模电1-常用半导体器件

《模电1-常用半导体器件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模电1-常用半导体器件（63页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、模拟电子技术前 进I. 电子技术发展史电子技术的出现和应用，使人类进入了高新技 术时代。电子技术诞生的历史虽短，但深入的领域 却是最深最广，它不仅是现代化社会的重要标志， 而且成为人类探索宇宙宏观世界和微观世界的物质 技术基础。电子技术是在通信技术发展的基础上诞 生的。随着新型电子材料的发现，电子器件发生了 深刻变革。自1906年第一支电子器件发明以来，世 界电子技术经历了电子管、晶体管和集成电路等重 要发展阶段。返 回前 进I. 电子技术发展史电子技术的出现和应用，使人类进入了高新技 术时代。电子技术诞生的历史虽短，但深入的领域 却是最深最广，它不仅是现代化社会的重要标志， 而且成为人类探索

2、宇宙宏观世界和微观世界的物质 技术基础。电子技术是在通信技术发展的基础上诞 生的。随着新型电子材料的发现，电子器件发生了 深刻变革。1906年第一支电子器件发明以来，世界 电子技术经历了电子管、晶体管和集成电路等重要 发展阶段。 电子器件是按照“电子管晶体管集成电路”的顺序，逐步发展起来的。 二. 电子器件的产生电 子 管 晶 体 管 集 成 电 路1. 真空电子管的发明： 真空二极管1904年（美）Fleming 真空三极管1906年（美）Leede Forest2.晶体管的产生 晶体管Transistor1947（美） Shockley、 Bardeen、Brattain集成电路IC(in

3、tegrate circuit)1959 （美 ） Kilby、Noyis二. 电子器件的产生3.集成电路的出现集成电路的出现，标志着人类进入了微电子时代 。 自电子器件出现至今，电子技术已经应用到了社会的各个领域。 II .电子技术的应用返 回前 进II .电子技术的应用1875年 （苏）1906年 （美）1925年（ 美、英）1946年 （美）1923年 （瑞）1902年 （美）1901年 （美）1934年 （俄）Internet 互联网1990年 （美）1992年 （中）VCD1983年 （美）1961年 （美）三.学习注意事项课程特点电路图多、内容分散、误差较大计算简单、实用性强学习方

4、法1.掌握电路的构成原则、记住几个典型电路; 注意电路变化引起的性能特点差异 2.及时总结及练习、与实验有机结合 3.要区别于其他学科，以工程近似的观点处理问题 本门课程是后续课程数字电子技术等的基础课，要学习好 电路原理（主要是含源电路欧姆定律、基尔霍夫电压电流定律 ）等前期知识；注意知识的循环渐进；将科学技术发展成就、以创新的观念融入学习理解之中， 以基本无器件、单元电路的学习理解新器件（集成电路、可编 程模拟器件）、新技术（开关电容技术）、新方法（EDA软件 Pspice或Multisim2001模拟仿真）。 模拟电子技术知识框架图 主要参考资料 1、模拟电子技术基础.华成英.高等 教育

5、出版社(第四版) 2、电子技术实验.石焕玉等编. 3、电子技术基础(模拟部分).康华光 主编. 高等教育出版社 4、模拟电子技术基础华成英(第四 版)习题解答（因网络不通，暂时没法放 在系网页上，需要者来复制） 返 回第一章 半导体器件 第二章 基本放大电路 第三章 放大电路的频率特性 第四章 集成运算放大器 第五章 负反馈放大器 第六章 信号运算电路 第七章 波形发生电路 第八章 功率放大电路 第九章 直流电源 前 进退 出第一章 常用半导体器件 半导体材料、由半导体构成的PN结、二极管结构特性、三极管结构特性及场效应管结构特性。 本章主要内容：返 回前 进1 .1 半导体（Semicond

6、uctor）基本知识 根据导电性质把物质分为导体、绝缘体、半导体三大类。而半导体又分为本征半导体、杂质（掺杂）半导体两种。1 .1 .1 本征半导体纯净的、不含杂质的半导体。常用的半导体材料有两种：硅（Si）、锗（Ge）。硅Si （锗Ge）的原子结构如下：这种结构的原子利用共价键构成了本征半导体结构。但在外界激励下，产生电子空穴对（本征激发） ，呈现导体的性质。这种稳定的结构使得本征半导体常温下不能导电，呈现绝缘体性质。但在外界激励下，产生电子空穴对（本征激发） ，呈现导体的性质。这种稳定的结构使得本征半导体常温下不能导电，呈现绝缘体性质。在外界激励下，产生电子空穴对（本征激发）。空穴也可移动

7、（邻近电子的依次填充）。在外界激励下，产生电子空穴对（本征激发）。空穴也可移动（邻近电子的依次填充）。在外界激励下，产生电子空穴对（本征激发）。空穴也可移动（邻近电子的依次填充）。半导体内部存在两种载流子（可导电的自由电荷）：电子（负电荷）、空穴（正电荷）。 在本征半导体中，本征激发产生了电子空穴对，同时存在电子空穴对的复合 。电子浓度 = 空穴浓度 ni = pi1 .1 .2 杂质半导体在本征半导体中掺入少量的其他特定元 素（称为杂质）而形成的半导体。根据掺入杂质的不同，杂质半导体又分 为N型半导体和P型半导体。常用的杂质材料有5价元素磷P和3价元素硼B。N型半导体内部存在大量的电子和少量

8、的空穴，电子属于多数载流子（简称多子），空穴属于少数载流 子（简称少子）。 n p N型半导体主要靠电子导电。一 . N型半导体（电子型半导体 ） 掺如非金属杂质磷 P的半导体。每掺入一个磷 原子就相当于向半导体内 部注入一个自由电子。 P型半导体内部存在大量的空穴和少量的电子，空穴属于多数载流子（简称多子），电子属于少数载流 子（简称少子）。 p nP型半导体主要靠空穴导电。二 . P型半导体（空穴型半导体 ） 掺如非金属杂质硼 B 的半导体。每掺入一个硼 原子就相当于向半导体内 部注入一个空穴。 杂质半导体导电性能主要由多数载流子决定，总体是电中性的，通常只画出其中的杂质离子和等量的多数载

9、流子。杂质半导体的简化表示法 1 .2 半导体二极管（Diode） 二极管的主要结构是PN结 。 1 .2 .1 PN结（ PN Junction ）将一块P型半导体和一块N型半导体有机结合在一起，其结合部就叫PN结（该区域具有特殊性质）。 一. PN结的形成 多子扩散（在PN结合 部形成内电场EI）。内电场阻碍多子扩 散、利于少子漂移 。 当扩散与漂移相对 平衡，形成PN结。 PN结别名：耗尽层 、势垒区、电位壁垒 、阻挡层、内电场、 空间电荷区等。 二. PN结性质单向导电性 1. 正向导通PN结外加正向电压（正向偏置）P接 +、N接 - ，形成较 大正向电流（正向电阻较小）。如3mA。2

10、. 反向截止 PN结外加反向电压（反向偏置）P接 -、N接 +，形成较 小反向电流（反向电阻较大）。如10A。 二. PN结性质单向导电性 正偏电压U=0.7V（Si管） 0.2V（Ge管当电压超过某个值（约零点几伏），全部少子参与导电，形成 “反向饱和电流IS”。 反偏电压最高可达几千伏。1 .2 .2 二极管用外壳将PN结封闭，引出2根极线，就构成了二极管 。 一二极管伏安特性正向电流较大（正向电阻 较小），反向电流较小（反向 电阻较大）。门限电压（死区电压） V(Si管约为0.5V、Ge管约为 0.1V)，反向击穿电压VBR（可 高达几千伏） 二极管电压电流方程： 二二极管主要参数1.

11、最大整流电流IF2. 最高反向工作电压UR3. 反向电流IR4. 最高工作频率fM由三块半导体构成，分为NPN型和PNP型两种。 三极管含有3极、 2结、3区。其中 发射区高掺杂，基区较薄且低掺 杂，集电区一般 掺杂。 1 .3 晶体三极管（Transistor） 1 .3 .1 三极管结构及符号 1 .3 三极管（Transistor） 1 .3 .2 三极管的三种接法（三种组态 ） 三极管在放大电路中有三种接法：共发射极、共基极、共集电极。 1 .3 三极管（Transistor） 1 .3 .3 三极管内部载流子传输 下面以共发射极NPN管为例分析三极管内部载流子的运动规律，从而得到三极

12、管的放大作用。为保证三极管具有放大作用（直流能量转换为交流能量），三极管电路中必须要有直流电源，并 且直流电源的接法必须保证三极管的发射结正偏、 集电结反偏 。1 .3 .3 三极管内部载流子传输 一.发射区向基区发射载流子(电子) IENIBN1 .3 .3 三极管内部载流子传输 一.发射区向基区发射载流子(电子) 二.电子在基区的疏运输运和复合 IBIEICBOICICNIBN1 .3 .3 三极管内部载流子传输 一.发射区向基区发射载流子(电子) 二.电子在基区的疏运输运和复合 三.集电区收集电子 1 .3 .4 三极管各极电流关系 一. 各极电流关系 IE = IEN + IBN IE

13、N IB = IBN ICBOIC = ICN + ICBOIE = IC + IB二. 电流控制作用=ICN / IBNIC / IBIC=IB + (1+ )ICBO =IB + ICEO IC=ICN / IENIC / IE IC= IE + ICBO IE1 .3 .5 共射NPN三极管伏安特性曲线 一. 输入特性曲线 IB = f ( UBE ，UCE )实际测试时如下进行： IB = f ( UBE )|UCEUCE 5V的特性曲线基本重合为一条，手册可给出该条曲线。1 .3 .5 共射NPN三极管伏安特性曲线 二. 输出特性曲线 IC = f ( IB ，UCE )实际测试时如

14、此进行：IC = f ( UCE )|IB1 .3 .5 共射NPN三极管伏安特性曲线 二. 输出特性曲线 IC = f ( IB ，UCE )实际测试时如下进行： IC = f ( UCE )|IB发射结正偏、集电结反 偏时，三极管工作在放大 区(处于放大状态)，有放 大作用：IC =IB + ICEO 两结均反偏时，三极管 工作在截至区(处于截止 状态) ，无放大作用。 IE=IC=ICEO0发射结正偏、集电结正 偏时，三极管工作在饱和 区(处于饱和状态) ，无 放大作用。IE=IC（较大） 1 .3 .6 三极管主要参数 一. 电流放大系数 1. 共发射极电流放大系数直流IC/IB 交流

15、IC/IB 均用表示 。 2. 共基极电流放大系数直流IC/IE 交流IC/IE 均用表示。二. 反向饱和电流 1.集电极基极间反向饱和电流ICBO 2.集电极发射极间穿透电流ICEO ICEO = (1+) ICBO=/(1) =/(1+)1 .3 .6 三极管主要参数 一. 电流放大系数 IC/IB IC/IE =/(1) =/(1+) 二. 反向饱和电流 ICBO ICEO ICEO = (1+) ICBO三. 极限参数 1. 集电极最大允许电流ICM 2. 集电极最大允许功耗PCM 3. 反向击穿电压U(BR)CEO 、U(BR)CBO 三极管的安全工作区 1 .4 场效应管（Field Effect Transistor ） 场效应管是单极性管子，其输入PN结处于反偏或 绝缘状态，具有很高的输入电阻（这一点与三极管相 反），同时，还具有噪声低、热稳定性好、抗辐射性 强、便于集成等优点。 场效应管是电压控制器件，既利用栅源电压控制 漏极电流（iD = gmuGS）这一点与三级管（电流控 制器件, 基极电流控制集电极电流,iC = iB）不同 ，而栅极电流iD为0（因为输入电阻很大）。场效应管分为两大类:结型场效应管（JFET Junction Field Effect Transistor）、绝缘栅型场效应管 （IGFETInsulated Gate Field