半導體二極管及其特性

　　半導體二極管按其結構和制造工藝的不同，可以分為點接觸型和面接觸型兩種。

　　點接觸二極管是在P型硅晶晶體或N型鍺晶體的表面上，安裝上一根用鎢或金絲做成的觸針，與晶體表面接觸而成，然后加以電流處理，使觸針接觸處形成一層異型的晶體。很據所用金屬絲的不同，分別稱之為鎢鍵二極管和金鍵二極管。國產2APl一7和2APll—17型半導體二極管即屬此類。但前者觸針是鎢絲，后者是金絲。

　　面接觸型二極管多數系用合金法制成。在N型鍺晶體的表面上安放上一塊銦，然后在高溫下使一部分鍺熔化于銦內。接著將溫度降低，使熔化于姻內的鍺又沉淀而出，形成P型晶體。此P型晶體與末熔化的N型晶體組成P—N結。

　　點接觸型半導體二極管具有較小的接觸面積，因而觸針與阻擋層間的電容餃小(約1微微法)；而面接觸型二極管的極間電容較大，約為15一20微微池。因此，前者適合于在頻率較高的場合工作，而后者只適宜于頻率低于50千赫以下的地方工作；另外前者允許通過的電流小，在無線電設備中宜作檢波用，后者可通過較大之電流，多用于整流。 

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　　常用的半導體二極管其特性指標參數意義如下

　　1.工作頻率范圍f(MHz)：指由于P—N結電容的影響，二極管所能應用的頻率范圍。

　　2.最大反向電壓Vmax(V)：指二極管兩端允許的反向電壓，一般比擊穿電壓小。反向電壓超過允許值時，在環境影響下，二極管有被擊穿的危險。

　　3.擊穿電壓VB(V)：當二極管逐漸加上一定的反向電壓時，反向電流突然增加，這時的反向電壓叫反向擊穿電壓。這時二極管失去整流性能。

　　4.整流電流I(mA)I指二極管在正常使用時的整流電流平均值。 

　　晶體三極管及其工作原理

　　晶體三極管系由倆個P—N結組合而成。根據組合方式的不同，有PNP型及NPN型兩種。它們的工作原理是完全相同的。

　　晶體三極管的制造方法有生長法、合金法和擴散法等數種。出于生長法工藝復雜，質量控制困難，目前已被淘汰。合金法工藝簡單，價格低廉，目前多采用此法生產。國產3AXl—5型晶體管即采用合金法制成。合金法制成的晶體管的缺點是結的厚度不易精確控制，因而工作頻率不高。

　　擴散法的優點是P—N結的厚度可以精確控制，能獲得很薄的擴散層，因而工作頻率可以大大提高。國產3AGll一14即屬此型，適易在高頻下工作。

　　晶體三極管共有三個不同的導電區域，例如兩個P型區夾著一個N型區(P—N—P)，或兩個N型區夾著一個P型區N一P—N)，就做成了晶體三極管的基本部分——管芯。在每兩個導電區之間都形成一個P—N結，所以無論是哪一種晶體三極管，都含有兩個P—N結。按照它們不同的作用，分別叫做發射結和集電結。兩個結把一塊完整的晶體分成三個區。如果兩邊是空穴導電的P型區，而中間是電子導電的N型區，我們就稱它為P—N—P型晶體三極管，反之，如果兩邊是N型區，中間是P型區，就叫N—P—N型晶體三極管。晶體三極管的三個區域，根據作用的不同，分別叫做發射區、基區和集電區，它們是三極管的三個電極，分別叫做發射極、基極和集電極。為方便起見，常以拉丁字母e、b、c表示。 

　　晶體三極管的工作原理基本上可以用它的放大作用來解釋。因為，放大原理是晶體管一切工作的基礎。

　　我們知道，在P一N結兩端不加電壓，電子和空穴的擴散受P—N結勢壘電壓的阻止，無法繼續進行。還知道：加正向電壓可使P—N結阻擋層勢壘電壓降低，擴散就能夠繼續進行；如果加反向電壓，將增高勢壘電壓，擴散就停止。

　　現在假定：在晶體三極管的發射結加正向電壓(P區接電池正極，N區接負極)，集電結加反向電壓(P區接電池負極，N區接正極)。這時，發射結勢壘降低，擴散能夠進行，于是基區的電子跑向左邊的發射區，發射區的空八跑向基區。如果用Ib代表從發射結注入基區的空穴電流，用Ic代表從發射結注入發射區的電子電流，那么，從發射結流出的總電流Ie等于兩者之和。

　　在實際晶體管中，為了適應需要，人們設法使基區少摻些雜質，所以它的電子遠比發射區的空穴少，因此電子電流遠小于空穴電流，以至于Ib可以忽略不計，這時Ie＝Ic。

　　這樣一來，可以明顯地看出，發射極的作用就是向基區發射空穴，就好象電子管的陰極是專門發射電子一樣。

　　大量的空穴到達基區以后，由于基區做得很簿，空穴很容易渡越基區跑到集電結的邊緣。集電結上加有幾伏甚至幾十伙的反向電壓，這個電壓對空穴來說是能幫助空穴進入集電區的。也就是況，帶正電的空穴一趕到集電結的左邊，就受到集電結右邊P區的負電壓作用，被吸引過去，然后與外電路的電池送來的電子復合，形成集電極電流Ic。

　　但是，并不是所有擴散到基區的空穴都能被集電極吸引，形成集電極電流。因為在空穴路過基區的時候會和基區(N型區)的多數載流子—電子互相吸引，和電子復合而消失，加之上述基區也有少量的電子會跑到發射區去和空穴復合，形成Ic，這兩種復合都需要由外電路電池供給負電子，所以形成了基極電流Ib。但因為基區很清(厚度只有萬分之一米)，空穴穿過基區的時間只有幾億分之一秒，所以復合的數量是很小的，絕大部分空穴都達到集電極，故集電極電流Ic幾乎等于發射極總電流Ie。 

　　這是一個模擬晶體管工作狀態的FLASH，你現在就可以填入數字或直接按Push開始。 

　　上面講的是只加固定電壓而未加輸入交流信號的情況。在加入輸入信號之后，加到發射結上的電壓就等于電池電壓Veb和信號電壓之和，由于信號電壓是不斷變化的，發射結上的電壓也就隨著信號電壓在變動，因而引起發射結阻擋層勢壘的高低也作相應的變化。勢壘高時，發射極電流Ie小，勢壘低時Ie大也就是發射極電流Ie會隨著輸入電壓變化而變化。發射極電流Ie大就說明到達基區的空穴多，穿過基區到達集電結的空穴也就多，結果集電極電流Ic也就大，反之，發射極電流Ie小時，集電極電流也會小。同時，我們也會想象到發射極電流Ie大時，空

穴在基區的復合數目也會多些，Ie小時復合也相應少些，復合電流也是變化的。不過這種變化，由于復合電流本來就很小，和Ie或1c的變化相比是很小的，可以忽略。在這里我們用△Ie代表發射極電流的變化數量，用△Ic代表集電極電流的變化數量。

　　若用△R代表發射結的交變電阻，R代表負載電阻，我們很容易算出電壓放大倍數K。如果以Vo表示集電極電流△Ic在負載R上產生的輸出電壓，Vin表示輸入電壓，那么 

　　K=Vo/Vin=(△IcR)/(△Ie△R)≒R/△R 

　　由于發射結上加的是正向電壓，這個電壓變化一點點，流過結的電流就會有很大變化，所以發射結電阻△R是很小的，一般只有幾十歐。我們知道P—N結的正向電阻很小，而P—N結的反向電阻卻很大，所以集電結的電阻很大，可達幾百千歐。因此負載電阻R也可以用的很大(阻抗匹配)，R一般是幾千歐到幾十千歐，所以R／△R就很大，因此從負載上取出的輸出信號電壓Vc遠比輸入信號電壓Vin大，被放大了很多倍。這就是晶體三極管放大信號的道理。