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作者：毕满清编

出版社：电子工业出版社

出版时间：2015-02-01

书籍编号：30468104

ISBN：9787121253935

正文语种：中文

字数：290489

版次：2

所属分类：教材教辅-大学

版权信息

书名：模拟电子技术基础（第2版）

作者：毕满清

ISBN：9787121253935

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毕满清　主编

王黎明　副主编

高文华　副主编

韩跃平　参编

任青莲　参编

曹俊琴　参编

李瑞红　参编

赵英亮　参编

庞存锁　参编

韩焱　主审

章海涛　责任编辑

章海涛　其他贡献者

曹剑锋　其他贡献者

第2版前言

本书是“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材，是国家级精品资源共享课“电子技术基础”系列教材之一。

按照高等学校电子技术基础课程（模拟电子技术基础）教学基本要求和第1版使用情况，跟踪电子技术发展的新形势和教学改革不断深入的需要，针对加强学生的理论基础、实践能力和创新能力培养，我们进一步研究了什么是本课程的基础知识和核心内容，如何在课程中为工程应用打好基础，在电子技术发展的新形势下，如何更好地处理基础与发展、基础知识与实际应用、理论与实践三大主题，进行编写的。

多年的电子技术教学改革和国家级精品课程、电工电子国家级实验教学示范中心（http：//eetes.nuc.edu.cn）和国家级精品资源共享课（http：//www.icourses.cn）建设的实践，为教材的编写和修订奠定了良好的基础，提供了有利条件。

考虑到素质教育的特点，在修订时，既要保持已有的比较成熟的体系，又要面向新的发展；既要符合本门课程的基本要求，又要适当引进电子技术的新器件、新技术、新方法；既要使学生掌握基础知识，又要培养他们的定性分析能力、综合应用能力和创新意识；既要有利于教师对本教材的灵活使用，更要有利于学生对本教材内容的主动学习和思考，所以本教材的编写原则是：保证基础、体现先进、联系实际、引导创新、便于教学。

① 各章的顺序按照“先器件后电路，先小信号后大信号，先基础后应用”的原则安排，围绕信号的放大、运算、处理、转换和产生进行介绍，体现了组成模拟电子系统的规律性。

② 在内容上编排保持原有的特色，每章先综述该章介绍的内容、要讨论的主要问题、达到的目的，然后进行正文叙述，做到知识点与例题有机结合，每节后面有思考题，最后进行小结，并附有自测题。其中，例题、思考题和习题在第1版编写思路的基础上进行了优化，力图使难易程度更有层次，在题型上更多样化，在提问题的角度上更有启发性，充分体现普通院校因材施教的特点，进一步解决学生学习模拟电子技术入门难、学习难的问题，并有助于培养学生运用知识分析问题和解决问题的能力。

③ 进一步做到经典与现代融合，与实验融合，与工程应用融合，强化了集成运放的应用，增加了典型应用电路的分析，体现了应用型人才培养的需求。

④ 加强了EDA枝术，重要章节增加了EDA仿真分析内容。

有关EDA软件方面的内容，可与毕满清主编的《电子技术实验与课程设计》（第4版）配套使用。

书中标有*部分为选学内容，教师可根据专业要求、学时数以及学生层次的不同进行灵活处理。

参加本书修订编写工作的有：中北大学毕满清（第6章）、王黎明（第8章）、韩跃平（第4章）、李瑞红（第5章）、赵英亮（第9、11章）、庞存锁（第7章），太原科技大学高文华（第2章）、任青莲（第1、3章）、曹俊琴（第10章）。毕满清任主编，负责全书的组织、修改和定稿，王黎明、高文华任副主编。

本书由教育部电子信息类专业教学指导委员会委员、中北大学副校长、博士生导师韩焱教授担任主审，对书稿进行了非常认真细致的审查，提出了许多宝贵意见，在此表示衷心的感谢。

本书为任课教师提供配套的教学资源（包含教学大纲、课程视频、电子教案等），需要者可登录华信教育资源网（http：//www.hxedu.com.cn）或爱课程网（http：www.icourses.cn），注册之后可进行免费下载。

由于我们的能力和水平有限，书中难免会有不妥之处和错误，恳请广大师生和本书读者提出批评和改进意见。

作者

第1章 半导体二极管及其基本电路

内容提要

本章先介绍半导体的基础知识，然后重点阐述半导体二极管的单向导电性、伏安特性、主要参数及其在模拟电路中的应用，最后讨论在模拟电路中广泛应用的几种特殊二极管。

讨论的主要问题

● 杂质半导体为什么有两种载流子?

● PN结是怎样形成的?

● PN结的伏安特性满足欧姆定律吗?PN结为什么具有单向导电性?PN结的伏安特性与温度的关系怎样?

● 常用二极管的模型有哪些?分别适用于哪些场合?

● 稳压管的稳压原理是什么?

1.1 半导体的基础知识

1.1.1 本征半导体

1.半导体及其特性

物质按照其导电能力可以分为导体、半导体和绝缘体三种类型。导电能力介于导体和绝缘体之间的物质叫做半导体。

半导体之所以被用来制造电子元器件是因为它具有不同于其他物质的特性。

（1）光敏特性 光照可以使半导体的导电能力改变。利用这种特性，半导体可以被制成各种光敏器件，如光敏电阻、光电耦合器和光电晶体管等。

（2）热敏特性 有些半导体对温度的反应特别灵敏，温度的变化会使半导体的导电能力产生变化。利用这种特性，半导体可以被制成各种热敏元件。

（3）掺杂特性 在纯净的半导体中掺入少量特定的杂质元素时，其导电能力具有可控性。控制掺入杂质元素的浓度，就可控制半导体的导电性能。利用这种特性，半导体可以被制成各种性能的半导体器件。

2.本征半导体的晶体结构

用物理方法，使半导体材料的原子按结晶方式规则地排列，形成的半导体晶体叫做单晶体。如果半导体材料中的原子排列不规则，则形成的半导体晶体叫做多晶体。高度提纯、结构完整的半导体单晶体叫做本征半导体。

常用的半导体材料是硅（Si）和锗（Ge）。硅和锗都是四价元素，每个原子的最外层具有4个电子。物理学中将最外层电子叫做价电子，把内层电子和原子核两部分合在一起称为惯性核，由此可得硅和锗的原子结构的简化模型，如图1-1（a）所示。外层表示价电子数，“+4”表示惯性核，其电荷量（+4）是原子核以及除价电子以外的内层电子电荷量的总和。

硅和锗在使用时都要做成本征半导体。在组成本征半导体时，硅（锗）原子按一定规律整齐排列，组成一定形式的空间点阵。每个硅（锗）原子最外层的4个价电子与相邻的4个硅（锗）原子的各一个价电子形成4对共价键结构。共价键中的电子受两个原子核引力的束缚，使得每个硅（锗）原子最外层形成拥有8个共有电子的稳定结构。图1-1（b）为晶体共价键结构的平面示意图。

3.本征半导体中的两种载流子

（1）在绝对零度和无外界激发时，本征半导体中无载流子 共价键内的两个电子称为束缚电子。共价键有很强的结合力，如果没有足够的能量，则价电子不能挣脱原子核的束缚成为自由电子。此时，在本征半导体中，没有可以自由运动的带电粒子———载流子（Carrier），因而在外电场作用时不会产生电流。在这种条件下，本征半导体不能导电。

图1-1 硅和锗的简化原子结构模型和晶体结构

（2）本征半导体受激发产生载流子——自由电子和空穴 在获得一定的能量（热、光等）后，少量价电子即可挣脱共价键的束缚成为自由电子。同时，在共价键中留下一个空位，称为空穴（Hole）。空穴的出现是半导体区别于导体的一个重要特点。

① 本征半导体中的自由电子载流子 价电子挣脱共价键后成为自由电子。自由电子带负电，在外电场的作用下，自由电子将逆着电场方向定向运动，形成电子电流。因此，自由电子是本征半导体中的一种载流子。

② 本征半导体中的空穴载流子 由于空穴的存在，在外加电场的作用下，处于共价键上的价电子也按一定方向依次填补空穴。例如，在图1-2中，如果在A处出现一个空穴，则B处的电子填补A处的空穴，从而使空穴由A移到B。如果C处电子再填补B处空穴，由此空穴又从B移到C。因此，在半导体中出现了价电子填补空穴的运动，相当于空穴在与价电子运动相反的方向上运动。

从电荷平衡的角度看，可把空穴看成一个带正电的粒子，所带电量与电子相等，极性相反。分析时，把这种运动形成的电流叫做“空穴电流”。因此，空穴也是一种载流子。

图1-2 电子和空穴的移动

由此可见，在本征半导体中有两种载流子：带负电荷的自由电子和带正电荷的空穴。它们是成对出现的，通常称为电子空穴对，其浓度相等。另外，由于两者电荷量相等，极性相反，所以本征半导体呈电中性。

4.本征半导体中载流子的浓度

本征半导体受外界能量的激发产生电子空穴对，这种现象称为本征激发。自由电子在无规则的热运动中如果与空穴相遇就会填补空穴，使电子空穴对消失，这种现象称为复合。当温度一定时，由本征激发产生的电子空穴对与复合的电子空穴对数目相等，使激发和复合达到动态平衡。此时，本征半导体中自由电子和空穴的浓度（即载流子的浓度）是一定的，并且相等。

半导体中载流子的浓度用单位体积中载流子的个数来表示。通常，分别用自由电子浓度n_i和空穴浓度p_i表示本征半导体中载流子的浓度。在常温下，即T=300K时，本征硅的载流子浓度为n_i=p_i=1.4×10¹⁰/cm³，本征锗的载流子浓度为n_i=p_i=2.5×10¹³/cm³。

本征半导体的载流子浓度受温度的影响很大，随着温度的升高，载流子的浓度基本按指数规律增加。理论分析和实验表明：对于硅材料，温度每升高8℃，硅的载流子浓度约增加1倍；对于锗材料，温度每升高12℃，锗的载流子浓度约增加1倍。所以，温度是影响半导体导电性能的重要因素。

1.1.2 杂质半导体

本征半导体有自由电子和空穴两种载流子，但由于浓度很低，导电能力仍然很差，因而不宜在半导体器件制造中直接使用。如果在本征半导体中掺入微量的某种元素（杂质），就会使半导体的导电性能发生显著变化，而这种掺入杂质的半导体叫做“杂质半导体”。按掺入杂质元素的不同，杂质半导体可分为N型半导体（电子半导体）和P型半导体（空穴半导体）两大类。

1.N型半导体

（1）本征半导体中掺入微量的五价元素，构成N型半导体 按照一定的工艺，在本征硅（锗）中掺入微量的五价元素，如磷（P）、砷（As）等。由于杂质原子的最外层有5个价电子，则晶体点阵中的某些位置上，杂质原子取代硅（锗）原子，有4个价电子与相邻的硅（锗）原子的4个价电子组成共价键，多余的1个价电子处于共价键之外，如图1-3所示。这个多余的电子不受共价键的束缚，只需要很少的能量就能成为自由电子，但在产生自由电子的同时并不产生新的空穴。这样，每个杂质原子都能提供一个自由电子，从而使半导体中的自由电子数量大大增加。因此，杂质半导体的导电能力也大大增强。

图1-3 N型半导体

（2）N型半导体中的“多子”（自由电子）和“少子”（空穴）除了杂质原子提供的自由电子外，在半导体中还有少量由本征激发产生的电子空穴对。但由于增加了许多额外的自由电子，因此在N型半导体中自由电子数远大于空穴数。这种半导体主要依靠自由电子导电，所以自由电子叫做“多数载流子”，简称“多子”；而空穴叫做“少数载流子”，简称“少子”。掺入的杂质越多，多子（自由电子）的浓度就越高，N型半导体的导电性能也就越强。

（3）N型半导体呈电中性 在N型半导体中，杂质原子可以提供电子，故称为施主原子。杂质原子失去电子后成为带正电荷的正离子，由原子核以及核外电子组成，处在晶体结构当中不能自由移动。因此，正离子不是载流子。N型半导体中的正电荷量（由正离子和本征激发的空穴所带）与负电荷量（由杂质原子施放的电子和本征激发的电子所带）相等，所以N型半导体呈电中性。

2.P型半导体

（1）本征半导体中，掺入微量的三价元素构成P型半导体 在本征半导体中掺入少量的三价元素，如硼（B）、铟（In）等，由于杂质原子的最外层只有3个价电子，在与周围硅（锗）原子组成共价键时，因缺少1个电子而产生一个空位，如图1-4所示。当受能量激发时，相邻共价键上的电子就可能填补这个空位，在电子原来所处的位置上产生一个空穴。在常温下，每个杂质原子都能引起一个空穴，从而使半导体中的空穴数量大大增加。

图1-4 P型半导体

（2）P型半导体中的“多子”（空穴）和“少子”（自由电子）在P型半导体中，尽管有本征激发产生的电子空穴对，但由于掺入的每个杂质原子都能引起一个空穴，因而空穴数远大于自由电子数。空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，故空穴为多数载流子，而电子为少数载流子。控制掺入杂质的浓度，便可控制多数载流子空穴的数目。

（3）P型半导体呈电中性 在P型半导体中，杂质原子中的空位可以吸收电子，故称为受主原子。杂质原子吸收电子后成为带负电荷的负离子，但不能自由移动。因此，负离子不是载流子。P型半导体中的正电荷量（由硅（锗）原子失去电子形成的空穴和本征激发的空穴所带）与负电荷量（负离子和本征激发的电子所带）相等，所以P型半导体呈电中性。

在杂质半导体中，多子浓度主要取决于掺入杂质的浓度，掺入杂质越多，多子浓度就越大。而少子由本征激发产生，其浓度主要取决于温度，温度越高，少子浓度就越大。

1.1.3 PN结及其特性

1.PN结的形成

如果在一块本征半导体上，通过一定的工艺使其一边形成N型半导体，另一边形成P型半导体，那么在P型区和N型区的交界处就会形成一个极薄的空间电荷层，称为PN结。PN结是构成其他半导体器件的基础。

（1）扩散运动建立了空间电荷区和内电场 如果半导体内载流子浓度分布不均匀，这时载流子便会从浓度高的区域向浓度低的区域运动。这种由于浓度差而引起的定向运动称为扩散运动，由载流子扩散运动形成的电流叫做扩散电流。当P型半导体和N型半导体结合到一起时，在它们的交界面，两种载流子存在很大的浓度差。P区空穴的浓度远高于N区空穴的浓度，而N型半导体电子的浓度又远大于P型半导体电子的浓度。这种浓度差使P区的多子空穴向N区扩散，与N区的电子复合，在P区一侧留下不能移动的负离子薄层；而N区的多子电子向P区扩散，与P区的空穴复合，在N区一侧留下不能移动的正离子薄层，如图1-5（a）所示。交界面两侧的这些不能移动的带电离子薄层通常称为空间电荷区。扩散作用越强，空间电荷区就越宽。

图1-5 PN结的形成

在空间电荷区中，一侧带正电，另一侧带负电。由于正、负电荷相互作用，在空间电荷区中形成一个电场，称为内电场，用ε_内表示。随着扩散运动的进行，空间电荷区加宽，内电场增强，其方向由带正电的N区指向带负电的P区。

（2）内电场阻止多子扩散，促使少子漂移 多子的扩散形成内电场，这个内电场的方向与多子扩散的方向相反，因此它阻碍多子扩散运动的进行。另一方面，在内电场的作用下，P区和N区的少数载流子将做定向运动，这种运动称为漂移运动，由此引起的电流叫做漂移电流。P区的少子自由电子向N区漂移，从而补充了原来交界面上N区所失去的电子，使正离子减少；而N区的少子空穴向P区漂移，从而补充了原来交界面上P区所失去的空穴，使负离子减少。因此，漂移运动的结果是使空间电荷区变窄，内电场减弱，其作用正好与扩散运动相反。

（3）PN结形成 由此可见，扩散运动和漂移运动是互相联系又互相矛盾的，多子的扩散使空间电荷区加宽，内电场增强，而内电场的建立和增强又阻止多子扩散，促使少子漂移；少子漂移又使空间电荷区变窄，内电场减弱，从而使扩散容易进行。当漂移运动与扩散运动达到动态平衡时，通过空间电荷区的净电流为零。这时，空间电荷区的宽度和内电场的强度不再变化，至此，PN结形成，如图1-5（b）所示。

由于内电场的作用是阻止多子扩散，故又称空间电荷区为阻挡层；因为空间电荷区内几乎没有载流子，故又称其为耗尽层。

PN结的内电场ε_内所建立的电位差U_ho是不同性质半导体的“接触电位差”，其大小与半导体材料、掺杂浓度及环境温度有关。在常温下，硅材料的U_ho≈0.6～0.8V，锗材料的U_ho≈0.1～0.3V。

如果P区和N区的掺杂浓度相同，则两个区域里空间电荷区的宽度相同，称为对称PN结。如果两个区域的掺杂浓度不同，则掺杂浓度高的一侧离子密度大，空间电荷区较窄；相反，掺杂浓度低的一侧离子密度小，空间电荷区较宽，形成不对称PN结。若P区掺杂浓度高，记为P⁺N。上述两种结的外部特性是相同的。

2.PN结的单向导电性

上面讨论的PN结处于平衡状态，扩散电流等于漂移电流，通过空间电荷区的净电流为零。如果在PN结两端外加电压，将打破原来的平衡状态，扩散电流不再等于漂移电流，PN结将有电流流过。电流的大小与外加电压的极性有关，即PN结呈现出单向导电性。

（1）PN结外加正向电压 PN结外加正向电压是指：外加电源的正极接到PN结的P端，负极接到PN结的N端，也称为正向接法或正向偏置，简称“PN结正偏”，如图1-6（a）所示。此时，外加电场与PN结内电场方向相反。在外加电场的作用下，PN结的平衡状态被打破，P区的多子空穴向N区移动，与空间电荷区的负离子中和。同时，N区的多子自由电子向P区移动，与空间电荷区的正离子中和。这样，空间电荷数目减少，空间电荷区变窄，内电场减弱。这致使扩散运动加剧，漂移运动减弱，从而使扩散电流大于漂移电流。PN结内的电流由起支配作用的扩散电流决定，在外电路上形成一个流入P区的电流，称为正向电流I_F。当外加正向电压增大时，内电场进一步减弱，扩散电流随之增加，形成较大的PN结正向电流。

在正常工作范围内，导通时的PN结压降只有零点几伏。因此，不大的正向电压可以产生相当大的正向电流。而且，外加正向电压的微小变化便能引起正向电流的显著变化。由此，正偏的PN结表现为一个很小的电阻。

（2）PN结外加反向电压 PN结外加反向电压是指：外加电源的正极接到PN结的N端、负极接到PN结的P端，也称为反向接法或反向偏置，简称“PN结反偏”，如图1-6（b）所示。此时，外加电场与PN结内电场方向相同，这将促使P区的多子空穴和N区的多子自由电子背离PN结运动，使空间电荷数目增多，空间电荷区变宽，内电场增强。这就使多子的扩散运动减弱，少子的漂移运动增强并占优势。流过PN结内的电流主要由少子的漂移电流决定。这一漂移电流的方向与扩散电流方向相反，表现在外电路上为流入N区的电流，称为反向电流I_R。由于少子是由本征激发产生的，浓度很小，因此PN结的反向电流远小于正向电流。在一定温度下，少子的浓度基本不变，PN结反向电流几乎与外加反向电压的大小无关，这时的反向电流I_R称为反向饱和电流，用I_S表示。当温度变化时，少子的浓度也要变化，因而PN结的反向电流同样随之变化。

图1-6 PN结的单向导电性

由于PN结的反向电流很小，所以PN结在反向偏置时，可认为基本上是截止的，表现为一个很大的电阻。

由此可见，PN结具有单向导电性。外加正向电压时，电阻很小，正向电流是多子的扩散电流，数值很大，PN结导通；外加反向电压时，电阻很大，反向电流是少子的漂移电流，数值很小，PN结几乎截止。

3.PN结的伏安特性

PN结的伏安特性是指PN结两端的外加电压U与流过PN结的电流I之间的关系曲线。

根据理论分析，PN结的伏安特性可由下式表示：

式中，U的参考方向为P区正、N区负，I的参考方向为从P区指向N区；I_S在数值上等于反向饱和电流；U_T=kT/q，为温度电压当量，其中k为玻耳兹曼常数，T为热力学温度，q为电子的电荷量。在常温下，U_T≈26mV。

由式（1-1）可画出PN结的伏安特性，如图1-7（a）所示。

（1）正向特性 其中U＞0的部分称为正向特性。当 PN结外加正向电压，且U≫U_T时即在U大于一定值后，PN结的正向电流I随正向电压U按指数规律变化。

图1-7 PN结的伏安特性及温度对伏安特性的影响

（2）反向特性 U＜0的部分称为反向特性。当PN结外加反向电压，且 U ≫U_T时，于是I≈-I_S。即反向电压达到一定值后，PN结只流过很小的反向饱和电流，反向电流与反向电压的大小基本无关。

由式（1-1）可知，流过PN结的电流I与反向饱和电流I_S及温度电压当量U_T有关，而I_S和U_T都是温度的相关函数，因此PN结的伏安特性与温度也有密切关系。反向饱和电流I_S的数值取决于平衡状态下少子的数量。当温度升高时，半导体中本征激发增强，少子数量增多，故反向饱和电流I_S数值增大。另外，相对于产生同样大小的正向电流，正向压降随温度升高而减小。研究表明，保持正向电流不变时，环境温度每升高1℃，PN结的正向压降约减小2～2.5mV。PN结的伏安特性与温度的关系如图1-7（b）所示。

（3）PN结的击穿特性 当加到PN结上的反向电压超过一定数值后，反向电流急剧增大，这种现象称为PN结反向击穿，如图1-7（a）所示。发生反向击穿所需的反向电压U_BR称为反向击穿电压。按机理击穿分为齐纳击穿和雪崩击穿两种情况。

① 齐纳击穿 在掺杂浓度较高的情况下，空间电荷区很薄，不大的反向电压就可在耗尽层形成很强的电场。强电场的作用足以把电子从共价键中拉出来形成大量的电子空穴对，致使反向电流急剧增大，这种击穿称为齐纳击穿。

② 雪崩击穿 如果掺杂浓度较低，则空间电荷区较宽，随着PN结反向电压的逐渐增大，空间电荷区的电场也逐渐增强，这使得漂移过空间电荷区的少数载流子获得足够大的动能，它们能把共价键中的价电子撞出来，产生新的电子空穴对。新的载流子又被电场加速，再去碰撞其他离子，产生新的电子空穴对，形成连锁反应，造成载流子倍增，反向电流迅速增大，这种击穿称为雪崩击穿。

对于上述两种击穿，只要PN结不因电流过大导致过热而损坏，当外加反向电压降到低于击穿电压时，PN结的性能都能恢复到击穿前的情况，这种击穿现象称为电击穿。电击穿过程是可逆的。此外，当反向电流过大时，消耗在PN结上的功率较大，引起PN结温度升高，直到PN结过热而造成永久性损坏的击穿，称为热击穿。热击穿是不可逆的，因此要避免热击穿的发生。

4.PN结的电容效应

在一定条件下，PN结具有电容效应，按产生的原因不同，分为势垒电容和扩散电容。

（1）势垒电容 当PN结上外加电压的极性和大小发生变化时，空间电荷区里存储的空间电荷量随之变化，空间电荷区的宽度也随之变化。这种现象与电容的充、放电过程相似，而PN结的这种电容效应称为势垒电容。在PN结加正向电压时，多子进入PN结，中和了部分空间电荷，使空间电荷区变窄，等效于P区和N区的多子充入了PN结。当PN结正向电压减小或加反向电压时，多子远离PN结，空间电荷区变宽，相当于多子从PN结放出。PN结的势垒电容用C_B表示。C_B是非线性电容，它的大小与PN结的结面积成正比，而与空间电荷区的宽度成反比。一般情况下，C_B为几皮法（10^-12法）至一二百皮法。在现代电子设备中，常利用C_B随反向电压变化而变化的特性制成各种变容二极管。

（2）扩散电容 当PN结外加正向电压时，N区的多子电子扩散到P区后称为P区的非平衡少子。它们逐渐与P区的空穴复合，在P区形成浓度梯度，靠近空间电荷区交界面的地方浓度高，远离交界面的地方浓度低。同理，P区的多子空穴也会向N区扩散成为N区的非平衡少子，在N区形成浓度梯度，如图1-8中的曲线①所示。当正向电压增大时，扩散到P区的电子和扩散到N区的空穴数量增加，扩散区内积累的非平衡少子电荷量增加，浓度分布曲线上移，如图1-8中的曲线②所示。当正向电压减小时，扩散区积累的非平衡少子电荷量减少，浓度分布曲线下移，如图1-8中的曲线③所示。扩散区内，电荷的积累和释放过程与电容器充、放电过程相似。PN结的这种电容效应称为扩散电容，用C_D表示。C_D也是非线性的。理论分析表明，PN结的扩散电容C_D与PN结的正向电流近似成正比。

PN结的结电容C_J为势垒电容C_B和扩散电容C_D之和：

图1-8 扩散电容形成示意图

PN结的势垒电容和扩散电容都很小，结面积小的为1pF左右，结面积大的为几十至几百pF。只有在信号频率较高时才考虑结电容的作用。当PN结正向偏置时，扩散电容C_D起主要作用；当PN结反向偏置时，势垒电容C_B起主要作用。

【思考题】

1.PN结是如何形成的?在热平衡下，PN结有无净电流流过?

2.PN结为什么会有单向导电性?在什么情况下单向导电性会丧失?温度对PN结的正向特性和反向特性有何影响?

3.设I_S=1μA，T=27℃。试用PN结的伏安特性表达式计算在外加电压U为0.26V和-1V时的电流。这些结果说明什么问题?

1.2 半导体二极管

1.2.1 半导体二极管的结构和类型

半导体二极管（简称二极管）是由PN结加上电极引线和管壳组成的，其符号如图1-9（a）所示。由P区引出的电极为阳极（或称正极），由N区引出的电极为阴极（或称负极），箭头表示正向电流的方向。

二极管常见的外形如图1-9（b）所示。二极管的种类很多，按材料来分，最常用的有硅管和锗管两种；按结构形式来分，有点接触型、面接触型和硅平面型几种

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