模电基础

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1、2018/10/16,蔡红娟,2018/10/16,蔡红娟,0 预备知识,电信号: 指随时间而变化的电压u或电流I，u=f(t)或i=f(t) 电信号容易传送和控制，应用广泛 模拟信号：在时间和数值上均连续，正弦波数字信号：在时间和数值上均离散，方波 电路理论 基尔霍夫定律 叠加定理 戴维南定理和诺顿定理,2018/10/16,蔡红娟,温度、压力等物理信号,电信号,数字信号,电信号,物理信号,电子系统,传感器、红外接收器等,隔离、滤波、放大,运算转换,光耦、红外发送器等,电信号,2018/10/16,蔡红娟,如何学习模拟电子技术,要求 重点掌握基本概念、基本电路、基本分析方法 注意电路理论知识

2、在模电中的应用 用习题巩固知识 教材 模拟电子技术，朱定华，清华大学 参考资料 模拟电子技术基础，童诗白，清华大学 电子技术基础（模拟部分），康华光，高教 模拟电子技术 学习指导与习题精解，朱定华，清华,2018/10/16,蔡红娟,课程定位,电子、电气、信息学科的专业基础课。 电子技术的一部分，工程性、实践性 课程的主要内容 常用电子器件 以三基为主 模拟电子电路 以应用为主 电子系统分析 管为路用 与其他课程的联系 基础：高等数学、应用数学、物理学 先修课程：电路理论 后续课程：数字电子技术、微机原理等,2018/10/16,蔡红娟,电路理论部分知识,基尔霍夫电流定律（KCL） ik(t)

3、 =0 节点(3): i1 i3+ i6=0 基尔霍夫电压定律（KVL） uk(t) =0 u1+ u6 u7 u4= 0,2018/10/16,蔡红娟,叠加定理,IS=1A,2018/10/16,蔡红娟,戴维南定理和诺顿定理,us= uoc,is= isc,戴维宁 定 理,诺顿定理,2018/10/16,蔡红娟,第1章 半导体器件,2018/10/16,蔡红娟,本章主要内容,定义：N型半导体、P型半导体、自由电子与空穴、扩散与漂移、PN结、二极管、稳压管、三极管、场效应管 原理：二极管的单向导电性；三极管的放大作用；半导体器件的工作特性及主要参数 方法： 如何判断二极管的通断； 如何判断三极

4、管的类型； 如何判断三极管在电路中的工作状态,2018/10/16,蔡红娟,1.1 半导体器件,半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间。 光敏性、热敏性 掺入杂质，导电性能可控 本征半导体：T=0K，没有载流子，呈绝缘特性,运载电荷的粒子，参与导电,2018/10/16,蔡红娟,本征半导体有两种载流子 自由电子（负）：定向移动，形成电子电流 空穴（正）：价电子定向填补空穴，形成空穴电流 电子电流和空穴电流方向相反，两者之和即为半导体中的电流,2018/10/16,蔡红娟,杂质半导体,掺入杂质越多，多子浓度越高，导电性能越强 N型半导体（Negative负的） 掺入五价元素（磷） 主要靠自由电子（

5、多子）导电 P型半导体（ Positive正的） 掺入三价元素（硼） 主要靠空穴（多子）导电,多子：多数载流子 少子：少数载流子,2018/10/16,蔡红娟,N型半导体,P型半导体,为什么采用半导体材料制作电子器件？,2018/10/16,蔡红娟,PN结的形成,动态平衡，形成PN结,扩散运动：因浓度差引起的载流子的定向移动,漂移运动：载流子在电场力作用下的定向移动,2018/10/16,蔡红娟,PN结的单向导电性,PN结正偏（P(+), N(-)）时，具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻，PN结导通。 PN结反偏（P(-), N (+)）时，仅有很小的反向漂移电流，呈现高电阻，PN结截止。,2

6、018/10/16,蔡红娟,1.2 半导体二极管,P区引出的电极称为阳极，N区引出的电极称为阴极 点接触型：高频，小功率 面接触型：低频，整流管 平面二极管：大功率整流、开关,2018/10/16,蔡红娟,半导体二极管的伏安特性,导通压降: 硅管0.60.8V 锗管0.10.3V,反向击穿电压UB,Uth,阈值电压 : 硅管0.7V 锗管0.2V,反向截止区,反向击穿区,二极管具有单向导电性,2018/10/16,蔡红娟,二极管的伏安特性和PN结的区别 正偏时，电流相同，二极管端电压PN结压降 正向电压不变，二极管的正向电流0 ，uCEuBE。IC0且uCEuBE。IC=IB，0IB UBUE

7、 PNP: UEUBUC,Si: UBE=0.7V Ge: UBE=0.2V,2018/10/16,蔡红娟,例2 NPN型接法如下。UBE=0.7v，分析电路中三极管处于何种工作状态,（a）Rb=100k, Rc=2k,=40, Ucc=5v,因为IBIBS，所以三极管处在放大状态,2018/10/16,蔡红娟,NPN型接法如下。UBE=0.7v，分析电路中三极管处于何种工作状态,（b）Rb=100k, Rc=1.5k, Re=100, =50, Ucc=12v,因为IBIBS，故三极管处在饱和状态,Ui=0v，发射结无正偏，故三极管截止,2018/10/16,蔡红娟,场效应管,场效应管：通过

8、改变半导体内的电场实现电流控制 结型场效应管 以N沟道为例，应在栅-源之间加负向电压，在漏-源之间加正向电压，以形成漏极电流,uDS 0时uGS对导电沟道的控制作用,2018/10/16,蔡红娟,UGS(off)0的情况,2018/10/16,蔡红娟,结型场效应管的输出特性,2018/10/16,蔡红娟,绝缘栅型场效应管，又称MOS管 栅-源，栅-漏间采用SiO2绝缘层隔离 增强型：栅-源电压uGS为0时，iD也为0 耗尽型：栅-源电压uGS为0时，iD不为0,2018/10/16,蔡红娟,uDS 0时uGS对导电沟道的影响,2018/10/16,蔡红娟,uGS为大于UGS(th)的某一值时

9、uDS对iD的影响,2018/10/16,蔡红娟,N沟道耗尽型MOS管,2018/10/16,蔡红娟,场效应管与三极管的比较,场效应管三个极：栅极g，漏极d，源极s 三极管：基极b，集电极c，发射极e 场效应管：单极型晶体管，多子参与导电； 三极管：双极型晶体管，多子和少子同时参与导电； 注：少子受环境变化影响大，因此场效应管的稳定性好 场效应管：栅-源电压uGS控制漏极电流iD ，压控型；栅极不取电流 三极管：基极电流iB控制集电极电流iC，流控型；基极索取电流 场效应管的漏极与源极可以互换使用 三极管的发射极与集电极互换后差异性大 耗尽型MOS管： uGS可正、可负、可零，更灵活,2018

10、/10/16,蔡红娟,本章小结,杂质半导体与PN结 在本征半导体中掺入不同杂质就形成N型半导体和P型半导体，控制掺入杂质的多少就可有效的改变其导电性能。 半导体有两种载流子：自由电子和空穴。 载流子有两种有序的运动：因浓度差而产生的运动称为扩散运动；因电位差而产生的运动称为漂移运动。 在同一个硅片（锗片）上制作两种杂质半导体，在它们的交界面形成PN结。 半导体二极管 PN结经封装引出电极构成二极管。二极管具有单向导电性。 三极管 当发射结正偏且集电结反偏时，三极管具有电流放大作用。 发射区多子的扩散运动形成iE，基区非平衡少子与多子的复合运动形成基极电流iB，集电结少子的漂移电流形成iC。iC=iB 。 三极管有截止、放大、饱和三个工作区域。,