学习要求掌握PN结形成原理及导电特性，熟悉二极管的外形、基本结构及电路符号，理解二极管的工作原理，了解其特性曲线、工作时的安全参数，并且了解几种常用二极管的特性；熟悉三极管的外形、基本结构及电路符号，掌握三极管的工作状态及放大原理，学会分析三极管构成的电路，了解三极管的分类及常用三极管的特性；熟悉晶闸管的外形、基本结构及电路符号，了解晶闸管电路的工作原理；了解各种开关电路的工作过程；了解基本放大电路、射极输出器、多级放大电路等常用放大电路构成及工作原理；学会分析汽车典型开关电路的工作过程,理解半导体器件在电路中的重要作用。半导体由于它独有的导电特性，可制作成不同的半导体器件，已被广泛应用在不同领域，如收音机、电视机、汽车、计算机等方面，目前，它已成为现代不可缺少的重要材料。本章将对半导体及各种半导体器件的基础理论知识做详细介绍，通过对各种半导体器件的特征和工作原理的学习，分析由它们构成的各种基本电路，从而了解各电路的基本作用和功能。 磨内喷水
第一节半导体的基本知识
自然界的各种物质就其导电性能来区分，可以分为导体、绝缘体和半导体三大类。导体具有良好的导电特性，常温下，其内部存在着大量的自由电子，它们在外电场的作用下做定向运动形成较大的电流，如铜、铝、银等。 绝缘体几乎不导电，在这类材料中，几乎没有自由电子，即使有外电场作用也不会形成电流，如橡胶、陶瓷、塑料等。
半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间。这种导电特性是由它的内部结构和导电机理决定的。常用的半导体材料是硅和锗，都是四价元素。纯净的半导体具有晶体结构，所以半导体也称晶体。当单晶硅和单晶锗的结晶纯度高于99.9999999999%（12个9）时，此
时的半导体叫做本征半导体。
2.本征半导体的导电原理
当半导体中只有一种元素的时候，就会有价电子之间的轨道交叠，形成共价键结构，图5-1是硅（Si）本征半导体共价键的结构示意图。在半导体共价键结构中，原子的最外层电子被束缚得很紧，所以在热力学温度是零时，本征半导体没有导电能力。在获得一定能量（
如光照、升温、电磁场激发等）之后，电子受到激发，即可摆脱原子核的束缚，成为自由电子，同时共价键中留下对应的空位置，这个空位置称为空穴。当空穴出现时，相邻原子的价电子比较容易离开它所在的共价键而填补到这个空穴中来，使该价电子原来所在共价键中出现一个新的空穴，这个新的空穴又可能被其它相邻原子的价电子填补，再次出现新的空穴。价电子填补空穴的这种运动无论在形式上还是效果上都相当于空穴在运动，且运动方向与价电子运动方向相反。为了区别于自由电子的运动，把这种运动称为空穴运动，并把空穴看成是一种带正电荷的粒子。此时半导体中将出现两种电流：一种是自由电子运动形成的电子电流，一种是仍被原子核束缚的价电子递补空穴形成的空穴电流。也就是说，在半导体中存在自由电子和空穴两种运载电荷的粒子，我们称其为载流子，如图5-1所示。本征半导体中的自由电子和空穴总是成对出现的，同时又不断复合，本征半导体的导电能力就决定于载流子的数目和速度。 图5-1硅（Si）本征半导体共价键的结构示意图
●电子○空穴
3.本征半导体的导电特性
一般来说，本征半导体相邻原子间存在稳固的共价键，导电能力并不强。但在不同条件下的导电能力却有很大差别。例如以下几种情况的导电特性。
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有些半导体在温度升高的条件下，导电能力大大增强，也称之为半导体材料的热敏性。利用这种特性可制成热敏电阻等敏感元件。
有些半导体在光照的条件下，导电能力大大增强，也称之为半导体材料的光敏性。利用这种特性可制成光敏电阻、光电二极管、光电池等器件。
在本征半导体中掺入微量杂质元素后，其导电能力就可增加几十万乃至几百万倍，利用这种特性可以制成杂质半导体，由此制成了二极管、三极管等重要的半导体器件。
二、N型半导体和P型半导体的形成
实际应用中我们用的都是杂质半导体，它分N型和P型两种。
笔式点火线圈N型半导体：就是在本征半导体中掺入微量5价元素（如磷、砷、锑等）。这样它的活性大
大的得到提高，在室温时，由于在构成的共价键中存在多余的价电子，从而产生大量的自由电子，图5-2所示为掺入5价的磷（P）元素构成的N型半导体。因此，在N型半导体中多数载流子为电子，少数载流子为空穴。
P型半导体：就是在本征半导体中掺入微量3价元素（如硼、镓、铝、铟等）。由于在构成的共价键中剩余出很多的空位置，从而产生大量的空穴，如图5-2所示为掺入3价的
硼（B）元素构成的N型半导体。因此，在P型半导体中多数载流子是空穴，少数载流子
烧录ic是电子，与N型恰恰相反。
图5-2N型半导体的分子结构图5-3P型半导体的分子结构
第二节半导体二极管
一、PN结的形成及单向导电特性1.PN结的形成
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在同一块半导体基片的两边分别形成N型和P型半导体，它们的交界区域会形成一个很薄的空间电荷区，称为PN结。PN结的形成过程如图5-4所示。
由图5-4(a)可见，界面两边存在着载流子的浓度差，N区的多子（多数载流子）是电子，P区的多子是空穴，在它们的交界区域会发生扩散的现象，N区的电子向P区移动，P区的空穴向N区移动，在中间的交界区复合而消失，使P区留下不能移动的负电荷离子，N区留下不能移动的正电荷离子。扩散的结果使交界区域出现了空间电荷区，即形成了一个由N区指向P区的内电场，如图5-4(b)所示。内电场的存在阻碍了扩散运动，但却使P区少子（电子）向N区漂移，N区的少子（空穴）向P区漂移。多子的扩散运动使空间电荷区加厚，而少子的漂移运动使空间电荷区变薄。当扩散与漂移达到动态平衡时，便形成了一定厚度的空间电荷区，即为PN结。由于空间电荷区缺少能移动的载流子，故又称PN结为耗尽层或阻挡层，整体对外还是显电中性。
图5-4PN结的形成
(a)多子扩散示意图(b)扩散结果出现的空间电荷区
2.PN结的单向导电性
(1)PN结正向导通将电源的正极接PN结的P区，负极接PN结的N区(即正向连
接或正向偏置)，如图5-5(a)所示。由于PN结为耗尽层高阻区，而P区与N区电阻很小，
因而外加电压几乎全部落在PN结上。由图可见，外电场方向与内电场方向相反，外电场将推动P区多子(空穴)向右扩散，与原空间电荷区的负离子中和，同时也推动N区的多子
(电子)向左扩散与原空间电荷区的正离子中和，使空间电荷区变薄，打破了原来的动态平
磨内喷水衡。电源不断地向P区补充正电荷，向N区补充负电荷，结果使电路中形成较大的正向电流，由P区流向N区。这时PN结对外呈现较小的阻值，处于正向导通状态。
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(2)PN结反向截止将电源的正极接PN结的N区，负极接PN结的P区(即PN结反
向偏置)，如图5-5(b)所示。外电场方向与内电场方向一致，它将N区的少子(空穴)向左侧
拉进PN结，同时将P区的少子(电子)向右侧拉进PN结，使原空间电荷区电荷增多，PN结变
宽，呈现大的阻值，且打破了原来的动态平衡，使漂移运动增强。由于漂移运动是少子运动，因而漂移电流很小。若忽略漂移电流，则可以认为PN结截止。
信号采集
图5-5PN结的单向导电性
(a)正向连接示意图(b)反向连接示意图
因此，当PN结正向偏置时，正向电阻较小，正向电流很大，此时PN结导通；当PN结反向偏置时，反向电阻值较大，反向电流很小，此时PN结截止。这就是PN结的单向导电性。
二、二极管的结构和符号
半导体二极管是由一个PN结、相应的电极引线和管壳构成的电子元件。P区的引出线称为正极或阳极，N区的引出线称为负极或阴极，如图5-6所示。按所用材料分，有硅管、锗管和砷化镓管等；按其不同的结构，可分为点接触型二极管和面接触型二极管。
点接触型二极管的结构如图5-6(a)所示。它的特点是PN结的面积非常小，因此不能通过较大电流；但高频性能好，故适用于高频和小功率工作，一般用作高频检波管和数字电路里的开关元件。
