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1、主 讲 教 师：吴 薇模 电前言：自然界中的两大类信息，模拟信息和数字信 息都可以通过物理或化学的转换方式变成电 信号。那么如何处理、应用这两类信息，用什么器 件和电路来完成这些任务？怎样能够系统地 分析和设计这两类电路？这就是现代工程类特别是电子类的学生所必 须要掌握的知识。模拟电路和数字逻 辑课程也正是你建筑电子系统大厦的最佳 基石。模 电模拟电子电路教学内容 模拟信息的处理离不开模拟电路。本课 程主要介绍微小信号的放大和功率控制 等系统电路。 主要内容有：半导体器件基础；基本放 大电路；集成运算放大电路；电路中负 反馈技术；信号的运算和处理；波形产 生与变换；功率电子电路和直流稳压电 源
2、等。模 电第一节 半导体基础知识第二节半导体二极管 第三节 双极型晶体管 第四节 场效应晶体管 常用常用 半半导导导导体器件体器件模 电本章小结半导体本征半导体杂质 半导体PN结半导体基础 知识第一章自然界的物质质按其导电导电 性能分类类，大体 上可分为导为导 体 、绝缘绝缘 体和半导导体。半导导体的物理特性半导体：导电能力介于导体和绝缘体之 间的物质，例如：硅（Si),锗（Ge),砷化 镓（GaAs)。第一节第一节导 电 可 控 性外激 发控 制杂质 控制当温度升高（或降低）时，半 导体的导电能力将迅速增强（或 减弱）。在光线照射下，半导体的导电 能力也将明显增强。在纯净的半导体中掺入微量杂
3、质 ，半导体的导电能力将显著增强 。半导导体的物理特性纯净的结构完 整的半导体第一节（一）本征半导体的晶体结构制造半导体器件的主要材料是硅和锗。它们的 最外层只有四个价电子。外层电子影响它们的 化学性质，也影响它们的导电性能。+4这这种模型突出了价 电电子的作用价电电子原子核硅和锗锗的简简化原子模型硅和锗锗都是单单晶体材料。它们的单晶体具 有金刚石结构，每一个原子与相邻的四个原子 结合，这些原子彼此之间通过共价键联系起来 。晶体结构平面示意图共 价 键键+4+4+4+4+4+4第一节本征激发+4（二）本征半导导体中两种载载流子自由 电电子空穴电子和空穴总是成对出现也总是成对消失称为电子空穴对复
4、合+4ACB称为复合电子和空穴都可以移动称为载流子本征激发受环境温度影响第一节+4自由 电电子施主 原子+5+5+4+3+3受主 原子空穴P型半导导体掺五价元素，如磷N型半导导体自由电子是多子； 空穴是少子。空穴是多子； 自由电子是少子。掺三价元素，如硼第一节+ + + + + +多子电电子少子空穴N型- - - - - - -多子空穴少子电电子P型漂移运动动在有电场力作用时，半导体中的载流子将产 生定向运动，称为漂移运动。载流子的漂移 运动形成的电流称为漂移电流。扩扩散运动动由于浓度差而引起的定向运动称为扩散运动。 载流子扩散运动所形成的电流称为扩散电流。载载流子的扩扩散运动动和漂移运动动第
5、一节如果在N型（或P型)半导体的基片上，掺入 三价（或五价）元素作为补偿杂质，其浓度 高于原掺入杂质浓度，形成一个P型区（或N 型区），那么在P型区和N型区的交界处便形 成一个PN结.+ + + + + + + + +多子电电子少子空穴N型- - - - -多子空穴少子电电子P型（一）PN结结的形成第一节N区P区扩扩散运动动+ + + + +- - - -+ + + + + + + + +- - - -+ + + + +空间电间电 荷区自建电场电场扩扩散 运动动空间间 电电荷 区自建 电场电场漂移 运动动阻碍 扩扩散 运动动动态动态 平衡扩扩 散运 动动漂移 运动动PN结结（一）PN结结的形成
6、第一节外加电场与PN结自建电 场方向相反，削弱自建 电场。V+ + +-PN自建电场电场外加电场电场IR（二）PN结结的单单向导电导电 性1. PN结结加正向电电 压压电源的正极接P区， 负极接N区。PN结变窄 。有利于多子的扩散，不 利于少子的漂移。 电源 源源不断供给扩散，形 成较大的正向电流。 第一节自建电场电场外加电场电场RPNI 外加电场与PN结自建电 场方向相同，2. PN结结加反向电压电压电源的正极接N区， 负极接P区。V+ + + + + + +-使多子的扩散运动大为减 弱，而少子的漂移运动将 占优势。PN结的电流由 少子漂移电流决定，称为 PN结的反向电流。PN结变宽。第一节
7、在一定的温度条件下，少子的浓度基本 不变，PN结反向电流几乎与外加反向电 压的大小无关故称为反向饱和电流。当温度变化时，少子的浓度要改变，PN 结的反向电流也要随之变化。2. PN结结加反向电压电压第一节PN结结具有单单向导电导电 性。 外加正向电压电压 时时，空间电间电 荷区变变窄 ，流过过一个较较大的正向电电流。 外加反向电压电压 时时，空间电间电 荷区变宽变宽 ，流过过一个很小的反向饱饱和电电流。结结 论论第一节PN结的伏安特性方程为:式中：Is是反向饱和电流; q是电子电量； K是波尔兹曼常数；T是绝对温度 。（三） PN结的伏安特性方程令 kT/q=UT，则UT称为温度的电压当量。常
8、温下，即T=300K时，UT26mV 。 第一节 u0且uUT时即正向电流随正向电 压的增大按指数规律 迅速增大。1，第一节（三） PN结的伏安特性方程图1.1.10 PN结的伏安特性 uUT时 即加反向电压时，只 流过很小的反向饱和 电流。 0时，二极 管D1、D3导通，相当于 开关闭合；D2、D4截止 ；相当于开关断开。D1D4D2 D3+-AB+-u0RLuu0时第二节当uUR+UD时，二极 管D导通, uO=UR+UD 。当uiUZ时，稳 压管DZ击穿稳压 。必须适当选择RZ的阻值，使流过稳压管的 电流在管子的参数稳定电流IZ和最大 稳定电流IZM之间RZ +-IUUZDZ第二节 材料
9、和结构：发光二极管由砷化镓、磷化 镓等半导体材料组成。由于电子空穴的复 合产生发光能量。是一种电变成光的能量 转换器件。电路中常用做指示或显示及光 信息传送。单个发光 二极管七段显示发 光二极管1、发光二极管第二节2、光电二极管 半导体PN结共价键中的电子在光子的轰 击下，很容易脱离共价键而成为自由电 子。因此可以用PN结构成光敏二极管。 光敏二极管的反向电流与光照度成正比 。用感光灵敏度来衡量。UOR+ -10 -8 -6 -4 -2 0Ip/A-50200Lx400LX光照伏安特性第二节1. 伏安特性方程：ADCBiDuDoUBR本节知识要点一、二极管的伏安特性2. 伏安特性曲线第二节AD
10、CBiDuDoUBR2. 伏安特性曲线二极管加正向电压时，产 生扩散电流，电流和电压 成指数关系；加反向电压 时，产生漂移电流，其数 值很小；体现出单向导电 性。 当反向电压加到足够大时 ，会产生反向击穿。利用 击穿特性，可制成稳压管 。第二节二、二极管的主要参数1、最大整流电流IF；2、最大反向工作电压UR；3、反向电流IR；4、最大工作频率fM。第二节ADCBiDuDoUBR二极管的伏安特性对温度 很敏感，温度升高时，正 向特性曲线向左移，反向 特性曲线向下移。伏安特性曲线三、二极管的等效电路1、理想二极管等效电路当外加正向电压时，二极 管导通，正向压降uD=0；外加反向电压时，二极管 截
11、止，反向电流IR=0。 D二极管的等效电路K第二节三、二极管的等效电路DKUD2、考虑正向压降的等效电路二极管的等效电路第二节iu+-r rd d3、微变等效电路 通常用小信号模型来代替二极管，即把二极 管看成一个等效电阻rd。当外加正向电压大于当外加正向电压大于U UDD时，时， 二极管导通，开关闭合，二极管导通，开关闭合， 二极管两端压降为二极管两端压降为U UDD；当外；当外 加电压小于加电压小于U UDD时，二极管时，二极管 截止，开关断开。截止，开关断开。双 极 型 晶 体 管晶体管的结构和类型晶体管的电流放大作用晶体管的特性曲线晶体管的主要参数温度对晶体管参数的影响第一章本节要点晶
12、体管硅晶体管锗晶体管晶体管类型NPN型PNP型第三节双极型晶体管可简称为晶体管，或半导体三极管， 用BJT（Bipolar Junction Transistor）来表示。becN PNN型硅SiO2绝缘层bceNN型锗P钢 球钢 球晶体管外形及结构示意图NPN型硅管 结构图PNP型锗管 结构图外形示意图第三节e b c三极管三个区二个结三根引线集电区基区发射区集电区，基区，发射区集电结，发射结集电极 c,基极 b,发射极 e集电区发射区基区集电结发射结集电结发射结PNNPP Ncbecbcbeecbe集电极基极发射极集电极基极发射极PNP管NPN管晶体管的原理结构图和符号第三节晶体管 在结构
13、 上必须 具有下 面特点发射区掺杂浓度远大于集电区 掺杂浓度，集电区掺杂浓度大 于基区掺杂浓度基区必须很薄，一般只有几微米第三节晶体 管放 大作 用原 理内部条件外部条件晶体管结构上的特点晶体管的发射结加正向电 压，集电结加反向电压。P区接正,N区接负N区接正,P区接负第三节晶体管直流电源接法共射接法在基极与发射极之间加正向电压，集电极与发 射极之间加一更大的正向电压，使uCEuBE，这 样uBC1V的所 有输入特性曲线iB(mA)0.080.060.040.0200.20.4 0.60.8uBE(V )205V1VuCE=0V第三节（一）共射输入特性输入特性曲线三、晶体管的特性曲线iB0 ；
14、 i CICEO集电结正向偏置放大区 发射结正偏，集电结反偏。0.06iC(mA)02468 1012 144681012-uCE(V)iB=00.02mA0.040.080.100.12202放 大 区饱和区截止区截止区晶体管完全截止， 发射结加反向电压 。饱和区u uCECEICM，晶体管的值就要显著 下降，甚至可能损坏。3DG4的安全工作区iC(mA) 6030201010203040500uCE(V)0.20.40.8 0.6iB=1.0mA 200安全工作区工作在放大区工作在放大区第三节（一）温度对ICBO的影响（二）温度对的影响（三）温度对uBE的影响五、温度对晶体管参数的影响第三
15、节（一）温度对ICBO的影响ICBO是少子形成的电流，随T而增加。ICEO也随T而增加输出特性曲线 向上平移温度对输出特性曲线的影响02426810134iC(mA)uCE(V)0020204040iB=60AiB=60A第三节（二）温度对的影响温度升高时，随之增大体现在输出特性曲线 的间隔距离增大第三节温度对输出特性曲线的影响02426810134iC(mA)uCE(V)0020204040iB=60AiB=60A（三）温度对uBE的影响-00.30.60.9iB(A)uBE(V )2040608025150uCE=2V温度对输入特性曲线的影响温度升高，曲线向左移， 即当iB一定时，uBE下 降。 温度每升高1， uBE约减小1.8mV2.5mV。TuBEICBOiC第三节本节知识要点一、晶体管的放大作用晶体管放大作用主要依靠它的发射极电流能 通过基极传输，然后到达集电极实现的。为保证这个传输过程，必须满足两个条件。1.内部条件：基区很薄；发射区杂质浓 度远远大于基区杂质浓度。2.2. 外部条件：发射结正向偏置，集电 结反向偏置。第三节晶体管具有确定的电流分配关系。如输入电流iB（或iE）确定，输出电流iC就 确定。表征晶体管电流控制作用的参数为电 流放大系数和。二、晶体管电流分配关系记住公式：第三节三、晶体管特性
