第 5 章 半导体器件基础

一、考纲考点清单

  1. 半导体的基础知识（本征、杂质半导体，PN 结的形成）
  2. 二极管（伏安特性、主要参数）
  3. 特殊二极管（稳压管、发光二极管等）及应用
  4. 晶体管（三极管）的结构、特性曲线与工作状态

二、核心知识点

2.1 半导体与 PN 结

  • 本征半导体：纯净单晶硅/锗，载流子为自由电子—空穴对。
  • 杂质半导体：N 型（掺五价元素，多数载流子为自由电子）；P 型（掺三价元素，多数载流子为空穴）。
  • PN 结：P 型与 N 型半导体交界处形成，具有单向导电性——正向偏置（P 接正、N 接负）导通，反向偏置截止。
  • 正向导通压降：硅管约 0.7 V，锗管约 0.3 V；反向击穿电压为重要极限参数。

2.2 二极管

  • 伏安特性：正向电压超过死区电压后电流按指数规律迅速增大；反向电流很小（反向饱和电流 Is）。
  • 等效模型：理想模型（正向短路、反向开路）；恒压降模型（正向导通压降取 0.7 V）。
  • 应用电路：整流（半波、桥式）、限幅、钳位、续流。
  • 稳压二极管：工作在反向击穿区，反向电流在较大范围变化时两端电压基本不变，用于稳压；与限流电阻配合使用。
  • 其它：发光二极管（正向导通发光，工作电流 5~20 mA）、光电二极管（反向电流随光照变化）。

2.3 三极管

  • 结构：两个 PN 结、三个区（发射区、基区、集电区）、三个电极 e、b、c；NPN 与 PNP 两类。
  • 放大条件：发射结正偏、集电结反偏（NPN：UBE ≈ 0.7 V 且 UC > UB）。
  • 电流分配关系：Ic = βIb，Ie = Ic + Ib = (1 + β)Ib。
  • 三个工作区：
    • 放大区：发射结正偏、集电结反偏，Ic = βIb（电流放大）；
    • 饱和区：两结均正偏，UCE ≈ UCES ≈ 0.3 V，受控能力消失；
    • 截止区：两结均反偏（或发射结零偏），Ib ≈ 0、Ic ≈ 0，相当于开关断开。
  • 三极管可作放大元件（放大区）与开关元件（饱和、截止区）。

三、关键公式速查

名称 公式
电流分配 Ic = βIb
发射极电流 Ie = (1 + β)Ib
硅管导通压降 UBE ≈ 0.6~0.7 V
饱和压降 UCES ≈ 0.3 V（硅）

四、典型例题

例 1：二极管电路：5 V 电源正极串 R = 2 kΩ、二极管 D 到地（硅管）。求电流与二极管端电压。

解：

  • D 正向导通，恒压降 0.7 V；
  • I = (5 − 0.7) / 2k = 2.15 mA；UD = 0.7 V。

例 2：某 NPN 硅管，UCC = 12 V 经 RB = 240 kΩ 接基极，RC = 2 kΩ，β = 50。判断工作状态。

解：

  • Ib = (UCC − UBE)/RB = (12 − 0.7)/240k ≈ 47 μA；
  • Ic = βIb = 50 × 47μ ≈ 2.35 mA；
  • UCE = UCC − Ic·RC = 12 − 2.35×2 = 7.3 V；
  • UCE > 0.3 V 且 Ib > 0 → 工作在放大区。

五、解题方法小结与易错点

  • 判断二极管通断：先假定某状态，按假设计算，若结果矛盾（导通却算出电流反向）则反转假设。
  • 三极管状态判断：先算 Ib，再算 Ic = βIb，比较 UCE 与 UCES 判断饱和还是放大（用 β 求出的 Ic 超过饱和电流即进入饱和）。
  • 稳压管必须反接才稳压，且稳压时电流不能超过最大稳定电流。
  • 判断管型与电极的符号题：NPN 箭头由 b 指向外（e），PNP 箭头指向内。