不過，也有不同之處,

就是摻雜輕重的區(qū)別和容積大小的區(qū)別，這就是說,復(fù)合掉的數(shù)量很少，形成的基極電流

IB（目前看也是發(fā)射極電流），目前請認(rèn)識一個重要的概念，就是發(fā)射區(qū)在正向電壓驅(qū)使下

擴散過來的多數(shù)載流子?自由電子如果不能被復(fù)合掉的話，在基區(qū)里將成為基區(qū)的少數(shù)載流

?0還有一點，不管哪個區(qū)，都有因熱激發(fā)而產(chǎn)生的少數(shù)載流子的存在。

此時對左邊部分暫告一段落，再看下右邊部分，見下圖

這是外加反向電壓的PN結(jié)，由二極管一節(jié)可知，PN結(jié)外加反向電壓有利于少數(shù)載流

子的漂移運動，形成極小的飽和電流。

現(xiàn)在我們再把第一幅的這個圖復(fù)制下來看一下，綜合發(fā)射結(jié)外加正向集電結(jié)外加反向

電壓的情況。

從圖上看，注意箭頭，發(fā)社區(qū)的最右邊7個自由電子（多數(shù)載流子）在VBE正向電壓

驅(qū)使下,向右邊作擴散運動，同時，基區(qū)的最左邊3個空穴（多數(shù)載流子）也在在VBE正

向電壓驅(qū)使下，向左邊作擴散運動，因與左邊來的7個自由電子中的3個相遇而復(fù)合（掉）,

左邊剛剛運動的還剩下4個自由電子將繼續(xù)向右邊擴散從而到達(dá)基區(qū)，這4個自由電子在基

區(qū)就屬于少數(shù)載流子，受外加反向電壓VCB的驅(qū)使，作漂移運動，將繼續(xù)向右邊移動，直

到越過集電結(jié)到達(dá)集電區(qū)形成集電極電流。

這是第一批載流子運動的概貌

我們分析下形成電流的因素：發(fā)射區(qū)有7個自由電子向右運動?形成發(fā)射極電流IE,

其方向與自由電子（帶負(fù)電荷）運動方向相反；而基區(qū)有3個空穴在向左移動，形成基極電

流，其方向與空穴（帶正電荷）方向相同；剩余4個自由電子繼續(xù)向右運動，形成集電極電

流,其方向與自由電子（帶負(fù)電荷）運動方向相反。

因此」E=IC+IB

且

IC>IB（實際情況是遠(yuǎn)大于）

以上分析都說明什么問題呢？

發(fā)射區(qū)發(fā)射出大量的多數(shù)載流子形成發(fā)射極電流IE,被基區(qū)多數(shù)載流子復(fù)合掉一小部

分形成基極電流IB,剩余的一大部分到達(dá)基區(qū)形成基區(qū)大量的少數(shù)載流子，又被集電區(qū)所

收集形成集電極電流IQ

由此，我們再進(jìn)一步總結(jié)一下：

發(fā)射極電流IE最大，集電極電流【C次之,僅比發(fā)射極電流小一個基極電流IB,基極

電流IB最小，相對于IC來說約為1%左右，合格的一般為5%~0.2%.

需要說明的是，一旦管子制造成功，這個百分的鍬固定，基杯受電流大小所改變

從另一個方面來說，也可以理解為用微小的基極電流可以控制集電極較大的電流，這

就是所謂的電流放大。控制能力就是電流放大倍數(shù)，用0表示。即

P=IC/IB

T殳三極管的p在20~500的范圍內(nèi)。

配合IE=IC+IB,我們稱為三極管的電流分配關(guān)系,即

三極管的電流分配關(guān)系是①IE=IC+IB②2IC/IB。

三極管有兩種類型

1:NPN型

2:PNP型

三極管NPN型和PNP型的對應(yīng)符號圖是：

第十三講三極管的特性曲線

三極管的特性曲線是描述三極管各項參數(shù)的依據(jù),過去，三極管在出廠時都有一個特

性曲線與之對應(yīng),從其特性曲線上可以大致看出其各項參數(shù)指標(biāo)。現(xiàn)代，這項工作都被省

略了。

下圖一個隨機的三極管特性曲線，我們按照該隨機特性曲線描述其晶體管特性。

三極管的特性曲線可以從晶體管特性圖示儀（好貴重的儀器）上顯示出來。

圖中橫軸UCE是上一講的結(jié)構(gòu)示意圖中UCB和UBE的二者疊加，即

UCE=UCB+UBEe

圖中縱軸IC是流過三極管的集電極電流。

圖中的每一條曲線代表一個基極電流IB值，實際上應(yīng)該是密密麻麻的，只是選擇了這

14個做典型顯示出來。

以下關(guān)于組合字符除首字符外其后跟的若干字符均為下標(biāo),文中不再加以下標(biāo)顯示。

直流電流放大倍數(shù)艮的描述

直流電流放大倍數(shù)P是指特性曲線區(qū)任一點對應(yīng)的IC電流和IB電流之比。

如A點JC=2.9mAJB=30pA則其直流電流放大倍數(shù)mA/30M=97;

而B點,IC=4.5mA,IB=45M，則其直流電流放大倍數(shù)P=IC/IB=4.5mA/45pA

=100;

可見,選擇不同的點，其直流電流放大倍數(shù)B也不盡相同。

我們來感覺下c點和D點_

C點，IC，5mA,IB=30|jA,則其直流電流放大倍數(shù)陰IC/IB=1.5mA/30|jA=50;

D點,IC=0.05mA,IB=0|JA，則其直流電流放大倍數(shù)p=IC/IB=0.05mA/OpA8；

可見選擇的點的位置不同，其得到的三極管的參數(shù)也不同，如B為50,97,100,oo

等。其中，D點的計算結(jié)果8是錯誤的，接下來會有所深入討論。這各個點如A、B、C、

D,就稱為靜態(tài)工作點,用Q來表示，Q就是靜態(tài)工作點的含義。

在ABCD四個Q點中，顯然，AB兩個Q點選擇的比較合適，具有較大的直流電流放

大倍數(shù)，而CD點選擇的不合適.

要想選擇相應(yīng)的Q點,需要兩個條件，一是所加的電壓UCE，二是確定基極電流IB,

胃待后續(xù)討論。

晶體管的四個工作區(qū)域

三極管直流電流放大倍數(shù)反映的是給定一個較小的基極電流IB,能獲得較大的集電極

電流K。

我們說上面的A、B點選得合適，是因為其還具有較大的直流電流放大倍數(shù)，如果Q

點選擇的不當(dāng)，則直流電流放大倍數(shù)較小，如C點，甚至輸入一個特定的基極電流，反映

出來的集電極電流無規(guī)律可尋，如D點。

這就涉及到三極管的工作區(qū)域問題，我們把下圖左邊的區(qū)域稱飽和區(qū)，把下面的一段

區(qū)域稱截止區(qū)，把右上區(qū)域稱擊穿區(qū).把圖中三條紅線圍起來的區(qū)域稱放大區(qū),

k(mA)70.

飽和區(qū)的特點：

反映出的直流電流放大系數(shù)較??；UCE電壓較低,往往小于04V，隨著外加UCE的

變化,分別有深度飽和區(qū)、淺飽和區(qū)和臨界飽和區(qū)。臨界飽和是那條通上右上的那條紅色

直線上的各點，深度飽和是UCE很小，淺飽和區(qū)介于深度飽和和臨界飽和之間的點，飽和

時的UCE電壓稱飽和電壓，用UCES表示，一般＜0,4V.

截止區(qū)的特點：_

是IB0,IC0，這時IC隨著IB的變化不呈線性變化JCxpIB，且即使IB=0,1口0,

這是因為三極管內(nèi)部BC結(jié)少數(shù)載流子作漂移運動產(chǎn)生的電流ICB。這是二極管的漏電流,

反映到三極管CE之間，稱基極開路集電極和發(fā)射極之間的飽和漏電流，簡稱漏電流,也

叫穿透電流,用ICEO表示。

擊穿區(qū)的特點:

當(dāng)UCE很大時,其集電極電流IC不再保持恒定，而是很快的的變大。這時的IC也不

再隨著IB的變化而線性變化，而是隨UCE電壓的變高而迅速變大，此時如果不加以限制

其電流的增大，容易損壞三極管，造成永久性擊穿（損壞I

放大區(qū)是研究模擬電子技術(shù)應(yīng)用的主要區(qū)域，介于三根紅色線條所圍起來的那個中間

區(qū)域，這個區(qū)域的特點是JC隨著IB的變化而線性變化，或者說集電極電流IC受基極電

流IB所控制，而與集電極到發(fā)射極之間的電壓UCE無關(guān)，三極管要想正常處于放大狀態(tài)

必須工作在這個區(qū)域,這是我們要