电子技术应用——模拟电子技术基础综述

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1、第一章 常用半导体器件 赣南师范学院物电学院电工电子教研室模拟电路多媒体课件 物理与电子信息学院 电工电子教研 主讲人：曾祥华 E-mail :gnsyzxh 多媒体教学课件 模拟电子技术基础 Fundamentals of Analog Electronics 第一章 常用半导体器件 赣南师范学院物电学院电工电子教研室模拟电路多媒体课件 1. 本课程的性质 是一门技术基础课 2. 特点 非纯理论性课程 实践性很强 以工程实践的观点来处理电路中的一些问题 3. 研究内容 以器件为基础、以信号为主线，研究各种模拟电子电路的工作原 理、特点及性能指标等。 4. 教学目标 能够对一般性的、常用的电子

2、电路进行分析，同时对较简单的单 元电路进行设计。 绪 论 第一章 常用半导体器件 赣南师范学院物电学院电工电子教研室模拟电路多媒体课件 5. 学习方法 重点掌握基本概念、基本电路的分析、计算及设计方法。 6. 成绩评定标准 理论：作业 10 % 中考 10 % 考勤、提问 、课外读书论文 10 % 期终考试 70 % 7. 教学参考书 康华光主编，电子技术基础 模拟部分 第三版，高教出版社 童诗白主编，模拟电子技术基础 第二版，高教出版社 陈大钦主编，模拟电子技术基础问答：例题 试题，华工出版社 前 言 第一章 常用半导体器件 赣南师范学院物电学院电工电子教研室模拟电路多媒体课件 课外阅读教材

3、： 1.谢自美 电子线路设计.实验.测试 华中理工大学出版社。 2.毕满清 电子技术实验与课程设计 机械工业出版社。 3.高伟涛 Pspice8.0电路设计实例精粹 国防工业出版社 。 4.李东生 Protel99SE电路设计技术入门 电子工业出版社。 5.刘君华 虚拟仪器图形化编程语言 西安电子科技大学出版社 。 6.张易知 虚拟仪器的设计与实现 西安电子科技大学出版社 。 第 三 版 童 诗 白 目录 1 常用半导体器件 2 基本放大电路 3 多级放大电路 4 集成运算放大电路 5 放大电路的频率响应 6 放大电路中的反馈 7 信号的运算和处理 8 波形的发生和信号的转换 9 功率放大电路

4、 10 直流稳压电源 第 三 版 童 诗 白 第一章 常用半导体器件 1.1 半导体基础知识 1.2 半导体二极管 1.3 双极型晶体管 1.4 场效应管 1.5 单结晶体管和晶闸管 1.6集成电路中的元件 第 三 版 童 诗 白 本章重点和考点： 1.二极管的单向导电性、稳压管的原理。 2.三极管的电流放大原理， 如何判断三极管的管型 、管脚和管材。 3.场效应管的分类、工作原理和特性曲线 。 本章教学时数： 8学时 第 三 版 童 诗 白 本章讨论的问题： 2.空穴是一种载流子吗？空穴导电时电子运动吗 ？ 3.什么是N型半导体？什么是P型半导体？ 当二种半导体制作在一起时会产生什么现象？

5、4.PN结上所加端电压与电流符合欧姆定律吗？它为什么具 有单向性？在PN结中另反向电压时真的没有电流吗？ 5.晶体管是通过什么方式来控制集电极电流的？场效 应管是通过什么方式来控制漏极电流的？为什么它 们都可以用于放大？ 1.为什么采用半导体材料制作电子器件？ 第一章 常用半导体器件 赣南师范学院物电学院电工电子教研室模拟电路多媒体课件 1.1 半导体的基础知识 1.1.1 本征半导体 纯净的具有晶体结构的半导体 导导体：自然界中很容易导电导电 的物质质称为为导导体，金属 一般都是导导体。 绝缘绝缘 体：有的物质质几乎不导电导电 ，称为为绝缘绝缘 体，如橡 皮、陶瓷、塑料和石英。 半导导体：另

6、有一类类物质质的导电导电 特性处处于导导体和绝缘绝缘 体之间间，称为为半导导体，如锗锗、硅、砷化镓镓 和一些硫化物、氧化物等。 一、导体、半导体和绝缘体 PNJunction 第一章 常用半导体器件 赣南师范学院物电学院电工电子教研室模拟电路多媒体课件 半导导体的导电导电 机理不同于其它物质质，所以 它具有不同于其它物质质的特点。例如： 当受外界热热和光的作用时时， 它的导电导电 能力明显变显变 化。 往纯净纯净 的半导导体中掺掺入某些杂质杂质 ，会使它的导电导电 能力明显显改变变。 光敏器件 二极管 第一章 常用半导体器件 赣南师范学院物电学院电工电子教研室模拟电路多媒体课件 +4 +4 +

7、4+4+4 +4 +4 +4 +4 完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导体 称为本征半导体 将硅或锗材料提 纯便形成单晶体 ，它的原子结构 为共价键结构。 价 电 子 共 价 键 图 1.1.1 本征半导体结构示意图 二、本征半导导体的晶体结结构 当温度 T = 0 K 时，半导 体不导电，如同绝缘体 。 第一章 常用半导体器件 赣南师范学院物电学院电工电子教研室模拟电路多媒体课件 +4 +4 +4 +4+4 +4+4+4 +4 图 1.1.2 本征半导体中的 自由电子和空穴 自由电子空穴 若 T ，将有少数价 电子克服共价键的束缚成 为自由电子，在原来的共 价键中留下一个空位 空穴。

8、 T 自由电子和空穴使本 征半导体具有导电能力， 但很微弱。 空穴可看成带正电的 载流子。 三、本征半导导体中的两种载流子 （动画1-1） （动画1-2 ） 第一章 常用半导体器件 赣南师范学院物电学院电工电子教研室模拟电路多媒体课件 四、本征半导导体中载流子的浓度 在一定温度下本征半导导体中载流子的浓度是一定的， 并且自由电子与空穴的浓度相等。 本征半导导体中载流子的浓度公式： T=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度: n = p =1.431010/cm3 本征锗的电子和空穴浓度: n = p =2.381013/cm3 ni= pi= K1T3/2 e -EGO/(2KT) 本征激

9、发 复合 动态平衡 第一章 常用半导体器件 赣南师范学院物电学院电工电子教研室模拟电路多媒体课件 1. 半导体中两种载流子 带负电的自由电子 带正电的空穴 2. 本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现， 称为 电子 - 空穴对。 3. 本征半导体中自由电子和空穴的浓度用 ni 和 pi 表示，显然 ni = pi 。 4. 由于物质的运动，自由电子和空穴不断的产生又 不断的复合。在一定的温度下，产生与复合运动 会达到平衡，载流子的浓度就一定了。 5. 载流子的浓度与温度密切相关，它随着温度的升 高，基本按指数规律增加。 小结 第一章 常用半导体器件 赣南师范学院物电学院电工电子教研室模拟电路

10、多媒体课件 1.1.2 杂质半导体 杂质半导体有两种 N 型半导体 P 型半导体 一、 N 型半导体(Negative) 在硅或锗的晶体中掺入少量的 5 价杂质元素，如 磷、锑、砷等，即构成 N 型半导体(或称电子型 半导体)。 常用的 5 价杂质元素有磷、锑、砷等。 第一章 常用半导体器件 赣南师范学院物电学院电工电子教研室模拟电路多媒体课件 本征半导体掺入 5 价元素后，原来晶体中的某些 硅原子将被杂质原子代替。杂质原子最外层有 5 个价 电子，其中 4 个与硅构成共价键，多余一个电子只受 自身原子核吸引，在室温下即可成为自由电子。 自由电子浓度远大于空穴的浓度，即 n p 。 电子称为多

11、数载流子(简称多子)， 空穴称为少数载流子(简称少子)。 5 价杂质原子称为施主原子。 第一章 常用半导体器件 赣南师范学院物电学院电工电子教研室模拟电路多媒体课件 +4 +4 +4 +4+4 +4+4+4 +4+5 自由电子 施主原子 图 1.1.3 N 型半导体 第一章 常用半导体器件 赣南师范学院物电学院电工电子教研室模拟电路多媒体课件 二、 P 型半导体 +4 +4 +4 +4+4 +4+4+4 +4 在硅或锗的晶体中掺入少量的 3 价杂质元素，如 硼、镓、铟等，即构成 P 型半导体。 +3 空穴浓度多于电子 浓度，即 p n。空穴 为多数载流子，电子为 少数载流子。 3 价杂质原子称

12、为受 主原子。 受主 原子 空穴 图 1.1.4 P 型半导体 第一章 常用半导体器件 赣南师范学院物电学院电工电子教研室模拟电路多媒体课件 说明： 1. 掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度；温度决 定少数载流子的浓度。 3. 杂质半导体总体上保持电中性。 4. 杂质半导体的表示方法如下图所示。 2. 杂质半导体载流子的数目要远远高于本征半导 体，因而其导电能力大大改善。 (a)N 型半导体 (b) P 型半导体 图 杂质半导体的的简化表示法 第一章 常用半导体器件 赣南师范学院物电学院电工电子教研室模拟电路多媒体课件 在一块半导体单晶上一侧掺杂成为 P 型半导体，另 一侧掺杂成为 N 型半导体

13、，两个区域的交界处就形成了 一个特殊的薄层，称为 PN 结。 P NPN结 图 PN 结的形成 一、PN 结的形成 1.1.3 PN结 第一章 常用半导体器件 赣南师范学院物电学院电工电子教研室模拟电路多媒体课件 PN 结中载流子的运动 耗尽层 空间电荷区 P N 1. 扩散运动 2. 扩散运动 形成空间电荷区 电子和空穴 浓度差形成多数 载流子的扩散运 动。 PN 结，耗 尽层。 P N （动画1-3） 第一章 常用半导体器件 赣南师范学院物电学院电工电子教研室模拟电路多媒体课件 3. 空间电荷区产生内电场 P N 空间电荷区 内电场 Uho 空间电荷区正负离子之间电位差 Uho 电位壁垒

14、； 内电场；内电场阻止多子的扩散 阻挡层。 4. 漂移运动 内电场有利 于少子运动漂 移。 少子的运动 与多子运动方向 相反 阻挡层 第一章 常用半导体器件 赣南师范学院物电学院电工电子教研室模拟电路多媒体课件 5. 扩散与漂移的动态平衡 扩散运动使空间电荷区增大，扩散电流逐渐减小； 随着内电场的增强，漂移运动逐渐增加； 当扩散电流与漂移电流相等时，PN 结总的电流等 于零，空间电荷区的宽度达到稳定。 对称结 即扩散运动与漂移运动达到动态平衡。 P N 不对称结 第一章 常用半导体器件 赣南师范学院物电学院电工电子教研室模拟电路多媒体课件 二、二、 PN PN 结的单向导电性结的单向导电性 1

15、. PNPN结结 外加正向电压时处于导通状态 又称正向偏置，简称正偏。 外电场方向 内电场方向 耗尽层 V R I 空间电荷区变窄，有利 于扩散运动，电路中有 较大的正向电流。 图 1.1.6 P N 什么是PN结的单向 导电性？ 有什么作用？ 第一章 常用半导体器件 赣南师范学院物电学院电工电子教研室模拟电路多媒体课件 在 PN 结加上一个很小的正向电压，即可得到较大的 正向电流，为防止电流过大，可接入电阻 R。 2. PN PN 结结外加反向电压时处于截止状态(反偏) 反向接法时，外电场与内电场的方向一致，增强了内 电场的作用； 外电场使空间电荷区变宽； 不利于扩散运动，有利于漂移运动，漂

16、移电流大于扩 散电流，电路中产生反向电流 I ； 由于少数载流子浓度很低，反向电流数值非常小。 第一章 常用半导体器件 赣南师范学院物电学院电工电子教研室模拟电路多媒体课件 耗尽层 图 1.1.7 PN 结加反相电压时截止 反向电流又称反向饱和电流。对温度十分敏感， 随着温度升高， IS 将急剧增大。 P N 外电场方向 内电场方向 VR IS 第一章 常用半导体器件 赣南师范学院物电学院电工电子教研室模拟电路多媒体课件 当 PN 结正向偏置时，回路中将产生一个较大的正 向电流， PN 结处于 导通状态； 当 PN 结反向偏置时，回路中反向电流非常小， 几乎等于零， PN 结处于截止状态。 （动画1-4） （动画1-5） 综上所述