《模拟电子技术基础电子课件教案-第1章常用半导体器件(第五版)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模拟电子技术基础电子课件教案-第1章常用半导体器件(第五版)（62页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、模拟电子技术基础 Fundamentals of Analog Electronics1工程训练中心电工电子教研室绪 论一、课程的性质、目的和任务性质：本课程是电气类，自控类和电子类等专业在电子 方面入门性质的技术基础必修课，它具有自身的体系， 是理论性与实践性相结合的课程。目的与任务：是使学生通过这门课的学习，获得电子技 术方面的基本理论、基本知识和基本技能，培养学生分 析问题和解决问题的能力，为以后深入学习电子技术某 些领域中的内容，以及从事相关工程技术等工作打下基 础。二、课程特点 1 模拟电子技术课程是国家教委规定的重要基础课 是同学们在今后较长时间内赖以吸取新知识和自我完 善发展及终
2、身学习、终身教育的理论基础。 2 是工程性、实践性非常强的课程实际工程需要证明其可行性。强调定性分析。实际工程 在满足基本性能指标的前提下总是容许存在一定的误差范围 的。 定量分析为“估算”。近似分析要“合理”。 抓主要矛盾 和矛盾的主要方面。常用电子仪器的使用方法；电子电路的测试方法；故障 的判断与排除方法；EDA软件的应用方法3 模拟电子技术入门较难 是一门工程性、技术性、经验性、实用型的课程与传统的理论课程有较大的差别 新概念多、知识点多、发展迅速，理论与实践相结合模拟电子技术：模拟电子技术主要研究处理模拟信号的电子电路。模拟信号就是在时间和数值上连续的信号。如温度、压力 、流量等。数字
3、电子技术主要研究处理数字信号的电子电路。数字信号通常是指时间和幅度均离散的信号，如电报信 号、计算机数据信号等等。时间时间幅度幅度T 2T 3T 4T 5T 6T数字电子技术：4计算机检测控制系统原理框图微机传 感 器伺服 机构模拟 信号 处理功率 放大模数 转换数模 转换数字 接口数字 接口被测控对象干扰、噪声、漂移、非线性绪论二、电子技术的典型应用模拟电 子技术数字电 子技术电机三、如何学好模电绪论1、抓“重点”2、注重综合分析注重工程化素质培养3、提高学习效率、培养自学能力“基本电路”原理基本原理基 本 分析方法图解法、小信号等效电路法放大器、反馈学习方法小结，总结习题课前预习 认真听课
4、课后认真复习1. 课时及成绩评定标准课时：56学时(理论）考勤10%+平时测验20%+卷面70%2. 教学参考书康华光主编，电子技术基础 模拟部分 第五版，高教出版社绪论8四、 成绩评定及教学参考书目录及学时安排1常用半导体器件（8学时） 2基本放大电路（10学时） 3集成运算放大电路（8学时） 4放大电路的频率响应（2学时） 5放大电路中的反馈（8学时） 6信号的运算和处理（6学时）7波形的发生和信号的转换（6学时）8功率放大电路（2学时）9 直流电源（4学时）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 晶体三极管1.4 场效应管教学要求本章重点是各器件的外部特性
5、与模型，特别要注意器件模型的适用范围和条件。对于半导体器件，主要着眼于在电路中的使用，关于器件内部的物理过程只要求有一定的了解。1.1 半导体基础知识一、本征半导体二、杂质半导体三、PN结的形成及其单向导电性四、PN结的电容效应一、本征半导体导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。1、什么是半导体？什么是本征半导体？导体铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层电 子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。绝缘体惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原 子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导 电。半导体硅（Si）、锗（Ge），均为四价元素
6、，它们原 子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。无杂质稳定的结构2、本征半导体的结构由于热运动，具有足够能量 的价电子挣脱共价键的束缚 而成为自由电子自由电子的产生使共价键中 留有一个空位置，称为空穴自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。共价键一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定；温度升高 ，热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴 对的浓度加大。动态平衡两种载流子外加电场时，带负电的自由电 子和带正电的空穴均参与导电， 且运动方向相反。由于载流子数 目很少，故导电性很差。为什么要将半导体变成导电性很差的本征半导体？3、本征半导体中的两种载流子运载电荷的粒子称为载流子。
7、温度升高，热运动加剧，载 流子浓度增大，导电性增强。热力学温度0K时不导电。二、杂质半导体1. N型半导体磷（P）杂质半导体主要靠多数载流 子导电。掺入杂质越多，多子 浓度越高，导电性越强，实现 导电性可控。多数载流子空穴比未加杂质时的数目多 了？少了？为什么？2. P型半导体硼（B）多数载流子P型半导体主要靠空穴导电， 掺入杂质越多，空穴浓度越高， 导电性越强，在杂质半导体中，温度变化时 ，载流子的数目变化吗？少子与 多子变化的数目相同吗？少子与 多子浓度的变化相同吗？三、PN结的形成及其单向导电性物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气 体、液体、固体均有之。扩散运动P区空穴 浓度远高 于
8、N区。N区自由电 子浓度远高 于P区。扩散运动使靠近接触面P区的空穴浓度降低、靠近接触面 N区的自由电子浓度降低，产生内电场。PN 结的形成因电场作用所产 生的运动称为漂移 运动。参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同，达到动态 平衡，就形成了PN结。漂移运动由于扩散运动使P区与N区的交界面缺少多数载流子，形成内 电场，从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从N区向P区、 自由电子从P区向N 区运动。PN结加正向电压导通：耗尽层变窄，扩散运动加 剧，由于外电源的作用，形 成扩散电流，PN结处于导通 状态。PN结加反向电压截止：耗尽层变宽，阻止扩散运动 ，有利于漂移运动，形成漂移 电流。由于电流很
9、小，故可近 似认为其截止。PN 结的单向导电性必要吗？四、PN 结的电容效应 1. 势垒电容PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变 化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电相 同，其等效电容称为势垒电容Cb。 2. 扩散电容PN结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流子 的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的 过程，其等效电容称为扩散电容Cd。结电容：结电容不是常量！若PN结外加电压频率高到一定程度 ，则失去单向导电性！问题 为什么将自然界导电性能中等的半导体材料制 成本征半导体，导电性能极差，又将其掺杂， 改善导电性能？ 为什么半导体器件的温度稳定性差？是多子还 是少子是
10、影响温度稳定性的主要因素？ 为什么半导体器件有最高工作频率？1.2 半导体二极管一、二极管的组成二、二极管的伏安特性及电流方程三、二极管的等效电路四、二极管的主要参数五、稳压二极管一、二极管的组成将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。小功率 二极管大功率 二极管稳压 二极管发光 二极管一、二极管的组成点接触型：结面积小 ，结电容小，故结允 许的电流小，最高工 作频率高。面接触型：结面积大 ，结电容大，故结允 许的电流大，最高工 作频率低。平面型：结面积可小 、可大，小的工作频 率高，大的结允许的 电流大。二、二极管的伏安特性及电流方程材料开启电压导通电压反向饱和电流硅Si0.5V0.50
11、.8V1A以下 锗Ge0.1V0.10.3V几十A开启 电压反向饱 和电流击穿 电压温度的 电压当量二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。从二极管的伏安特性可以反映出： 1. 单向导电性2. 伏安特性受温度影响T（）在电流不变情况下管压降u 反向饱和电流IS，U(BR) T（）正向特性左移，反向特性下移正向特性为 指数曲线反向特性为横轴的平行线增大1倍/10三、二极管的等效电路理想 二极管近似分析 中最常用理想开关 导通时 UD0 截止时IS0导通时UDUon 截止时IS0导通时i与u 成线性关系应根据不同情况选择不同的等效电路！1. 将伏安特性折线化？100V？5V？1V？2. 微变等效
12、电路Q越高，rd越小。当二极管在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极 管等效为一个电阻，称为动态电阻，也就是微变等效电路。ui=0时直流电源作用小信号作用静态电流四、二极管的主要参数 最大整流电流IF：最大平均值 最大反向工作电压UR：最大瞬时值 反向电流 IR：即IS 最高工作频率fM：因PN结有电容效应讨论：解决两个问题 如何判断二极管的工作状态？ 什么情况下应选用二极管的什么等效电路？uD=ViRQIDUDV与uD可比，则需图解： 实测特性五、稳压二极管 1. 伏安特性进入稳压区的最小电流不至于损坏的最大电流由一个PN结组 成，反向击穿后 在一定的电流范 围内端电压基本 不变，为稳定
13、电 压。 2. 主要参数稳定电压UZ、稳定电流IZ最大功耗PZM IZM UZ动态电阻rzUZ /IZ若稳压管的电流太小则不稳压，若稳压管的电流太大则会 因功耗过大而损坏，因而稳压管电路中必需有限制稳压管电 流的限流电阻！限流电阻斜率？1.3 晶体三极管一、晶体管的结构和符号二、晶体管的放大原理三、晶体管的共射输入特性和输出特性四、温度对晶体管特性的影响五、主要参数一、晶体管的结构和符号多子浓度高多子浓度很 低，且很薄面积大晶体管有三个极、三个区、两个PN结。小功率管中功率管大功率管为什么有孔？二、晶体管的放大原理扩散运动形成发射极电流IE，复合运动形成基极电 流IB，漂移运动形成集电极电流I
14、C。少数载流 子的运动因发射区多子浓度高使大量 电子从发射区扩散到基区因基区薄且多子浓度低，使极少 数扩散到基区的电子与空穴复合因集电区面积大，在外电场作用下大 部分扩散到基区的电子漂移到集电区基区空穴 的扩散 电流分配： IEIBICIE扩散运动形成的电流IB复合运动形成的电流IC漂移运动形成的电流穿透电流集电结反向电流直流电流 放大系数交流电流放大系数为什么基极开路集电极回 路会有穿透电流？三、晶体管的共射输入特性和输出特性为什么UCE增大曲线右移？对于小功率晶体管，UCE大于1V的一条输入特性曲线 可以取代UCE大于1V的所有输入特性曲线。为什么像PN结的伏安特性？为什么UCE增大到一定
15、值曲线右 移就不明显了？1. 输入特性2. 输出特性是常数吗？什么是理想晶体管？什么情况下 ?对应于一个IB就有一条iC随uCE变化的曲线。为什么uCE较小时iC随uCE变 化很大？为什么进入放大状态 曲线几乎是横轴的平行线？饱和区放大区截止区晶体管的三个工作区域晶体管工作在放大状态时，输出回路的电流 iC几乎仅仅 决定于输入回路的电流 iB，即可将输出回路等效为电流 iB 控制的电流源iC 。状态uBEiCuCE 截止UonICEOVCC 放大 UoniB uBE 饱和 UoniB uBE四、温度对晶体管特性的影响五、主要参数 直流参数： 、 、ICBO、 ICEOc-e间击穿电压最大集电
16、极电流 最大集电极耗散功 率，PCMiCuCE安全工作区 交流参数：、fT（使1的信号频率） 极限参数：ICM、PCM、U（BR）CEO讨论一由图示特性求出PCM、ICM、U （BR）CEO 、。2.7uCE=1V时的iC就是ICMU（BR）CEO1.4 场效应管1.4.1 结型场效应管1.4.2 绝缘栅型场效应管1.4.3 场效应管的主要参数1.4.4 场效应管与晶体管的比较1.4.1 结型场效应管（以N沟道为例）场效应管有三个极：源极（s）、栅极（g）、漏极（d）， 对应于晶体管的e、b、c；有三个工作区域：截止区、恒流区 、可变电阻区，对应于晶体管的截止区、放大区、饱和区。1. 结型场效应管符号结构示意图栅极漏极源极导电 沟道单极型管噪声小、抗辐射能力强、低电压工作栅-源电压对导电沟道宽度的控制作用沟道最宽沟道变窄沟道消失 称为夹断uGS可以控制导
