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1、,模拟电子技术基础,负反馈放大器 5,集成运算放大电路 8,基本放大电路 (三极管、场效应管 ）22,半导体器件 5,集成运算放大器应用 2,复习 3,内容安排,特别提醒,本课程5学分 成绩 考试80分 平时20分 1、本周四确定座位表,以后每位同学按自己的座位入坐,若座位无人按缺席处理,缺席一次平时成绩扣一分，缺席过多按校规处理。如有重课请尽早到学院办理重课单。 2、每周一交作业本，缺交或所做的作业量小于应做作业量的50%的、有明显作业抄袭的则平时成绩每次扣一分。 3、每周四课后答疑。,绪论,一 主要内容1电子器件 二极管 器件的特性、 管子 晶体管 参数、等效电路 场效应管 （熟悉） 差分
2、对管 组件 集成电路,绪论,2 、 电子电路 晶体管放大器 电路组成， 放大电路 场效应管放大器 工作原理， 集成运算放大器 性能特性， 功率放大器 基本分析方法 负反馈在放大电路中的应用 工程计算方法 放大器的频率响应,绪论,二 电子电路的应用 自动控制 计算机 通信 文化娱乐 医疗仪器 家用电器 三 要求 了解器件的内部工作原理 掌握器件的应用特性（外特性） 掌握各单元电路的工作原理及分析方法 掌握实际技能及各种测试方法,四 学习方法 1 合理近似 例：I=20 /（1+0.9） =10.5 mA 若把 1K / 10K =1K 则 I=20/2K=10 mA 仅差5% 而采用一般电阻元件
3、其误差有10% 即1K的元件可能是1.1K或900 2 重视实验环节 坚持理论联系实际,绪论,+ 20v -,1K,1k,10k,0.9k,绪论,五 参考书 模拟电子技术基础教程 浙大 邓汉馨 模拟电子技术基础 清华 童诗白 电子技术基础 西安电子科大 孙肖子 模拟电子技术 北京理工 王远 模拟电子线路(I) 谢源清,return,第一章,1.1 PN结及晶体二极管,总结,1.2 晶体三极管,半导体器件,半导体基础知识,结型场效应管(JFET),1.3 场效应管,金属-氧化物-半导体场效应管 （MOSFET）,return,半导体器件,第一章,半导体基础知识,自然界中物质按其导电能力可分为,导
4、体 : 很容易传导电流的物质 （铜 铅） 绝缘体: 几乎不能传导电流 (橡皮 陶瓷 石英 塑料) 半导体: 导电能力介于导体与绝缘体之间 (硅 锗),(本征 杂质),(都是4阶元素 ),第一章,半导体物理基础知识,一 本征半导体: - 纯净的半导体,共价键 在本征半导体晶体中，原子有序排列构成空间点阵（晶格），外层电子为相邻原子共有，形成 共价键,在绝对零度(-273.16)时晶体中没有自由电子, 所有价电子都被束缚在共价键中. 所以 半导体不能导电,价电子,共价键,半导体器件,第一章,半导体物理基础知识,电子空穴对,当T 或光线照射下,少数价电子因热激发而获得 足够的能量挣脱共价键的束缚 ,
5、成为自由电子. 同时在原来的共价键中留下一个空位称 空穴,本征半导体在热或光照射作用下, 产生电子空穴对-本征激发,T光照电子-空穴对导电能力 所以 半导体的导电能力 与 T，光照 有关,在本征半导体中电子和空穴是成对出现的,半导体器件,本征半导体 (纯净半导体),Si,Ge,第一章,半导体物理基础知识,电子电流 电子在电场作用下 移动产生的电流 x3 x2 x1,空穴电流 空穴移动产生的电流 x1 x2 x3,激发,束缚电子获能量成为自由电子 和空穴,自由电子浓度=空穴浓度,电子和空穴称为载流子,半导体器件,第一章,半导体物理基础知识,复合,运动中的自由电子如果“跳进” 空穴.重新被共价键束
6、缚起来, 电子空穴对消失 称复合,复合在一定温度下, 使半导体中载流子浓度一定,半导体器件,晶体结构,电子、空穴两种载流子成对出现； 常温下载流子数量少，导电性差； 受外界影响大。,电子,空穴,第一章,半导体物理基础知识,二 杂质半导体- 在本征半导体中掺入微量的杂 质使其导电能力产生明显变化,N型半导体- 掺入微量的五价元素(磷 砷 锑) 由于杂质原子提供自由电子-称 施主原子,N型杂质半导体中电子浓度比同一温度下 本征半导体的电子浓度大得多 所以 加深了导电能力,多子电子 少子空穴,半导体器件,第一章,半导体物理基础知识,P型半导体 掺入微量的三价元素（硼 铝）,由于杂质原子吸收电子受主原
7、子,多子空穴 少子电子,杂质半导体中 多子浓度由掺杂浓度决定 少子浓度由温度决定,P型杂质半导体中空穴浓度比同一温度下本征半导体的空穴浓度大得多所以 加深了导电能力,半导体器件,return,杂质半导体,掺入五价元素,掺入三价元素,1.1 PN结及二极管,在一块硅片上，用不同的掺杂工艺。使其 一边形成N型半导体。另一边形成P型 半导体 则在其交界面附近形成了PN结。,一 PN结的形成,1.空间电荷区 P型 N型半导体 结合在一起时， 由于交界面两测多子与少子 浓度不同 引起 扩散运动 （浓度差引起）,PN结,P型,N型,浓度差,电场作用,内电场,1.1 PN结及二极管,所以 在交 面附近形成了
8、 不能移动的带 电离子组成的 空间电荷区,P区空穴 N区与电子复合 在N区留下带正电荷的离子,N区电子 P型与空穴结合 在P区留下带负电荷的离子,空间电荷区形 成一个由N指向 P的电场 内电场,平衡后的PN结,1.1 PN结及二极管,扩散使空间电荷区加宽。内电场加深， 而内电场阻止扩散进行,漂移运动 （内电场引起）,促使P区电子N N区空穴P,引起,内电场增加，扩散减弱，漂移增加。 最后 漂移 = 扩散,动态平衡,通过PN结之间电流为零,1.1 PN结及二极管,2. 对称结与不对称结, 空间电荷区中没有载流子 又称耗尽层, 当N与P区杂 质浓度相同时， 耗尽层在两个区内的宽度也相等 对称结 否
9、则杂质浓度较高的一侧耗尽层宽度 小于低的一侧不对称结,P+N结,PN结, 耗尽层中正 负电荷量相等,图 1-8 不对称PN结,1.1 PN结及二极管,二 PN结的特征单向导电性,1.正向特征又称PN结正向偏置,外电场作用下多子推向耗尽层，使耗尽层变窄，内电场削弱 扩散 漂移 从而在外电路中出现了一个较大的电流 称 正向电流,Vb,V,1.1 PN结及二极管,在正常工作范围内，PN结上外加电压 只要有变化，就能引起电流的显著变化。 I 随 V 急剧上升，PN结为一个很 小的电阻（正向电阻小）,在外电场的作用下，PN结的平衡状态 被打破，使P区中的空穴和N区中的电子 都向PN结移动，使耗尽层变窄,
10、1.1 PN结及二极管,1.PN结的反向特性 外电场使耗尽层变宽 使 漂移（少子） 扩散（多子）,回路中的反向 电流 I非常微弱 一般Si 为nA 级 Ge 为uA 级 又少子是本征激发产生,管子制成后其数值与温度有关 T I,1.1 PN结及二极管,反向电流不仅很小，而且当外加电压 超过零点几伏后， 少子供应有限， 它基本不随外加电压的增加而增加。 称为反向饱和电流,反偏时电压变化很大，而电流增加极微, PN结等效为一大电阻（反向电阻大） PN结这种只允许一个方向电流顺利 通过的特性 单向导电性,2020/9/30,PN结两端加电压,P接“+” N接“-”,P接“-” N接“+”,E,单向导
11、电性,PN结,1.1 PN结及二极管,3.PN结伏安特性表示式,Is 反向饱和电流 决定于PN结的材料，制造工艺、温度,UT =kT/q - 温度的电压当量或热电压 当 T=300K时, UT = 26mV,K波耳兹曼常数 T绝对温度 q电子电荷 u外加电压 U 为反向时，且,1.1 PN结及二极管,U正偏时, VVT I=IseU/UT,实际特性在I较大时与指数特性有一定差异 在上面讨论忽略了引出线 的接触电阻，P区N区的体电 阻及表面漏电流影响,导通电压- 正向电流有明显数 值时所对应的电压, 正向电压较小时,不足影响内电场,载流子扩散运动尚未明显增加 正向电流0,I,Ge,Si,导通电压
12、 死区电压 阀植电压,U,Ge 0.2-0.3V 0.2V Si 0.6-0.8V 0.7V,1.1 PN结及二极管,三 温度对伏安特性影响,T正向特性左移反向 电流明显增大，T 每升 高10摄氏度 Is增加一倍,V(BR),I,U,T,T,当T到一定程度时， 由本征激发产生的少子浓度超过原来杂质 电离产生的多子浓度，杂质半导体 与本征半导体一样，PN结不再存在,关系式:,IS1,IS2,当PN结处于反向偏置时,在一定范围内的反 向电压作用下,流过PN结的电流是很小的反向 饱和电流,但当反向电压超过某一数值后,反 向电流会急剧增加 称 PN结的击穿 把反向电流开始明显增大时所对应 的反向电压
13、称 击穿电压 V(BR),1.1 PN结及二极管, 为保证PN结正常工作。它的工作温度不能 太高，温度的限制与掺杂浓度有关，掺杂越 大，最高工作温度越高,三 PN结的击穿,1.1 PN结及二极管,雪崩击穿轻掺杂 掺杂越低 击穿电压越大,PN结一旦击穿后,可认为反向电压 几乎不变 近似为V(BR),击穿,齐纳击穿重掺杂 掺杂越高 击穿电压越低,V(BR)7V以上 击穿 (Si),V(BR)5V以下 击穿 (Si),只要限制击穿时的电流，击穿并不损坏PN结,击穿会损坏PN结,1.1 PN结及二极管,四 PN结电容,势垒电容 - 由PN结反向偏置时引起 外加反向电压,结电容可通过外加反向 偏压来控制
14、，利用这一 特 性可制成 变容二极管,扩散电容 -由PN结正向偏置时引起 外加正向电压,正向PN结的结电容以扩散电容为主,PN结 的结 电容 是两 者之 和,1.1 PN结及二极管,晶体二极管是由PN结加上电极引线和管 壳构成的，其结构示意图和电路符号分别如下,P N,+ ,结构示意图,电路符号,特性：单向导电性,五 二极管特性曲线,正向：当电压加到UD(ON)以上，才有明显 正向电流。 UD(ON)称死区（导通）电压,反向：电流很小 击穿与温度特性同PN结,1.1 PN结及二极管,六 二极管的主要参数,1.（静态）直流电阻,Q 二极管的工作点,UD二极管二端电压 反偏时符号为UDR,ID流过
15、二极管电流,2.（动态）交流电阻, U/ I,rD,室温下,T=300K, UD,ID ,Q,i,u,i,u,1.1 PN结及二极管,二极管交直流电阻都与工作点有关 且同一点的交、直流电阻也不相同,rD 正向约为几-几十 反向几十K-几M 正反向电阻相差越大 单向导电性越好,可见 二极管的交、直流电阻是两个不同 的概念,且等效电阻与电压、电流 之间的关系是非线性的,3.最大整流电流IF 允许流过的最大正向平均电流 应用时不能超过此值,1.1 PN结及二极管,4.最大反向工作电压URM,允许加的最大反向电压，超过此值容易 反向击穿 应用时取URM的一半,5.反向电流 IR,二极管反向击穿前的电流 越小越好 IR 与温度有关,6.最高工作频率fH,决定于Cj 工作频率高时因Cj的作用 二极管单向导电性变坏,1.1 PN结及二极管,七 二极管模型 (等效电路),理想时,正向偏置时 管压降为零 V=0 (短路) 反向偏置时 管电流为零 I=0 (开路),非理想时,有UD(ON) ,I (很小),1.2晶体三极管,把两个PN结做在一起,这两个互有影响的PN结构成的半导体器件 称 晶体管 它有三个引出电极习惯又称 晶体
