本征半导体，即纯净且不含杂质的半导体，是半导体器件的基本组成部分。在自然界中，硅（Si）和锗（Ge）是两种被广泛使用的本征半导体材料。在常温环境中，由于热运动的激活，一些价电子获得了足够的能量，从而摆脱共价键的束缚，成为自由电子。同时，共价键中留下了空位，被称为空穴。这一过程被称为本征激发。能够自由移动并参与导电的带电粒子被称为载流子。在本征半导体中，有两种载流子参与导电：自由电子和空穴。此外，半导体材料还展现出热敏性、光敏性、压敏性、磁敏性和掺杂性等多种特性。

接下来，我们探讨杂质半导体。当在本征半导体硅（或锗，以硅为例）中掺入微量的5价元素磷（P）后，就形成了N型半导体，如图（a）所示。此时，半导体中的自由电子数量远大于空穴数量，使得电子成为主要的导电载体。由于电子带负电，因此这种半导体被称为N型半导体。在N型半导体中，自由电子被视为多数载流子，而空穴则是少数载流子。同时，杂质离子带有正电。P型半导体的形成与特性当在本征硅中掺入三价元素硼（B）后，便形成了P型半导体，如图（b）所示。在此情况下，半导体中的空穴数量远超过自由电子数量，使得空穴成为主要的导电载体。由于空穴带正电，因此这种半导体被命名为P型半导体。在P型半导体中，空穴被视为多数载流子，而自由电子则成为少数载流子。同时，杂质离子呈现出负电性。为便于理解，我们通常在描述N型半导体时，仅描绘出其中的正离子和等量的自由电子；而描述P型半导体时，则仅展示负离子和等量的空穴，如图（a）和（b）所示。PN结的形成：当我们将本征半导体的一侧掺杂成P型，另一侧掺杂成N型时，这两者交界处便会形成一个特殊的结构，即PN结。在制作过程中，P型半导体与N型半导体紧密相邻，于是在它们的交界面处产生了电子和空穴的浓度差异。由于这种浓度差异，P区中的多数载流子——空穴，会自发地向N区移动，同时，N区中的多数载流子——自由电子，也会向P区移动。这种扩散运动的结果，便是在交界面附近形成了一个由不能移动的带电离子构成的区域。具体来说，P区会形成一个负离子区，而N区则形成一个正离子区。这些带电离子共同构成了一个薄薄的空间电荷区，也就是我们所说的PN结。同时，由于空间电荷区的存在，产生了内电场，这也是PN结的一个重要特性。PN结的单向导电性当在PN结两端施加电压时，这个电压被称为偏置电压。如果P区的电位比N区高，那么这种状态被称为正向偏置；相反，如果N区的电位比P区高，则被称为反向偏置。而PN结最核心的特性便是其单向导电性。

（）正向偏置下的PN结当对PN结施加正向偏置电压时，如图（a）所示，由于内电场的作用，多数载流子（空穴和自由电子）会大量向对方区域移动，从而形成较大的正向电流I。这使得PN结在正向偏置状态下呈现出较低的电阻，进而进入导通状态。

（2）反向偏置下的PN结当对PN结施加反向偏置电压时，如图（b）所示，内电场会进一步增强，这有助于少数载流子（少子）的漂移运动，而多数载流子的扩散则受到抑制。由于电源的作用，少子漂移会产生微小的反向电流IS。然而，由于少子的浓度非常低，因此反向电流通常非常小，一般处于微安级别。因此，在反向偏置状态下，我们可以认为PN结几乎不导电。

二极管的结构与符号表示：二极管的伏安特性解析：

二极管作为一种重要的电子元件，其伏安特性在电路分析和设计中占据着关键地位。了解并掌握二极管的伏安特性，对于优化电路性能、提高设计效率具有重要意义。正向特性当二极管受到正向电压的作用时，会有电流通过。在电压较低且未超过某个阈值Uon时，二极管的正向电流非常小，这个区域被称为死区。对于硅管，Uon大约为5V，而对于锗管，则为2V。一旦正向电压超过了Uon，电流会随着电压的增加而急剧上升，呈现出二极管极低的电阻特性。通常，硅管的正向导通电压UD取值范围在6V至8V之间（常采用7V作为代表值），而锗管的正向导通电压则在V至3V之间。这个正向导通电压也被称作二极管的正向钳位电压。反向特性当二极管承受反向电压时，会由少数载流子形成反向电流。在反向电压逐渐增大的过程中，反向电流会有轻微的增长。然而，当反向电压达到某个特定值UBR时，反向电流会急剧上升，这被称为反向击穿现象。此时，电压UBR被称为反向击穿电压。

值得注意的是，随着温度的升高，二极管的正向特性曲线会向左移动，而反向特性曲线则会向下移动，如图（b）所示。二极管的主要参数包括：（）最大整流电流IF，这是指二极管在长期运行时能够承受的最大正向平均电流。为确保二极管的安全，使用时其平均电流必须控制在IF以下，以防止过热损坏。（2）最高反向工作电压UR，这是指在工作时加在二极管两端的反向电压的最大值。为确保二极管不被击穿，通常将击穿电压UBR的一半设定为UR。（3）反向电流IR，这是指在室温条件下，当二极管两端加上特定反向电压时，流过管子的电流。IR值越小，说明二极管的单向导电性越好，但值得注意的是，IR受温度影响显著。（4）最高工作频率fM，这是指二极管在高频条件下工作时，受到极间电容限制的最高工作频率。极间电容越大，允许的最高工作频率越低。超过fM的工作频率将导致二极管失去单向导电性。

此外，二极管还常用于构建限幅电路。这种电路的特性是在输入电压在一定范围内变化时，输出电压随之变化；但当输入电压超出该范围时，输出电压将保持不变。限幅电路有助于保护后续电路免受过高的电压冲击。二极管的限幅电路有串联、并联和双向限幅等多种形式。检波电路：在无线电技术中，信号的远距离输送是常态，这通常涉及将低频信号（例如声频信号）加载到高频振荡信号上，然后通过天线发射。在电路分析中，这些低频信号被称为调制信号，而高频振荡信号则被称作载波。当低频信号控制高频振荡时，产生的是已调波，这个过程被称为调制。在接收端，接收机天线接收到的已调波信号需要经过放大和处理才能还原成原始的低频信号，这一过程被称为解调或检波。

图（a）展示了一个已调波的示例，而图（b）则描绘了由二极管组成的检波电路。在这个电路中，VD二极管负责检波，通常选用点接触型，因其具有单向导电性。C负载电容用于滤除检波后的高频成分，而RL负载则用于获取所需的低频信号。

由于二极管的单向导电特性，已调波在经过二极管检波后，其负半波会被截断，如图（c）所示。随后，负载电容将高频成分滤除，RL两端输出的电压即为原始的低频信号，如图（d）所示。二极管“续流”保护电路：在检波电路中，由于二极管的单向导电性，已调波的负半波会被截断。为了保护二极管并确保电路的正常工作，我们需要引入“续流”保护电路。这种电路利用二极管的反向恢复特性，在已调波的负半波被截断后，通过一个反向并联的二极管或电阻，为被截断的电流提供一个回路，从而避免二极管因电流突然中断而受到损害。这种保护措施对于确保检波电路的稳定性和可靠性至关重要。二极管在电路中还扮演着保护器件的角色。以图示为例，当开关S闭合时，直流电压源Us开始向大电感L供电，此时二极管VD因处于反偏状态而截止，电感中的电流全部经由开关S流过。然而，当开关S断开时，电感中的电流会尝试维持其连续性，导致电感两端产生一个巨大的负瞬时电压。若此时没有其他电流通路，该瞬态电压可能会在开关两端引发电弧，进而损坏开关。为了解决这一问题，可以在电路中加入如图所示的二极管。该二极管为电感的放电提供了一个新的通路，从而将uL的负峰值限制在其正向压降的范围内。这样，开关两端的电弧被有效消除，同时电感中的电流也能平稳地下降。在开关电路中，二极管通常被简化为理想模型，即导通时视为零电压，截止时视为无穷大电阻。图（a）展示的逻辑运算电路中，仅当所有输入均为高电平时，输出才为高电平，否则输出为低电平，这种逻辑运算被称为与逻辑。而图（b）所示的电路中，只要有一路输入为高电平，输出便为高电平，当所有输入均为低电平时，输出才为低电平，这被称为或逻辑。此外，当二极管工作在反向击穿区时，其具有独特的“稳压”特性。在这一区域内，反向电流的变化会导致管子两端电压的微小变化，这种特性使得二极管能够用于制作稳压二极管。但值得注意的是，在使用稳压二极管时，必须在电路中串联一个限流电阻以确保稳定工作。在使用稳压二极管构建稳压电路时，需留意几个关键事项。首先，稳压二极管的工作状态是反向击穿，即电源正极应接二极管的阴极，负极接阳极。其次，稳压管需与负载并联，以确保输出电压的稳定性，因为稳压管两端电压变化甚微。最后，务必为稳压管串联一个限流电阻，以限制流过管子的电流在IZmin与IZM之间，从而保障稳压管的优异性能。

接下来介绍发光二极管（LED）。LED是一种能够将电能高效转化为光能的半导体器件。其核心结构为PN结，利用砷化镓、磷化镓等特殊材料制成。尽管其伏安特性与普通二极管相似，但因材料独特，正向导通电压相对较高，约为V至2V。当电流通过时，LED便会发出明亮的光芒。

LED具有诸多优点，如低工作电压、小工作电流（通常在0mA至30mA之间）、发光均匀且稳定、响应速度迅捷等。因此，它被广泛应用于各种显示设备中，例如指示灯、七段显示器和矩阵显示器等。此外，LED还发出红、黄、绿等多种颜色以及不可见红外光。光电二极管，又被称为光敏二极管，是一种能够将光信号高效转换为电信号的电子元件。其核心构造与普通二极管相似，都包含一个PN结，但特别之处在于其管壳上设计有一个窗口，允许光线直接照射到PN结上。在反偏状态下工作，光电二极管表现出独特的性质：无光照时，其反向电流非常小，被称为暗电流；而当光线照射时，反向电流会随着光照强度的增加而显著增大，这种电流被称为光电流。正是由于这种特性，光电二极管在红外线遥控电路的构建中发挥着关键作用。此外，光电二极管还广泛应用于各种需要光电转换的场合。图（b）展示了光电二极管在电路中的符号。变容二极管：变容二极管是利用PN结的势垒电容随外加反向电压而发生变化的特性制成的。在反偏状态下工作，这种二极管的结电容值会随着外加电压的改变而发生变化，从而使其具有可变电容的特性。图（c）展示了变容二极管在电路中的符号。

三极管的结构与外观概述：对照上图，三极管内部清晰可见三个区域：基区位于中间，而两侧则分别是发射区和集电区。从这三个区域各自引出一个电极，依次命名为基极b、发射极e和集电极c，因此三极管被归类为三端器件。深入三极管内部，我们会发现两个关键的PN结：基区与集电区之间的称为集电结，而基区与发射区之间的则被称为发射结。为了确保三极管具备电流放大功能，其制造工艺上需满足以下关键特性：首先，发射区的掺杂浓度远高于集电区；其次，基区的厚度非常薄，通常在微米至几微米之间；最后，集电结的面积必须大于发射结。三极管的电流放大原理可概括如下：

在三极管中，通过控制发射结和集电结的偏置状态，可以实现不同的工作模式。当发射结和集电结都处于反偏状态时，三极管处于截止状态；而当发射结正偏、集电结反偏时，三极管进入放大状态。此时，输入的小电流能够在输出端被放大为较大的电流。另外，当发射结和集电结都正偏时，三极管则进入饱和状态。

这种电流放大的特性使得三极管在电路中发挥着至关重要的作用，尤其是在需要放大电流的场合。三极管内部载流子的运动在所示电路中，当电源电压VCC高于VBB且电阻取值恰当时，发射结将处于正偏状态，而集电结则反偏，从而确保三极管处于放大模式。在此状态下，会发生以下载流子运动：

（）发射区会向基区注入电子，从而形成发射极电流IE。（2）这些电子在基区内扩散并发生复合，进而产生基极电流IB。（3）集电区负责收集这些电子，并形成集电极电流IC。

值得注意的是，集电区的少子（空穴）在结电场的作用下会形成漂移电流，即反向饱和电流ICBO。尽管ICBO的数值相对较小，可以忽略不计，但其对温度的敏感性会影响三极管的性能。

各电极电流之间的关系

在共射放大电路中，三个电极的电流存在以下关系：发射极电流IE最大，其流动方向是离开三极管；集电极电流IC次之，方向是进入三极管；而基极电流IB最小，方向与集电极电流相同，也是流入三极管，并且满足IC≈βIB的关系。对于由PNP型三极管构成的共射放大电路，其工作原理与NPN型三极管相似，但存在以下两点主要差异：

（）电流方向相反：在PNP型三极管中，电流从发射极流入，而从基极和集电极流出。值得注意的是，无论NPN型还是PNP型三极管，其三个电极的电流方向都遵循一定的规律：基极和集电极的电流方向总是保持一致，要么两者都流入三极管，要么都流出；同时，这两个方向的电流都与发射极的电流方向相反。

（2）电源极性相反：在PNP型三极管构成的放大电路中，发射极电位VE是最高的，基极电位VB次之，而集电极电位VC则是最低的。这与NPN型三极管的情况正好相反。三极管的伏安特性解析：

三极管作为一种重要的电子元件，其伏安特性对于理解其工作原理和性能至关重要。伏安特性描述了电压与电流之间的关系，通过分析这种关系，我们可以深入了解三极管在不同工作条件下的行为和性能表现。通过观察三极管的输出特性曲线，我们可以清晰地看到，该器件存在三个截然不同的工作区域。三极管的型号及判别方法：三极管的型号通常由五部分组成，例如3AX3A、3DG0B、3CG4G等。接下来，我们将以3DG0B为例，详细解析各部分的含义。三极管的型号及判别方法详解：

三极管的型号通常由五部分组成，例如3AX3A、3DG0B、3CG4G等。接下来，我们将以3DG0B为例，深入剖析各部分的含义。

数字部分代表电极数，其中“3”即指三极管。字母部分则揭示了三极管的材料与类型。例如，“A”代表PNP型锗管，“B”代表NPN型锗管，以此类推。另一部分字母用于标明三极管的功能，如“G”表示高频小功率管，“X”为低频小功率管，等等。数字序号部分用于区分不同的三极管。规格号则由字母组成，进一步细化了三极管的规格。

判别三极管的管型和管脚时，可以使用万用表。首先，通过测量基极来确定管型：将万用表置于R×k挡并调零，用黑（红）表笔接三极管的某一电极，用红（黑）表笔分别测试另外两个电极中的一个，直至测得两个电阻都很小。此时，若黑表笔所接为基极，则该管为NPN型；若红表笔所接为基极，则为PNP型。

接下来，确定集电极和发射极。在测出基极后，将万用表欧姆挡仍置于R×k挡，调零，然后用黑、红表笔分别接触另外两个电极进行测量。比较两次测得的阻值大小，可以确定集电极和发射极。对于NPN型管，阻值略小的一次中，黑表笔所接为集电极，另一电极为发射极；对于PNP型管，则需在基极与黑表笔之间接入一个00Ω的电阻后进行测量，方法相同。N沟道JFET的电路符号中，箭头方向从P指向N，清晰地指示了栅结（PN结）的极性。同样，P沟道JFET的栅结方向则与N沟道相反。因此，通过观察箭头方向，我们可以轻松地判断出管子是N沟道还是P沟道类型。工作原理：通过调整JFET的栅极与源极之间的电压uGS，可以改变导电沟道的宽度，进而影响漏极与源极之间的电流iD。在实际应用中，JFET通常采用共源接法，以源极为公共端。图中展示了这种接法，其中VDD为正电源，确保D、S间的电压足够高，而VGG则为负电源。当VGG=0时，uGS也等于0，此时漏极与源极之间存在导电沟道，因此会产生漏极电流iD。随着VGG的逐渐增大，uGS会相应减小，导致导电沟道变窄，沟道电阻增加，从而使得电流iD减小。当VGG增大到某一特定值时，两个PN结的耗尽层将相互接触，完全夹断导电沟道，此时iD=0，该栅-源电压被称为夹断电压UGS(off)。

由此可见，JFET的输出端漏极电流iD受到输入电压uGS的精确控制，这使得场效应管成为一种电压控制型元件。此外，由于栅极由两个反向偏置的PN结组成，其电流几乎为零，因此JFET的输入电阻极高，可达06Ω～09Ω。在实际使用中，结型管的漏极D和源极S是可以互换的。绝缘栅场效应管：N沟道增强型MOS管：图（a）展示了N沟道增强型MOS管的结构。它以低掺杂浓度的P型硅片为衬底，其上扩散出两个高掺杂的N型区域。随后，在半导体表面覆盖一层薄薄的二氧化硅绝缘层。从这两个N型区域表面及其间的二氧化硅表面引出三个铝电极，分别是源极S、漏极D和栅极G。由于栅极与衬底之间完全绝缘，因此这种场效应管被称为绝缘栅型。通常，衬底B也有一个引极，并在管子内部与源极相连。图（b）则描绘了N沟道增强型MOS管的电路符号。工作原理详解：MOS管通常采用共源接法进行工作。与JFET的工作原理不同，JFET通过调节uGS来控制PN结耗尽层的宽度，进而改变导电沟道的宽度，实现对漏极电流iD的调控。而MOS管则是通过uGS来操控“感应电荷”的数量，这些“感应电荷”进而形成导电沟道，从而实现对漏极电流iD的精准控制。当uGS=0时，若漏源间已存在导电沟道，则该MOS管被归类为耗尽型；若此时漏源间无导电沟道，则被称为增强型MOS管。