《模拟电子技术基础》(第四版)第1章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模拟电子技术基础》(第四版)第1章（49页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、教材: 模拟电子技术基础 主讲: 柯能伟,绪 论,一、课程的地位和主要内容,电子技术研究电子器件、电子电路 及其应用的科学技术。 器件为路用,绪论,模拟信号： 在时间和数值上连续的信号。,计算机检测控制系统原理框图,绪论,二、电子技术的典型应用,三、如何学好模电,绪论,课程特点：内容多、内容杂、工程实践性强,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,课堂、答疑、作业、自学,放大器、反馈、振荡器,四、模电成绩如何算,作业： 期末考试： 参考课堂和答疑表现 作业：每周交 1 次，全交，有参考解答,内容提要,半导体器件是组成各种电子电路包括模拟电路和数字电
2、路，集成电路和分立元件电路的基础。本章首先介绍半导体的特性，半导体中载流子的运动，阐明PN结的单向导电性，然后介绍半导体二极管、稳压管、半导体三极管及场效应管的结构、工作原理、特性曲线和主要参数。,第一章 常用半导体器件,1.2 半导体二极管,1.3 稳压管,1.4 半导体三极管,1.5 场效应管,1.1 半导体基础知识,1.1.1 半导体的特性,一、定义 导电能力介于导体和绝缘体之间的物体称半导体。,如：硅（Si）、锗（Ge）等 价电子：围绕原子核运动的最外层轨道的电子 导体: 低价元素 绝缘体:高价元素 硅（Si）、锗（Ge）：个价电子,1.1半导体基础知识,价电子,惯性核,二、半导体特性
3、 温度导电能力可做成各种热敏元件 受光照导电能力可做成各种光电器件 3. 掺入微量杂质导电能力 （几十万几百万倍）可做成品种繁多、用途广泛的半导体器件。如半导体二极管、三极管、场效应管等。,纯净的、没有结构缺陷的半导体单晶 称为本征半导体。它是共价键结构。,1.1.2 本征半导体,相邻原子的价电子成为共用电子，即共价键结构,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,自由电子,空穴,在常温下自由电子和空穴的形成,成对出现,成对消失,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,外电场方向,在外电场作用下，电子和空穴均能参与导电(载流子)。这是半导体导电与导体导电最本质的区别。
4、,价电子填补空穴,本征激发 价电子受热及光照后， 挣脱共价键束缚成为自由电子。,激励 (温度和光照)一定时，电子空穴对的产生和复合会达到“动态平衡”。,注意,本征半导体中载流子的浓度除与半导体材料本身的性质有关外，还与温度密切相关。半导体材料性能对温度的这种敏感性，既可用来制造热敏和光敏器件，又是造成半导体器件温度稳定性差的原因。,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,1.1.3 杂质半导体,一 、N 型半导体,自由电子,通过扩散工艺，在本征半导体中掺入微量特定元素，便可形成杂质半导体。,在纯净的硅或锗晶体中掺入微量五价元素（如磷）所形成的杂质半导体称N型半导体。,N型半导体结构示意图,在
5、N型半导体中，自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,二、P型半导体,在纯净的硅或锗的晶体中掺入微量的三价元素（如硼）所形成的杂质半导体称P 型半导体。,+4,P型半导体结构示意图,在P型半导体中，空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。,对于杂质半导体，多子浓度约等于所掺杂质浓度，多子浓度受温度影响小； 少子（本征激发）浓度受温度影响大；,注意,注意,不论是N型半导体还是P型半导体，虽然它们都有一种载流子占多数，但整个晶体仍然是不带电的，呈电中性。通过掺入杂质来提高半导体的导电能力不是最终目的，因为导体的导电能力更强。杂质半导体的奇妙之处在于，掺入
6、不同性质、不同浓度的杂质，并使P型和N型半导体采用不同的方式结合，可以制造出形形色色、品种繁多、用途各异的半导体器件。,载流子的两种运动： 扩散载流子在浓度差作用下的运动 载流子总是从高浓度向低浓度扩散 飘移载流子在电场作用下的运动 电子逆电场方向运动 空穴顺电场方向运动,P 区,N 区,1.2.1 PN 结的形成,采用不同的掺杂工艺，在同一块半导体单晶上形成 P型半导体 和N型半导体，在它们的交界面处就形成了一个PN 结。,空间电荷区,内电场方向,1.2 PN结,多子扩散形成空间电荷区有利少子向对方漂移、阻挡多子向对方扩散， 少子向对方的漂移空间电荷区变窄有利于多子向对方扩散； 当多子的扩散
7、和少子的漂移达到动态平衡时，空间电荷区的宽度一定，形成PN结。,内电场方向,R,1.2.2 PN 结的单向导电性,P 区,N 区,外电场驱使P区的空穴进入空间 电荷区抵消一部分负空间电荷,N区电子进入空间电荷区 抵消一部分正空间电荷,扩散运动增强，形 成较大的正向电流，此时PN结导通,一、外加正向电压（正向偏置）,外电场加强扩散,P 区,N 区,内电场方向,R,二、 外加反向电压（反向偏置）,外电场驱使空间电荷区两侧的多子(空穴和自由电子)移走, 空间电荷区加宽,少数载流子越过PN结形成很小的反向电流，此时PN结截止,多数载流子的扩散运动难于进行,外电场削弱扩散,结论,综上所述，当PN结正向偏
8、置时，回路将产生一个较大的正向电流，PN结处于导通状态；当PN结反向偏置时，回路中的反向电流非常小，几乎等于零，且由于该电流是由少数载流子产生的，所以温度对其影响很大（温度愈高，反向电流愈大），此时PN结处于截止状态。可见，PN结具有单向导电性。,PN结的伏安特性,正偏：P“+” N“-” 正向低阻导通,反偏：P“-” N“+” 反向高阻截止 i = -Is,反向击穿,PN结特性之二：“击穿特性” （反向击穿 i 很大）,-,P-N,P-N,正偏和反偏,UT=26mV,半导体基础知识,半导体中的载流子,自由电子 空穴,载流子的产生,本征激发 掺杂P型、N型,载流子的运动,漂移 扩散,PN结的特
9、性,正向导通性 反向截止特性 反向击穿特性,多子扩散引起,少子飘移引起,1.3.1 二极管的结构和符号,1.3 半导体二极管,一、符号,D,Diode,P区,N区,硅管的伏安特性,1.3.2 二极管的伏安特性,反向特性,死区,IS,正向特性,UBR,Uon,iD=f（uD）,+ uD ,D,U,非线性特性,反向击穿电压（稳压管）,i-u?, q-u?, L?,反向击穿,正向和反向,开启电压： Uon,Si 管：0.5V左右 Ge管：0.1V左右,正向导通电压U,Si 管：0.6V0.8V （.） Ge管：0.2V0.3V（.）,二极管方程,UT：温度的电压当量。常温下，即T=300K（270C
10、）时，UT=26mV。 Is：反向饱和电流。,在反向段：当| uD | UT时，iDIS,一般:特性曲线上区分Uon和U 计算时不区分Uon和U,二极管的伏安特性受温度的影响。如当环境温度升高时，二极管的正向特性曲线左移，反向特性曲线下移。,注意,1.3.4 二极管的等效电路,能够模拟二极管特性的电路称二极管等效电路，也称二极管的等效模型。,I? U?,I,U,iD,一、二极管的直流模型,1.理想二极管(导通时正向压降为零,截止时反向电流为零)的等效模型,大信号作用下的模型,2.二极管导通时正向压降为一常量U（正向导通电压.7V 或.V ），截止时反向电流为零的二极管的等效模型,Questio
11、n1 UD UON,3.二极管导通且正向压降uD大于U后，其电流iD与uD成线性关系（直线斜率为1/rD），截止时反向电流为零的等效模型,以上三个等效电路中1的误差最大，3的误差最小，一般情况下多采用2所示的等效电路。,直流电阻,二极管主要用于限幅，整流，钳位 判断二极管是否正向导通： 先假设二极管截止，求其阳极和阴极电位； 若阳极阴极电位差 UD ，则其正向导通； 若电路有多个二极管，阳极和阴极电位差最大的二极管优先导通；其导通后，其阳极阴极电位差被钳制在正向导通电压（.7V 或.V ）；再判断其它二极管,用直流模型2,用直流模型2,图1.2.6 例1.2.1 电路图,【例1】 下图中，已知
12、VA=3V， VB=0V， DA 、DB为锗管，求输出端Y的电位，并说明每个二极管的作用。,解： DA优先导通，则,VY=30.3=2.7V,DA导通后，DB因反偏而截止，起隔离作用，DA起钳位作用，将Y端的电位钳制在+2.7V。,【例2】下图是二极管限幅电路，D为理想二极管， E= 3V ，ui = 6 sin t V，试画出 uo及uD的波形 。,2,ui3时，D截止，uo=ui， uD = ui3,ui3时，D导通，uo=3，uD=0,解：,二、二极管的小信号交流模型（微变等效电路）,二极管外加直流正向电压时，将有一电流，则反映在其伏安特性曲线上的点为Q（Q点称为静态工作点）。,iD,I,U,Q,若在Q点基础上外加微小的变化量，则可用以Q点为切点的直线来近似微小变化时的曲线，即可将二极管等效成一个线性器件，用动态电阻rd来表示，且rd=uD/ iD。,question2,小信号作用下的模型,即,动态电阻与Q点有关,图1.2.8 直流电压和交流信号 同时作用,直流通路,交流通路,question3,作业: 1.4(1.3), 1.3(1.2),
