第5章半導體基礎知識實用汽車電工電子技術知識目標技能目標1.了解PN結的單向導電性，掌握二極管的電壓、電流和主要參數；理解穩壓二極管的特性。2.了解三極管的結構和主要參數、晶閘管的工作特性和主要參數。3.理解三極管的電流放大作用、三種工作狀態（放大、飽和、截止）。1.會使用常用儀器、儀表。2.學會識別與檢測常見電子元器件如二極管、三極管、晶閘管。3.掌握焊接電子元件的技能。4.認識半導體熱敏電阻、發光二極管、光電晶體管。5.1半導體基礎知識

物質按導電能力的不同可分為導體、半導體和絕緣體三大類。金屬導體的電導率一般在105s/cm量級；塑料、云母等絕緣體的電導率通常是10-22～10-14s/cm量級；半導體的電導率則在10-9～102s/cm量級。

半導體的導電能力雖然介于導體和絕緣體之間，但半導體的應用卻極其廣泛，這是由半導體的獨特性能決定的。1.半導體及其特性光敏性——半導體受光照后，其導電能力大大增強；熱敏性——受溫度的影響，半導體導電能力變化很大；摻雜性——在半導體中摻入少量特殊雜質，其導電能力極大地增強。半導體材料的獨特性能是由其內部的導電機理所決定的。

半導體的導電機理與金屬導體的導電機理有本質上的區別：金屬導體中只有自由電子一種載流子參與導電；而半導體中則是本征激發下的自由電子和復合運動形成的空穴兩種載流子同時參與導電。兩種載流子電量相等、符號相反，即自由電子載流子和空穴載流子的運動方向相反。＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4

自由電子載流子運動可以形容為沒有座位的人的移動；空穴載流子運動則可形容為有座位的人依次向前挪動座位的運動。半導體內部的這兩種運動總是共存的，且在一定溫度下達到動態平衡。半導體的導電機理＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4三價元素硼(B)B+摻入硼雜質的硅半導體晶格中，空穴載流子的數量大大增加。因此空穴是這種半導體的導電主流。

摻入三價元素的雜質半導體，由于空穴載流子的數量大于自由電子載流子的數量而稱為空穴型半導體，也叫做P型半導體。在P型半導體中，多數載流子是空穴，少數載流子是自由電子，而不能移動的離子帶負電。－2.P型半導體和N型半導體

本征半導體雖然有自由電子和空穴兩種載流子，但由于數量極少導電能力仍然很低。如果在其中摻入某種元素的微量雜質，將使摻雜后的雜質半導體的導電性能大大增強。+五價元素磷(P)＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4P摻入磷雜質的硅半導體晶格中，自由電子的數量大大增加。因此自由電子是這種半導體的導電主流。

在室溫情況下，本征硅中的磷雜質等于10-6數量級時，電子載流子的數目將增加幾十萬倍。摻入五價元素的雜質半導體由于自由電子多而稱為電子型半導體，也叫做N型半導體。

一般情況下，雜質半導體中的多數載流子的數量可達到少數載流子數量的1010倍或更多，因此，雜質半導體比本征半導體的導電能力可增強幾十萬倍。

不論是N型半導體還是P型半導體，其中的多子和少子的移動都能形成電流。但是，由于多子的數量遠大于少子的數量，因此起主要導電作用的是多數載流子。注意：摻入雜質后雖然形成了N型或P型半導體，但整個半導體晶體仍然呈電中性。一般可近似認為多數載流子的數量與雜質的濃度相等。P型半導體中的空穴多于自由電子，是否意味著帶正電？自由電子導電和空穴導電的區別在哪里？空穴載流子的形成是否由自由電子填補空穴的運動形成的？何謂雜質半導體中的多子和少子

？N型半導體中的多子是什么？少子是什么？想想練練3.PN結及其單向導電性PN結的形成

雜質半導體的導電能力雖然比本征半導體極大增強，但它們并不能稱為半導體器件。在電子技術中，PN結是一切半導體器件的“元概念”和技術起始點。在一塊晶片的兩端分別注入三價元素硼和五價元素磷

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+－－－－－－－－－－－－－－－－P區N區空間電荷區內電場動畫演示

PN結形成的過程中，多數載流子的擴散和少數載流子的漂移共存。開始時多子的擴散運動占優勢，擴散運動的結果使PN結加寬，內電場增強；另一方面，內電場又促使了少子的漂移運動：P區的少子電子向N區漂移，補充了交界面上N區失去的電子，同時，N區的少子空穴向P區漂移，補充了原交界面上P區失去的空穴，顯然漂移運動減少了空間電荷區帶電離子的數量，削弱了內電場，使PN結變窄。最后，擴散運動和漂移運動達到動態平衡，空間電荷區的寬度基本穩定，即PN結形成。

PN結內部載流子基本為零，因此導電率很低，相當于介質。但PN結兩側的P區和N區導電率很高，相當于導體，這一點和電容比較相似，所以說PN結具有電容效應。

PN結的單向導電性當PN結外加正向電壓，即P區接電源正極，N區接電源負極，此時燈亮，說明PN結處于導通狀態

當PN結外加反向電壓，即P區接電源負極，N區接電源正極，此時燈不亮，說明PN結處于截止狀態

PN結的上述“正向導通，反向阻斷”作用，說明它具有單向導電性，PN結的單向導電性是它構成半導體器件的基礎。

由于常溫下少數載流子的數量不多，故反向電流很小，而且當外加電壓在一定范圍內變化時，反向電流幾乎不隨外加電壓的變化而變化，因此反向電流又稱為反向飽和電流。反向飽和電流由于很小一般可以忽略，從這一點來看，PN結對反向電流呈高阻狀態，也就是所謂的反向阻斷作用。

PN結中反向電流的討論值得注意的是，反向電流將隨溫度的升高而成倍增長。反向電流是造成電路噪聲的主要原因之一，因此在設計電路時必須考慮溫度補償問題。1.結構與類型

在PN結上加上引線和封裝，就成為一個二極管。二極管按結構分為點接觸型、面接觸型和平面型。例如：點接觸型二極管5.2晶體二極管二極管符號為了滿足汽車交流發電機整流電路的需要，專門設計了汽車用整流二極管。正極管

負極管

車用二極管的外形及表示符號開啟電壓Uon

硅管0.5V,鍺管0.1V。工作電壓UD:硅管0.6~1V,鍺管0.2~0.5V。反向擊穿電壓U(BR)2.伏安特性和主要參數uDiDISIFuD正向特性反向特性（1）最大整流電流IFM（2）最大反向工作電壓URM

（3）反向飽和電流IR3.主要參數

二極管電路分析舉例

正向管壓降硅0.6~0.7V鍺0.2~0.3V

分析方法：將二極管斷開，分析二極管兩端電位的高低或所加電壓UD的正負。若V陽

>V陰或UD為正(正向偏置)，二極管導通;若V陽

<V陰或UD為負(反向偏置)，二極管截止。

若二極管是理想的，導通時正向管壓降為零，截止時二極管相當于斷開,電流為零。電路如圖，求：UAB

V陽

=－6V，

V陰=－12VV陽>V陰二極管導通若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB=－6V例

取B點作參考點，斷開二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。在這里，二極管起鉗位作用。D6V12V3k

BAUAB+–UIUZIZIZmax

UZ

IZ穩壓誤差曲線越陡，電壓越穩定。+-主要參數1.穩定電壓UV2.穩定電流IV、最大、最小穩定電流IVmax、IVmian3.最大允許功耗4.硅穩壓二極管硅穩壓二極管在汽車電路中的應用

并聯在電子式電壓調節器兩端的穩壓二極管，當電路產生瞬間高壓時，穩壓管反向擊穿導通，將電壓限制在一定范圍內，避免了瞬間高壓損壞電壓調節器。在汽車電子點火系中，將穩壓二極管串接在點火控制器的輸入級，對磁感應式點火信號發生器產生的交變脈沖信號起到削波（即限幅）作用，以防止輸入的點火信號波形峰值過大，燒壞輸入級的晶體三極管。案例5.1利用萬用表電阻擋判別二極管的極性，檢測二極管普通萬用表1只、二極管若干

（1）萬用表置于電阻擋時，表內電池的正極與黑表筆相連，負極與紅表筆相連，與萬用表面板上用來表示測量直流電壓或電流的“+”、“-”號相反。（2）由于R×1擋內部電流較大，容易燒壞二極管，R×10擋內部電壓較高，可能將二極管擊穿，所以一般不用這兩擋檢測二極管。器材：【注意事項】【操作步驟】（1）將萬用表撥到“Ω”擋（選用R×100或R×1k擋）；

（2）將萬用表的紅、黑表筆分別接二極管的兩端，觀察測得的電阻值；（3）若測得的阻值在幾百歐到幾千歐，將二極管兩個電極對調繼續測量。若測得的阻值在幾十千歐或幾百千歐，則表明二極管是正常的；（4）若測得的正反向電阻均較小，說明二極管內部短路，若測得的正、反向電阻值都很大，說明二極管開路或接觸不良。5.3晶體三極管NPN型PNP型箭頭方向表示發射結加正向電壓時的電流方向1.三極管的結構和類型2.三極管的電流放大作用iC=F(uCE)IB=常數iB=F(uBE)UCE=常數iCiBuCEuBEVBBRw1RbRw2VCCmAVV輸入特性輸出特性iB=F(uBE)UCE=常數iB(

A)uBE(V)204060800.40.8UCE1V（1）輸入特性iC=F(uCE)IB=常數iC(mA)1234uCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區域滿足IC=IB稱為線性區（放大區）。當UCE大于一定的數值時，IC只與IB有關，IC=IB。（2）輸出特性CEB三極管的主要參數（1）電流放大系數β（2）集電極最大允許電流ICM（3）集電極最大允許耗散功率PCM（4）集電極、發射極之間反向擊穿電壓U（BR）CEO3、三極管的工作狀態iC(mA)uCE(V)IB=0截止區飽和區放大區截止區：放大區：飽和區：IBICCEBJe反偏Je正偏Je正偏案例5.2利用萬用表歐姆擋判別三極管的管型和管腳普通萬用表1只、三極管若干、變阻器若干

（1）將萬用表轉換開關置于“Ω”擋，選擇R×100或R×1K擋，用黑表筆（內接表內電池的正極）接三極管的任意一只管腳，再用紅表筆（內接表內電池的負極）接觸其余兩只管腳。①若兩次測量的電阻值都很小，則黑表筆接的管腳是基極，且該三極管是NPN型三極管。②若兩次測量的電阻值都很大，則黑表筆接的管腳是基極，且該三極管是PNP型三極管器材：【操作步驟】（2）若測試結果不符合兩次電阻均很小或很大的條件，則黑表筆接的不是基極，更換一個管腳進行測試，直到確定基極為止

（3）對于NPN型三極管，測定基極后，假設其余的兩只管腳中的一只為集電極C，在B、C之間接入一個電阻RB=10-100kΩ，或用手指捏住基極B和假定的集電極C，注意兩極不能接觸，用黑表筆接觸C極，紅表筆接觸E極，讀出阻值，然后將假定的C、E對調一下，再測一次阻值，比較兩次