电子技术常识：二极管和晶体管工作原理

技能点

●了解二极管和晶体管的基本特性，会正确使用二极管和晶体管。

知识点

●二极管的伏安特性，晶体管的输入、输出特性及电流放大作用。

一、二极管

1.PN结及其特性

半导体是一种导电能力介于导体与绝缘体之间的物质，常用的半导体是硅和锗。用特殊工艺把P型和N型半导体结合在一起，在交界面上形成带电薄层，称为PN结。

PN结具有单向导电的特性，即P区接外电源正极，N区接外电源负极，PN结的电阻很小呈导通状态；如P区接外电源负极，N区接外电源正极，PN结的电阻很大呈截止状态。

2.二极管结构

把PN结的P区和N区各接出一条引线，再封装在管壳里，就构成了一只二极管。P区引出线称为阳极（正极），N区引出线称为阴极（负极），如图2-28所示。

图2-28 二极管的结构与符号

3.二极管的伏安特性

二极管的伏安特性就是施加到二极管两端的电压与流过二极管的电流之间的关系，如图2-29所示。

（1）正向导通特性 当二极管为正向接法时，正向电压由零开始增加时，由于外加电压很小，二极管中基本上没有电流通过，这一段电压称为“死区电压”。硅二极管的死区电压约为0.7V，锗二极管死区电压约为0.3V。当外加电压超过死区电压，电流随电压的增加才有明显的上升，二极管呈现很小的正向电阻而导通。

图2-29 二极管的伏安特性

（2）反向截止特性 当二极管为反向接法时，在一定的反向电压范围内，二极管只有很小的反向电流通过，其大小几乎不变，此时二极管呈现很大的反向电阻而处于截止状态。小功率硅二极管的反向电流约在1_μA以下，小功率锗二极管的反向电流达几微安到几十微安以上。

（3）反向击穿特性 当反向电压增大到某一数值时，反向电流就会突然剧增，二极管失去了单向导电性而被“击穿”。这时所加的反向电压称为“反向击穿电压”，二极管在正常工作时是不允许出现这种情况的。

二、晶体管

1.晶体管的结构(www.xing528.com)

在一块极薄的硅或锗基片上制作两个PN结，并从P区和N区各引出接线，就构成了晶体管。它有三个电极，分别为基极b、发射极e和集电极c，如图2-30所示。

2.晶体管的电流放大作用

以硅NPN型晶体管为例，如图2-31所示。其发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置时晶体管时处于放大状态，通过实验可得到I_e=I_b+I_c，且I_e≈I_c。

晶体管基极输入的微小基极电流I_b引起了集电极电流I_c的较大变化，故规定△I_c/△I_b=β。

β为晶体管电流放大系数，可得到晶体管中电流间的相互关系为I_c=βI_b。

图2-30 晶体管的结构与符号

图2-31 晶体管放大状态

3.晶体管的输入、输出特性

（1）输入特性 输入特性是指晶体管集电极与发射极电压U_ce为某一定值时，加在晶体管基极与发射极间的电压U_be与基极电流I_b之间的关系曲线，如图2-32所示。

图2-32 晶体管输入特性及其测试电路

（2）输出特性 在I_b一定的情况下，I_c与U_ce之间的关系称为晶体管的输出特性。输出特性曲线是一个曲线簇，晶体管的工作状态可以分成三个区域，如图2-33所示。

图2-33 晶体管的输出特性

1）截止区：在I_b=0时，I_c≠0，此时的I_c叫做穿透电流。此区域内晶体管无放大作用。

2）饱和区：在晶体管放大电路中，集电极接有一定的电阻R_c，当电源电压一定时，增大I_c时，U_ce必定会减小（即U_ce=E_c-I_cR_c）。当U_ce小到一定程度时，再增大I_b，I_c不再增大，晶体管失去了放大作用。

3）放大区：放大区在截止区和饱和区之间。在这个区间内，I_c大小主要取决于I_b，I_c随I_b成正比例增长，I_b每增加一定数量，特性曲线就向上移一次，则I_c的变化是I_b变化的β倍，△I_c=β△I_b。