在二極管正向?qū)ǖ某跗冢捎贖－型半導(dǎo)體的電阻率較大，故二極管的正向壓降會隨著導(dǎo)通電流的增大而逐漸從0.5V增大到0.65V；當正向壓降增加到0.65V左右時，二極管已達到了深度導(dǎo)通程度，此時的H－型半導(dǎo)體的電阻率已經(jīng)很小，這就使得二極管的正向壓降隨著導(dǎo)通電流的增大而增大的幅度已不太明顯，所以二極管的正向電壓降基本恒定在0.65V左右。

至于二極管中出現(xiàn)電流即開始導(dǎo)通的電壓閾值問題，由于二極管實際上就是一個特殊的HG結(jié)，因此二極管出現(xiàn)閾值的原理以及閾值的大小就與HG結(jié)出現(xiàn)閾值的原理以及閾值的大小是完全相同的。

通過對本征半導(dǎo)體進行不同元素的摻雜以及不同濃度的摻雜，可制造出多種不同功能的特殊二極管，例如穩(wěn)壓二極管、發(fā)光二極管、光敏二極管、磁敏二極管、氣敏二極管、濕敏二極管、溫敏二極管等，有興趣者可參閱其他電子書刊作進一步的深入了解。

3.2 三極管

在同一塊本征半導(dǎo)體上摻雜出類型不同摻雜濃度也不同的兩種半導(dǎo)體，我們制造出了具有單向?qū)щ娞匦缘亩O管，那如果在同一塊本征半導(dǎo)體上摻雜出兩端是同一類型半導(dǎo)體中間是不同類型的半導(dǎo)體，我們又會得到一種具有什么樣導(dǎo)電特性的半導(dǎo)體器件呢？

3.2.1 三極管的結(jié)構(gòu)

先把片狀硅本征半導(dǎo)體摻雜成濃度極低的G型半導(dǎo)體（G型區(qū)），再把G型半導(dǎo)體的一端摻雜成濃度極高的H型半導(dǎo)體（H型1區(qū)），另一端摻雜成濃度較高的H型半導(dǎo)體（H型2區(qū)），然后從G型區(qū)和兩個H型區(qū)各引出一個電極（分立元件還需進行封裝），這樣就制造出了一只三區(qū)域（H型區(qū)‐G型區(qū)‐H型區(qū)）半導(dǎo)體器件。

先把片狀硅本征半導(dǎo)體摻雜成濃度極低的H型半導(dǎo)體（H型區(qū)），再把H型半導(dǎo)體的一端摻雜成濃度極高的G型半導(dǎo)體（G型1區(qū)），另一端摻雜成濃度較高的G型半導(dǎo)體（G型2區(qū)），然后從H型區(qū)和兩個G型區(qū)各引出一個電極（分立元件還需進行封裝），這樣就制造出了一只三區(qū)域（G型區(qū)‐H型區(qū)‐G型區(qū)）半導(dǎo)體器件。

H型區(qū)‐G型區(qū)‐H型區(qū)三區(qū)域半導(dǎo)體器件通常被人們稱為HGH型半導(dǎo)體三極管或者稱為HGH型晶體三極管，我們倡議直接簡稱為HGH管。

G型區(qū)‐H型區(qū)‐G型區(qū)三區(qū)域半導(dǎo)體器件通常被人們稱為GHG型半導(dǎo)體三極管或者稱為GHG型晶體三極管，我們倡議直接簡稱為GHG管。

HGH管和GHG管的結(jié)構(gòu)示意圖和我們倡議的電路符號如圖11所示。

圖11 HGH管和GHG管的結(jié)構(gòu)示意圖和電路符號

HGH管的電路符號中，三根短線段從上到下依次表示HGH管的H型2區(qū)、G型區(qū)和H型1區(qū)，從H型2區(qū)、G型區(qū)和H型1區(qū)引出的三個電極分別稱為H2極、G極和H1極，箭頭則指出了HGH管中總電流的方向。

GHG管的電路符號中，三根短線段從上到下依次表示GHG管的G型2區(qū)、H型區(qū)和G型1區(qū)，從G型2區(qū)、H型區(qū)和G型1區(qū)引出的三個電極分別稱為G2極、H極和G1極，箭頭則指出了GHG管中總電流的方向。

先把片狀硅本征半導(dǎo)體摻雜成濃度極低的G型半導(dǎo)體，再把G型半導(dǎo)體從左到右按一定間隔摻雜出高濃度的H型1區(qū)、H型2區(qū)和G＋型區(qū)，再在H型1區(qū)和H型2區(qū)之間的G型半導(dǎo)體上覆蓋一層二氧化硅絕緣層，然后從絕緣層、H型2區(qū)連同G＋型區(qū)、H型1區(qū)上各引出一個電極（分立元件還需進行封裝），這樣就制造出了一只三區(qū)域（H型區(qū)‐G型區(qū)‐H型區(qū)）金屬‐氧化物‐半導(dǎo)體器件。

先把片狀硅本征半導(dǎo)體摻雜成濃度極低的H型半導(dǎo)體，再把H型半導(dǎo)體從左到右按一定間隔摻雜出高濃度的H＋型區(qū)、G型1區(qū)和G型2區(qū)，再在G型1區(qū)和G型2區(qū)之間的H型半導(dǎo)體上覆蓋一層二氧化硅絕緣層，然后從絕緣層、G型1區(qū)連同H＋型區(qū)、G型2區(qū)上各引出一個電極（分立元件還需進行封裝），這樣就制造出了一只三區(qū)域（G型區(qū)‐H型區(qū)‐G型區(qū)）金屬‐氧化物‐半導(dǎo)體器件。

H型區(qū)‐G型區(qū)‐H型區(qū)三區(qū)域金屬‐氧化物‐半導(dǎo)體器件通常被人們稱為HMOS型場效應(yīng)三極管，我們倡議直接簡稱為HMOS管。

G型區(qū)‐H型區(qū)‐G型區(qū)三區(qū)域金屬‐氧化物‐半導(dǎo)體器件通常被人們稱為GMOS型場效應(yīng)三極管，我們倡議直接簡稱為GMOS管。

HMOS管和GMOS管的結(jié)構(gòu)示意圖和我們倡議的電路符號如圖12所示。

圖12 HMOS管和GMOS管的結(jié)構(gòu)示意圖和電路符號

HMOS管的電路符號中，三根短線段從上到下依次表示HMOS管的H型2區(qū)、G型區(qū)和H型1區(qū)，左邊的長線段表示絕緣層，箭頭右下方與箭頭垂直的線段表示G＋型區(qū)，從H型2區(qū)連同G＋型區(qū)、絕緣層和H型1區(qū)引出的三個電極分別稱為H2極、G極和H1極，箭頭則指出了HMOS管中總電流的方向。

GMOS管的電路符號中，三根短線段從上到下依次表示GMOS管的G型2區(qū)、H型區(qū)和G型1區(qū)，左邊的長線段表示絕緣層，箭頭右上方與箭頭垂直的線段表示H＋型區(qū)，從G型2區(qū)、絕緣層和G型1區(qū)連同H＋型區(qū)引出的三個電極分別稱為G2極、H極和G1極，箭頭則指出了GMOS管中總電流的方向。

3.2.2 三極管的導(dǎo)電特性

對于三極管，我們在這里強調(diào)：

①三極管的導(dǎo)電特性除必須考慮導(dǎo)通和截止兩種工作狀態(tài)以及必須考慮導(dǎo)通與截止的條件分別是什么外，還必須考慮導(dǎo)通程度的深淺。

②只有自由電子從H型1區(qū)移動進緊鄰的G型區(qū)再移動進緊鄰的H型2區(qū)時、或者自由電子從G型1區(qū)移動進緊鄰的H型區(qū)再移動進緊鄰的G型2區(qū)時，我們才能認為三極管是處于導(dǎo)通狀態(tài)的，否則就認為三極管是處于截止狀態(tài)的。

③由于三極管具有H型區(qū)‐G型區(qū)‐H型區(qū)和G型區(qū)‐H型區(qū)‐G型區(qū)兩種排列方式，因此，只有HGH管和HMOS管的H2極和H1極之間加上H2極為正H1極為負的直流電壓且H2極和G極之間加上H2極為正G極為負的直流電壓時，自由電子才可能從電位低的H型1區(qū)向電位高的H型2區(qū)作定向移動；只有GHG管和GMOS管的G2極和G1極之間加上G2極為正G1極為負的直流電壓且H極和G1極之間加上H極為正G1極為負的直流電壓時，自由電子才可能從電位低的G型1區(qū)向電位高的G型2區(qū)作定向移動。

現(xiàn)在我們通過圖13和圖14所示的實驗電路來探尋GHG管和HGH管的導(dǎo)電特性。（實驗電路和實驗數(shù)據(jù)均摘自互聯(lián)網(wǎng)上高等院校或?qū)＜覍W(xué)者的實驗報告）

圖13 探尋GHG管導(dǎo)電特性的實驗電路

我們先按圖13所示把GHG管的G2極和G1極之間加上G2極為正G1極為負的直流電壓UG2G1、H極和G1極之間加上H極為正G1極為負的直流電壓UHG1，從實驗中得知：當UHG1＜0.5V時，GHG管中沒有電流通過，此時GHG管處于截止狀態(tài)；當UHG1≥0.5V時，GHG管中不僅有正向電流通過而且其電流值還隨著UHG1的變化而變化（參見表1），此時GHG管處于受控導(dǎo)通狀態(tài)；當UHG1增大到使UG2G1＜1.2V時，GHG管的正向電流恒定為某一固定值而不再隨UHG1的增大而增大，此時GHG管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)。

表1 GHG管IG2隨UHG1變化而變化的數(shù)據(jù)

圖14 探尋HGH管導(dǎo)電特性的實驗電路

我們再按圖14所示把HGH管的H2極和H1極之間加上H2極為正H1極為負的直流電壓UH2H1、H2極和G極之間加上H2極為正G極為負的直流電壓UH2G，從實驗中得知：當UH2G＜0.5V時，HGH管中沒有電流通過，此時HGH管處于截止狀態(tài)；當UH2G≥0.5V時，HGH管中不僅有正向電流通過而且其電流值還隨著UH2G的變化而變化（參見表2），此時HGH管處于受控導(dǎo)通狀態(tài)；當UH2G增大到使UH2H1＜1.2V時，HGH管的正向電流恒定為某一固定值而不再隨UH2G的增大而增大，此時HGH管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)。

表2 HGH管IH1隨UH2G變化而變化的數(shù)據(jù)

接下來我們再通過圖15和圖16所示的實驗電路來探尋GMOS管和HMOS管的導(dǎo)電特性。（實驗電路和實驗數(shù)據(jù)均摘自互聯(lián)網(wǎng)上高等院校或?qū)＜覍W(xué)者的實驗報告）

圖15 探尋GMOS管導(dǎo)電特性的實驗電路

我們先按圖15所示把GMOS管的G2極和G1極之間加上G2極為正G1極為負的直流電壓UG2G1、H極和G1極之間加上H極為正G1極為負的直流電壓UHG1，從實驗中得知：當UHG1＜2V時，GMOS管中沒有電流通過，此時GMOS管處于截止狀態(tài)；當UHG1≥2V時，GMOS管中不僅有正向電流通過而且其電流值還隨著UHG1的變化而變化（參見表3），此時GMOS管處于受控導(dǎo)通狀態(tài)；當UHG1增大到使UG2G1＜1.2V時，GMOS管的正向電流恒定為某一固定值而不再隨UHG1的增大而增大，此時GMOS管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)。

表3 GMOS管IG2隨UHG1變化而變化的數(shù)據(jù)

圖16 探尋HMOS管導(dǎo)電特性的實驗電路

我們再按圖16所示把HMOS管的H2極和H1極之間加上H2極為正H1極為負的直流電壓UH2H1、H2極和G極之間加上H2極為正G極為負的直流電壓UH2G，從實驗中得知：當UH2G＜2V時，HMOS管中沒有電流通過，此時HMOS管處于截止狀態(tài)；當UH2G≥2V時，HMOS管中不僅有正向電流通過而且其電流值還隨著UH2G的變化而變化（參見表4），此時HMOS管處于受控導(dǎo)通狀態(tài)；當UH2G增大到使UH2H1＜1.2V時，HMOS管的正向電流恒定為某一固定值而不再隨UH2G的增大而增大，此時HMOS管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)。

表4 HMOS管IH1隨UH2G變化而變化的數(shù)據(jù)

換用不同跨導(dǎo)的三極管重復(fù)上述實驗，我們總結(jié)出的三極管的導(dǎo)電特性是：

①三極管可以分別工作于三種工作狀態(tài)——截止狀態(tài)、受控導(dǎo)通狀態(tài)和飽和導(dǎo)通狀態(tài)，工作于截止狀態(tài)、受控導(dǎo)通狀態(tài)和飽和導(dǎo)通狀態(tài)所需的外部條件如表5所示。

表5 三區(qū)域半導(dǎo)體器件各種工作狀態(tài)所需的外部條件

②三極管工作在受控導(dǎo)通狀態(tài)時，輸入電壓的微小變化可引起導(dǎo)通電流的較大變化，并且導(dǎo)通電流變化量?IG2（?IH1）總是輸入電壓變化量?UHG1（?UH2G）的某一固定倍數(shù)。

三極管導(dǎo)通電流的變化量?IG2與輸入電壓的變化量?UHG1（或者導(dǎo)通電流的變化量?IH1與輸入電壓的變化量?UH2G）的比值稱為三極管的跨導(dǎo)，即

跨導(dǎo)的單位是毫西（mS），GHG管和HGH管的跨導(dǎo)一般為幾十毫西，GMOS管和HMOS管的跨導(dǎo)一般為幾毫西。跨導(dǎo)表征了三極管輸入電壓對導(dǎo)通電流的控制能力。

三極管兩端的電壓UG2G1為某一固定值時輸入電壓UHG1與導(dǎo)通電流IG2（或者兩端的電壓UH2H1為某一固定值時輸入電壓UH2G與導(dǎo)通電流IH1）之間的關(guān)系曲線，稱為三極管的轉(zhuǎn)移特性曲線；三極管輸入電壓UHG1分別為不同的固定值時兩端的電壓UG2G1與導(dǎo)通電流IG2（或者輸入電壓UH2G分別為不同的固定值時兩端的電壓UH2H1與導(dǎo)通電流IH1）之間的關(guān)系曲線，稱為三極管的輸出特性曲線。如果通過轉(zhuǎn)移特性曲線和輸出特性曲線來了解三極管的導(dǎo)電特性，將會更加直觀明了、更加清晰易懂。圖17示出的是GHG管的轉(zhuǎn)移特性曲線和輸出特性曲線，圖18示出的是GMOS管的轉(zhuǎn)移特性曲線和輸出特性曲線。

圖17 GHG管的轉(zhuǎn)移特性曲線和輸出特性曲線

圖18 GMOS管的轉(zhuǎn)移特性曲線和輸出特性曲線

3.2.3 三極管的工作原理

1. GHG管和HGH管的工作原理

圖19示出了GHG管和HGH管的等效結(jié)構(gòu)圖，從等效結(jié)構(gòu)圖可以看出：GHG管可等效于由HG1結(jié)和HG2結(jié)這兩個HG結(jié)級聯(lián)組合而成的，而HGH管則可等效于由H2G結(jié)和H1G結(jié)這兩個HG結(jié)級聯(lián)組合而成的，因此，GHG管和HGH管都是利用“當偏置電壓足夠大時，HG結(jié)中低電位區(qū)域的易脫價電子將被電場力拉到導(dǎo)帶中成為自由電子并從低電位區(qū)域向高電位區(qū)域作定向移動”這一原理進行工作的。

圖19 用等效結(jié)構(gòu)圖研究GHG管和HGH管的工作原理

①當GHG管的UHG1＜0.5V時，對于HG1結(jié)來說，雖然G型1區(qū)中存在大量的易脫價電子，但由于電壓UHG1太小還無力把易脫價電子拉到導(dǎo)帶中成為自由電子，故沒有自由電子可移動，或者是由于此時電場力較小只夠把易脫價電子拉到導(dǎo)帶中成為自由電子卻無力去移動G型1區(qū)中的自由電子，故HG1結(jié)中沒有電流通過；而對于HG2結(jié)來說，雖然電壓UG2H較大，H型區(qū)中又存在易脫價電子，H型區(qū)中的自由電子可以從電位低的H型區(qū)移向電位高的G型2區(qū)，但由于H型區(qū)中的自由電子數(shù)量極少，故HG2結(jié)中只有極微量的電流通過。此時從整個GHG管來看，兩個HG結(jié)中HG1結(jié)截止HG2結(jié)導(dǎo)通，自由電子無法從G型1區(qū)移動到G型2區(qū)，所以GHG管處于截止狀態(tài)。

當GHG管的UHG1≥0.5V時，對于HG1結(jié)來說，由于G型1區(qū)中存在大量的易脫價電子，電壓UHG1又已具備了移動G型1區(qū)中自由電子的能力，所以G型1區(qū)中大量的自由電子可以前赴后繼地從電位低的G型1區(qū)移向電位高的H型區(qū)，故HG1結(jié)中有很大的電流通過；而對于HG2結(jié)來說，由于電壓UG2H較大，H型區(qū)中又移進了大量的自由電子，所以H型區(qū)中大量的自由電子可以前赴后繼地從電位低的H型區(qū)移向電位高的G型2區(qū)，故HG2結(jié)中也有較大的電流通過。此時從整個GHG管來看，兩個HG結(jié)中HG1結(jié)和HG2結(jié)全都導(dǎo)通，大量的自由電子是前赴后繼地從電位低的G型1區(qū)移向電位高的H型區(qū)、移進H型區(qū)中的自由電子又前赴后繼地從電位低的H型區(qū)移向電位高的G型2區(qū)，故GHG管處于導(dǎo)通狀態(tài)。在GHG管導(dǎo)通期間，由于電壓UHG1越大，產(chǎn)生的電場力就越大，G型1區(qū)中被拉到導(dǎo)帶中的易脫價電子數(shù)量就越多，參與定向移動的自由電子數(shù)量也就越多，則形成的電流也就越大，就整個GHG管中的電流來看，電壓UHG1最終影響的其實是G2極電流的大小，即UHG1越大IG2越大、UHG1越小IG2越小，也就是說輸入電壓嚴格控制著導(dǎo)通電流的大小，所以此時的GHG管處于受控導(dǎo)通狀態(tài)。

當GHG管的UHG1增大到使UG2G1＜1.2V時，雖然此時的HG2結(jié)已是很小的反偏甚至轉(zhuǎn)為正偏，但GHG管上所加電壓仍是G型2區(qū)為正G型1區(qū)為負，自由電子仍能從電位低的G型1區(qū)向電位高的G型2區(qū)作定向移動，另一方面由于此時G型1區(qū)中的易脫價電子幾乎是傾其所有都被拉到了導(dǎo)帶中，即使UHG1繼續(xù)增大也無法再提供更多的自由電子，這就使得移進H型區(qū)的自由電子數(shù)量幾乎是個最大值，這樣GHG管的正向電流也就只能恒定為某一固定值而無法再隨UHG1的增大而增大了，所以GHG管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)。

②當HGH管的UH2G＜0.5V時，對于H1G結(jié)來說，由于電壓UGH1較大，H型1區(qū)中又存在大量的易脫價電子，所以H型1區(qū)中大量的自由電子可以從電位低的H型1區(qū)移向電位高的G型區(qū)，故H1G結(jié)中有很大的電流通過；而對于H2G結(jié)來說，雖然G型區(qū)中己經(jīng)移進了大量的自由電子，但由于電壓UH2G太小還移動不了G型區(qū)中的自由電子，故H2G結(jié)中沒有電流通過。此時從整個HGH管來看，兩個HG結(jié)中H1G結(jié)導(dǎo)通H2G結(jié)截止，自由電子無法從H型1區(qū)移動到H型2區(qū)，所以HGH管處于截止狀態(tài)。

當HGH管的UH2G≥0.5V時，對于H1G結(jié)來說，由于電壓UGH1較大，H型1區(qū)中又存在大量的易脫價電子，所以H型1區(qū)中大量的自由電子可以前赴后繼地從電位低的H型1區(qū)移向電位高的G型區(qū)，故H1G結(jié)中有很大的電流通過；而對于H2G結(jié)來說，由于G型區(qū)中己經(jīng)移進了大量的自由電子，電壓UH2G又已具備了移動G型區(qū)中自由電子的能力，所以G型區(qū)中大量的自由電子可以前赴后繼地從電位低的G型區(qū)移向電位高的H型2區(qū)，故H2G結(jié)中也有較大的電流通過。此時從整個HGH管來看，兩個HG結(jié)中H1G結(jié)和H2G結(jié)全都導(dǎo)通，大量的自由電子是前赴后繼地從電位低的H型1區(qū)移向電位高的G型區(qū)、移進G型區(qū)中的自由電子又前赴后繼地從電位低的G型區(qū)移向電位高的H型2區(qū)，故HGH管處于導(dǎo)通狀態(tài)。在HGH管導(dǎo)通期間，由于電壓UH2G越大，產(chǎn)生的電場力就越大，G型區(qū)中被移進H型2區(qū)的自由電子數(shù)量也就越多，則形成的電流也就越大，就整個HGH管中的電流來看，電壓UH2G最終影響的其實是H1極電流的大小，即UH2G越大IH1越大、UH2G越小IH1越小，也就是說輸入電壓嚴格控制著導(dǎo)通電流的大小，所以此時的HGH管處于受控導(dǎo)通狀態(tài)。

當HGH管的UH2G增大到使UH2H1＜1.2V時，雖然此時的H1G結(jié)已是很小的反偏甚至轉(zhuǎn)為正偏，但HGH管上所加電壓仍是H型2區(qū)為正H型1區(qū)為負，自由電子仍能從電位低的H型1區(qū)向電位高的H型2區(qū)作定向移動，另一方面由于此時H型1區(qū)中的易脫價電子幾乎是傾其所有都被拉到了導(dǎo)帶中，即使UH2G繼續(xù)增大也無法再提供更多的自由電子，這就使得移進G型區(qū)的自由電子數(shù)量幾乎是個最大值，這樣HGH管的正向電流也就只能恒定為某一固定值而無法再隨UH2G的增大而增大了，所以HGH管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)。

2. GMOS管和HMOS管的工作原理

圖20示出了GMOS管和HMOS管的等效結(jié)構(gòu)圖，從等效結(jié)構(gòu)圖可以看出：GMOS管可等效于由HG1結(jié)和HG2結(jié)這兩個HG結(jié)級聯(lián)組合而成的，而HMOS管則可等效于由H2G結(jié)和H1G結(jié)這兩個HG結(jié)級聯(lián)組合而成的；同時從等效結(jié)構(gòu)圖還可以看出：由于GMOS管的H極與H＋型區(qū)構(gòu)成了一個電容器上的兩塊極板，而HG1結(jié)是處在這個電容器的兩塊極板之間的，同樣，HMOS管的G極與G＋型區(qū)也構(gòu)成了一個電容器上的兩塊極板，而H2G結(jié)也是處在這個電容器的兩塊極板之間的，電學(xué)理論告訴我們，電容器上加有電壓時兩極板間是會形成電場的，且所加電壓越大產(chǎn)生的電場強度越高，因此GMOS管和HMOS管仍然都是利用“當偏置電壓足夠大時，HG結(jié)中低電位區(qū)域的易脫價電子將被電場力拉到導(dǎo)帶中成為自由電子并從低電位區(qū)域向高電位區(qū)域作定向移動”這一原理進行工作的。

圖20 用等效結(jié)構(gòu)圖研究GMOS管和HMOS管的工作原理

①當GMOS管的UHG1＜2V時，對于HG1結(jié)來說，雖然G型1區(qū)中存在大量的易脫價電子，但由于電壓UHG1太小在H極與H＋型區(qū)這兩塊極板之間形成的電場力還無力把易脫價電子拉到導(dǎo)帶中成為自由電子，故沒有自由電子可移動，或者是由于此時電場力較小只夠把易脫價電子拉到導(dǎo)帶中成為自由電子卻無力去移動G型1區(qū)中的自由電子，故HG1結(jié)中沒有電流通過；而對于HG2結(jié)來說，雖然電壓UG2H較大，H型區(qū)中又存在易脫價電子，H型區(qū)中的自由電子可以從電位低的H型區(qū)移向電位高的G型2區(qū)，但由于H型區(qū)中的自由電子數(shù)量極少，故HG2結(jié)中只有極微量的電流通過。此時從整個GMOS管來看，兩個HG結(jié)中HG1結(jié)截止HG2結(jié)導(dǎo)通，自由電子無法從G型1區(qū)移動到G型2區(qū)，所以GMOS管處于截止狀態(tài)。

當GMOS管的UHG1≥2V時，對于HG1結(jié)來說，由于G型1區(qū)中存在大量的易脫價電子，電壓UHG1在H極與H＋型區(qū)這兩塊極板之間形成的電場力又已具備了移動G型1區(qū)中自由電子的能力，所以G型1區(qū)中大量的自由電子可以前赴后繼地從電位低的G型1區(qū)移向電位高的H型區(qū)，故HG1結(jié)中有很大的電流通過；而對于HG2結(jié)來說，由于電壓UG2H較大，H型區(qū)中又移進了大量的自由電子，所以H型區(qū)中大量的自由電子可以前赴后繼地從電位低的H型區(qū)移向電位高的G型2區(qū)，故HG2結(jié)中也有較大的電流通過。此時從整個GMOS管來看，兩個HG結(jié)中HG1結(jié)和HG2結(jié)全都導(dǎo)通，大量的自由電子是前赴后繼地從電位低的G型1區(qū)移向電位高的H型區(qū)、移進H型區(qū)中的自由電子又前赴后繼地從電位低的H型區(qū)移向電位高的G型2區(qū)，故GMOS管處于導(dǎo)通狀態(tài)。在GMOS管導(dǎo)通期間，由于電壓UHG1越大，在H極與H＋型區(qū)這兩塊極板之間形成的電場力就越大，G型1區(qū)中被拉到導(dǎo)帶中的易脫價電子數(shù)量就越多，參與定向移動的自由電子數(shù)量也就越多，則形成的電流也就越大，就整個GMOS管中的電流來看，電壓UHG1最終影響的其實是G2極電流的大小，即UHG1越大IG2越大、UHG1越小IG2越小，也就是說輸入電壓嚴格控制著導(dǎo)通電流的大小，所以此時的GMOS管處于受控導(dǎo)通狀態(tài)。

當GMOS管的UHG1增大到使UG2G1＜1.2V時，雖然此時的HG2結(jié)已是很小的反偏甚至轉(zhuǎn)為正偏，但GMOS管上所加電壓仍是G型2區(qū)為正G型1區(qū)為負，自由電子仍能從電位低的G型1區(qū)向電位高的G型2區(qū)作定向移動，另一方面由于此時G型1區(qū)中的易脫價電子幾乎是傾其所有都被拉到了導(dǎo)帶中，即使UHG1繼續(xù)增大也無法再提供更多的自由電子，這就使得移進H型區(qū)的自由電子數(shù)量幾乎是個最大值，這樣GMOS管的正向電流也就只能恒定為某一固定值而無法再隨UHG1的增大而增大了，所以GMOS管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)。

②當HMOS管的UH2G＜2V時，對于H1G結(jié)來說，由于電壓UGH1較大，H型1區(qū)中又存在大量的易脫價電子，所以H型1區(qū)中大量的自由電子可以從電位低的H型1區(qū)移向電位高的G型區(qū)，故H1G結(jié)中有很大的電流通過；而對于H2G結(jié)來說，雖然G型區(qū)中己經(jīng)移進了大量的自由電子，但由于電壓UH2G太小在G極與G＋型區(qū)這兩塊極板之間形成的電場力還移動不了G型區(qū)中的自由電子，故H2G結(jié)中沒有電流通過。此時從整個HMOS管來看，兩個HG結(jié)中H1G結(jié)導(dǎo)通H2G結(jié)截止，自由電子無法從H型1區(qū)移動到H型2區(qū)，所以HMOS管處于截止狀態(tài)。

當HMOS管的UH2G≥2V時，對于H1G結(jié)來說，由于電壓UGH1較大，H型1區(qū)中又存在大量的易脫價電子，所以H型1區(qū)中大量的自由電子可以前赴后繼地從電位低的H型1區(qū)移向電位高的G型區(qū)，故H1G結(jié)中有很大的電流通過；而對于H2G結(jié)來說，由于G型區(qū)中己經(jīng)移進了大量的自由電子，電壓UH2G在G極與G＋型區(qū)這兩塊極板之間形成的電場力又已具備了移動G型區(qū)中自由電子的能力，所以G型區(qū)中大量的自由電子可以前赴后繼地從電位低的G型區(qū)移向電位高的H型2區(qū)，故H2G結(jié)中也有較大的電流通過。此時從整個HMOS管來看，兩個HG結(jié)中H1G結(jié)和H2G結(jié)全都導(dǎo)通，大量的自由電子是前赴后繼地從電位低的H型1區(qū)移向電位高的G型區(qū)、移進G型區(qū)中的自由電子又前赴后繼地從電位低的G型區(qū)移向電位高的H型2區(qū)，故HMOS管處于導(dǎo)通狀態(tài)。在HMOS管導(dǎo)通期間，由于電壓UH2G越大，在G極與G＋型區(qū)這兩塊極板之間形成的電場力就越大，G型區(qū)中被移進H型2區(qū)的自由電子數(shù)量也就越多，則形成的電流也就越大，就整個HMOS管中的電流來看，電壓UH2G最終影響的其實是H1極電流的大小，即UH2G越大IH1越大、UH2G越小IH1越小，也就是說輸入電壓嚴格控制著導(dǎo)通電流的大小，所以此時的HMOS管處于受控導(dǎo)通狀態(tài)。

當HMOS管的UH2G增大到使UH2H1＜1.2V時，雖然此時的H1G結(jié)已是很小的反偏甚至轉(zhuǎn)為正偏，但HMOS管上所加電壓仍是H型2區(qū)為正H型1區(qū)為負，自由電子仍能從電位低的H型1區(qū)向電位高的H型2區(qū)作定向移動，另一方面由于此時H型1區(qū)中的易脫價電子幾乎是傾其所有都被拉到了導(dǎo)帶中，即使UH2G繼續(xù)增大也無法再提供更多的自由電子，這就使得移進G型區(qū)的自由電子數(shù)量幾乎是個最大值，這樣HMOS管的正向電流也就只能恒定為某一固定值而無法再隨UH2G的增大而增大了，所以HMOS管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)。

至于MOS管中出現(xiàn)電流即開始導(dǎo)通的電壓閾值問題，理論研究認為：一方面，雖然易脫價電子不受共價鍵的束縛，但仍然受到原子核的束縛，所以只有電場力大于原子核的吸引力時，易脫價電子才能掙脫原子核的束縛而成為自由電子；另一方面，電場力把易脫價電子拉入原子空隙中成為自由電子后，如果強度已無力再去推動自由電子作定向移動，那么自由電子就只能作無規(guī)律的自由運動，因此只有更高強度的電場力才能使自由電子產(chǎn)生定向移動；第三方面，也是最重要的一個方面，由于GMOS管上由H＋型區(qū)（和G1極連接在一起）與H極構(gòu)成的電容器極板是互相垂直的、HMOS管上由G＋型區(qū)（和H2極連接在一起）與G極構(gòu)成的電容器極板也是互相垂直的，因此施加在MOS管中的電場都是邊緣電場，如圖20中的弧形箭頭所示，換句話說就是，同等大小的電壓在MOS管中形成的電場強度比在GHG管或HGH管中形成的電場強度要小很多很多，由此可知，要使MOS管中易脫價電子掙脫原子核的束縛成為自由電子并產(chǎn)生定向移動，必須施加更大的UHG1或UH2G，才能使電場力強度達到足夠大，實踐證明，使MOS管中易脫價電子掙脫原子核的束縛成為自由電子并產(chǎn)生定向移動的電壓閾值為2V。

對于三極管，這里有必要強調(diào)：

GHG管的G1極與G2極不可對調(diào)使用、HGH管的H1極與H2極也不可對調(diào)使用！這主要是因為：GHG管的G型1區(qū)摻雜濃度遠高于G型2區(qū)的摻雜濃度，HGH管的H型1區(qū)摻雜濃度遠高于H型2區(qū)的摻雜濃度，當G1極與G2極對調(diào)后或者H1極與H2極對調(diào)后，將使這兩種三極管中可供移動的自由電子數(shù)量都大為減少，從而導(dǎo)致輸入電壓對導(dǎo)通電流的控制作用大大減小。同樣，GMOS管的G1極與G2極不可對調(diào)使用、HMOS管的H1極與H2極也不可對調(diào)使用！這主要是因為：GMOS管的G型2區(qū)與H型區(qū)實際等效于一只二極管，HMOS管的H型1區(qū)與G型區(qū)實際也等效于一只二極管，當G1極與G2極對調(diào)后或者H1極與H2極對調(diào)后，該等效二極管便處于正向偏置狀態(tài)，故將有極大的導(dǎo)通電流通過，極有可能燒穿MOS管，即使不燒穿MOS管，也會把UG2G1或者UH2H1鉗制成極低的電壓而使MOS管失去輸入電壓對導(dǎo)通電流的控制能力。

3.3 雪崩管

3.3.1 雪崩管的結(jié)構(gòu)

先把硅本征半導(dǎo)體按照“G型1區(qū)‐H型1區(qū)‐G型2區(qū)‐H型2區(qū)”的規(guī)律摻雜成四層結(jié)構(gòu)的摻雜半導(dǎo)體，再分別從G型1區(qū)、H型1區(qū)和H型2區(qū)各引出一個電極（分立元件還需進行封裝），這樣就制造出了一只四區(qū)域半導(dǎo)體器件。

四區(qū)域半導(dǎo)體器件以前被人們稱為單向可控硅，后來又改稱為單向晶閘管，由于四區(qū)域半導(dǎo)體器件的工作原理與雪山上雪崩的機理極為相似，所以我們倡議把四區(qū)域半導(dǎo)體器件直接簡稱為單向雪崩管。

單向雪崩管的結(jié)構(gòu)示意圖和電路符號如圖21所示。

圖21 單向雪崩管的結(jié)構(gòu)示意圖和電路符號

先把硅本征半導(dǎo)體按照“G型1區(qū)‐H型2區(qū)‐G型2區(qū)”的規(guī)律摻雜成三層結(jié)構(gòu)的摻雜半導(dǎo)體，再把G型1區(qū)上右邊的一部分摻雜成H型1區(qū)、G型2區(qū)上左邊的一部分摻雜成H型3區(qū)，然后分別在H型2區(qū)表面、H型1區(qū)連同G型1區(qū)表面、H型3區(qū)連同G型2區(qū)表面各覆蓋一層金屬并從這三塊金屬涂層上各引出一個電極（分立元件還需進行封裝），這樣就制造出了一只五區(qū)域半導(dǎo)體器件。

五區(qū)域半導(dǎo)體器件以前被人們稱為雙向可控硅，后來又改稱為雙向晶閘管，由于五區(qū)域半導(dǎo)體器件的工作原理也與雪山上雪崩的機理極為相似，所以我們倡議把五區(qū)域半導(dǎo)體器件直接簡稱為雙向雪崩管。

雙向雪崩管的結(jié)構(gòu)示意圖和電路符號如圖22所示。

圖22 雙向雪崩管的結(jié)構(gòu)示意圖和電路符號

3.3.2 雪崩管的導(dǎo)電特性

對于雪崩管，我們在這里強調(diào)：

①雪崩管的導(dǎo)電特性除必須考慮導(dǎo)通和截止兩種工作狀態(tài)以及必須考慮導(dǎo)通與截止的條件分別是什么外，還必須考慮導(dǎo)通后如何關(guān)斷以及關(guān)斷的條件是什么。

②只有自由電子從G型1區(qū)移動進緊鄰的H型1區(qū)再移動進緊鄰的G型2區(qū)再移動進緊鄰的H型2區(qū)時，我們才能認為單向雪崩管是處于導(dǎo)通狀態(tài)的，否則就認為單向雪崩管是處于截止狀態(tài)的；只有自由電子從G型1區(qū)移動進緊鄰的H型2區(qū)再移動進緊鄰的G型2區(qū)再移動進緊鄰的H型3區(qū)時、或者自由電子從G型2區(qū)移動進緊鄰的H型2區(qū)再移動進緊鄰的G型1區(qū)再移動進緊鄰的H型1區(qū)時，我們才能認為雙向雪崩管是處于導(dǎo)通狀態(tài)的，否則就認為雙向雪崩管是處于截止狀態(tài)的。

③單向雪崩管只有在T2極和T1極之間加上T2極為正T1極為負的直流電壓且H極和T1極之間加上H極為正T1極為負的直流電壓時，自由電子才可能從電位低的G型1區(qū)向電位高的H型2區(qū)作定向移動；雙向雪崩管只有在T2極和T1極之間加上T2極為正T1極為負的直流電壓且H極和T1極之間加上H極為正T1極為負的直流電壓時，自由電子才可能從電位低的G型1區(qū)向電位高的H型3區(qū)作定向移動、或者只有在T1極和T2極之間加上T1極為正T2極為負的直流電壓且H極和T2極之間加上H極為正T2極為負的直流電壓時，自由電子才可能從電位低的G型2區(qū)向電位高的H型1區(qū)作定向移動。

現(xiàn)在我們通過圖23所示的實驗電路來探尋單向雪崩管的導(dǎo)電特性。

圖23 探尋單向雪崩管導(dǎo)電特性的實驗電路

我們按圖23所示把單向雪崩管的T2極和T1極之間加上T2極為正T1極為負的直流電壓UT2T1、H極和T1極之間加上H極為正T1極為負的直流電壓UHT1，從實驗中得知：①當UHT1＜0.5V時，單向雪崩管中沒有電流通過，此時單向雪崩管處于截止狀態(tài)。②當UHT1≥0.5V時，單向雪崩管中有正向電流通過，此時單向雪崩管處于導(dǎo)通狀態(tài)。③單向雪崩管導(dǎo)通期間，無論UHT1怎樣變化，單向雪崩管中的正向電流都保持某一恒定值不變，更無法使正向電流為0；改變UT2T1，單向雪崩管中的正向電流則會隨UT2T1的變化而變化；UT2T1減小到使正向電流為0時，單向雪崩管關(guān)斷；單向雪崩管關(guān)斷后，無論UT2T1怎樣變化，都無法使單向雪崩管再次導(dǎo)通，但若再次加上≥0.5V的UHT1，卻能使單向雪崩管再次導(dǎo)通。

接下來我們再通過圖24（a）和圖24（b）所示的實驗電路來探尋雙向雪崩管的導(dǎo)電特性。

我們先按圖24（a）所示把雙向雪崩管的T2極和T1極之間加上T2極為正T1極為負的直流電壓UT2T1、H極和T1極之間加上H極為正T1極為負的直流電壓UHT1，從實驗中得知：①當UHT1＜0.5V時，雙向雪崩管中沒有電流通過，此時雙向雪崩管處于截止狀態(tài)。②當UHT1≥0.5V時，雙向雪崩管中有正向電流通過，此時雙向雪崩管處于導(dǎo)通狀態(tài)。③雙向雪崩管導(dǎo)通期間，無論UHT1怎樣變化，雙向雪崩管中的正向電流都保持某一恒定值不變，更無法使正向電流為0；改變UT2T1，雙向雪崩管中的正向電流則會隨UT2T1的變化而變化；UT2T1減小到使正向電流為0時，雙向雪崩管關(guān)斷；雙向雪崩管關(guān)斷后，無論UT2T1怎樣變化，都無法使雙向雪崩管再次導(dǎo)通，但若再次加上≥0.5V的UHT1，卻能使雙向雪崩管再次導(dǎo)通。

圖24 探尋雙向雪崩管導(dǎo)電特性的實驗電路

我們再按圖24（b）所示把雙向雪崩管的T1極和T2極之間加上T1極為正T2極為負的直流電壓UT2T1、H極和T2極之間加上H極為正T2極為負的直流電壓UT2H，從實驗中得知：①當UT2H＜－0.5V時，雙向雪崩管中沒有電流通過，此時雙向雪崩管處于截止狀態(tài)。②當UT2H≥－0.5V時，雙向雪崩管中有反向電流通過，此時雙向雪崩管處于導(dǎo)通狀態(tài)。③雙向雪崩管導(dǎo)通期間，無論UT2H怎樣變化，雙向雪崩管中的反向電流都保持某一恒定值不變，更無法使反向電流為0；改變UT2T1，雙向雪崩管中的反向電流則會隨UT2T1的變化而變化；UT2T1減小到使反向電流為0時，雙向雪崩管關(guān)斷；雙向雪崩管關(guān)斷后，無論UT2T1怎樣變化，都無法使雙向雪崩管再次導(dǎo)通，但若再次加上≥－0.5V的UT2H，卻能使雙向雪崩管再次導(dǎo)通。

換用不同額定電流的雪崩管重復(fù)上述實驗，我們總結(jié)出的雪崩管的導(dǎo)電特性是：

①雪崩管有兩種工作狀態(tài)——截止狀態(tài)和導(dǎo)通狀態(tài)，工作于截止狀態(tài)和導(dǎo)通狀態(tài)所需的外部條件如表6所示。

表6 雪崩管各種工作狀態(tài)所需的外部條件

②當UHT1＜0.5V時，單向雪崩管處于截止狀態(tài)；當UHT1≥0.5V時，單向雪崩管會被觸發(fā)導(dǎo)通；單向雪崩管導(dǎo)通期間，正向電流不受UHT1控制而只隨UT2T1的變化而變化；UT2T1減小到使正向電流為0時，單向雪崩管才能被關(guān)斷。

③雙向雪崩管的T2極和T1極間加正電壓UT2T1時，H極上加正電壓UHT1可使雙向雪崩管正向?qū)ǎ籘2極和T1極間加負電壓UT1T2時，H極上加負電壓UHT2可使雙向雪崩管反向?qū)ā?/strong>