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1、电子技术基础 (模拟部分),教育技术系 孙大春,2004-3,电子技术基础(模拟部分),2,第一章 半导体二极管及其基本电路 学时数:6学时 第二章 半导体三极管及放大电路基础 学时数:8学时 第三章 场效应管放大电路 学时数：4学时 第四章 功率放大电路 学时数:4学时 第五章 反馈放大电路 学时数:10学时 第六章 直流稳压电源 学时数:4学时,电子技术基础 (模拟部分),2004-3,电子技术基础(模拟部分),3,第一章 半导体二极管及其基本电路,1 半导体的基本知识 1.1.1 半导体材料 根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。半导体的电阻率为10-3109 c
2、m。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。 1.1.2半导体的共价键结构,硅和锗的原子 结构简化模型,硅和锗的二维晶格结构图,2004-3,电子技术基础(模拟部分),4,第一章 半导体二极管及其基本电路,1.1.3 本征半导体、空穴及其导电作 本征半导体:完全纯净的、结构完整的半导体晶体。 本征激发：当导体处于热力学温度0K时，导体中没有自由电子。当温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原子核的束缚，而参与导电，成为自由电子。 空穴：当电子挣脱共价键的束缚成为自由电子后，共价键中就留下一个空位，这个空位叫做空穴。 1.1.4 杂质半导体 1、P型半导体 在硅（
3、或锗）晶体中掺入三价杂质元素，如硼（或铟）受主杂质。 2、N型半导体 在硅（或锗）晶体中掺入五价杂质元素，如磷（或砷、锑）施主杂质。,2004-3,电子技术基础(模拟部分),5,P型半导体的结构,N型半导体的结构,2004-3,电子技术基础(模拟部分),6,第一章 半导体二极管及其基本电路,1 2 PN结的形成及特性 1、PN结的形成,电位,电子势能,v0 (接触电位差),-qv0,2004-3,电子技术基础(模拟部分),7,漂移运动：两种载流子（电子和空穴）在电场的作用下产生的运动。其运动产生的电流方向一致。 扩散运动：由于载流子浓度的差异，而形成浓度高的区域向浓度低的区域扩散，产生扩散运动
4、。,2004-3,电子技术基础(模拟部分),8,2、PN结的单向导电性 （1）、外加正向电压,2004-3,电子技术基础(模拟部分),9,外加反向电压时的PN结,（2）、外加反向电压,2004-3,电子技术基础(模拟部分),10,2004-3,电子技术基础(模拟部分),11,（3）、PN结V-I特性的表达式,3、PN结的反向击穿,以硅二极管为例,O,UD/V,iD/mA,VT=Kt/q=0.026V=26mV 温度的电压当量,Is为反向饱和电流 典型值10-810-14A,电击穿:雪崩击穿和齐纳击穿 是可逆的 热击穿:不可逆 应避免,2004-3,电子技术基础(模拟部分),12,雪崩击穿：当反
5、向电压足够高时（U6V）PN结中内电场较强，使参加漂移的载流子加速，与中性原子相碰，使之价电子受激发产生新的电子空穴对，又被加速，而形成连锁反应，使载流子剧增，反向电流骤增。 齐纳击穿：对掺杂浓度高的半导体，PN结的耗尽层很薄，只要加入不大的反向电压（U4V），耗尽层可获得很大的场强，足以将价电子从共价键中拉出来，而获得更多的电子空穴对，使反向电流骤增。,2004-3,电子技术基础(模拟部分),13,O,PN结的击穿,2004-3,电子技术基础(模拟部分),14,作业:38页2.2.2 60页2.1.1 13 半导体极管 131半导体二极管的结构 类型:点接触型、面接触型和集成电路中的平面型
6、2AP1 2CP1 16mA、150MHz 400mA、3KHz,(a)点接触型,(b)面接触型,(c)平面型,符号,2004-3,电子技术基础(模拟部分),15,132极管的 VI特性 1、正向特性 Vth门坎电压（死区电压） 硅管0.5V 锗管0.1V 2、反向特性 3、反向击穿特性,133 二极管的参数 1、最大整流电流 IF 2AP1 16mA 2、反向击穿电压 VBR 一般为最高反向工作电压的二倍 3、反向电流IR 4、极间电容 （1）、势垒电容CF （2）、扩散电容CD,2004-3,电子技术基础(模拟部分),16,(1) 势垒电容CF,势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的。当外
7、加电压使PN结上压降发生变化时，离子薄层的厚度也相应地随之改变，这相当PN结中存储的电荷量也随之变化，犹如电容的充放电。,(2) 扩散电容CD,扩散电容是由多子扩散后，在PN结的另一侧面积累而形成的。因PN结正偏时，由N区扩散到P区的电子，与外电源提供的空穴相复合，形成正向电流。刚扩散过来的电子就堆积在 P 区内紧靠PN结的附近，形成一定的多子浓度梯度分布曲线。,PN结的高频等效电路,2004-3,电子技术基础(模拟部分),17,2004-3,电子技术基础(模拟部分),18,第一章 半导体二极管及其基本电路,14二极管基本电路及其分析方法 141二极管正向VI特性的建模 1、理想模型 2、恒压
8、降模型 3、折线模型 4、小信号模型,iD,+ UD -,硅管 iD=1mA 0.7V,2004-3,电子技术基础(模拟部分),19,iD,+ UD -,硅管 iD=1mA 0.5V,rD,Vth,Q,+,_,rD,例如,Q点上ID=2mA时,rd=13,1 4 2 模型分析法应用举例 1、二极管电路的静态工作情况分析 例2.4.1 2、限幅电路 例2.4.2 3、开关电路 例2.4.3 4、低电压稳压电路 例2.4.4,2004-3,电子技术基础(模拟部分),20,例2.4.1 R=10K,对于下列两种情况,求电路的ID和VD的值:（1）VDD=10V; (2) VDD=1V.在每种情况下,
9、应用理想模型、恒压降模型和折线型模型求解。,VDD,R,D,UD,+,-,VDD,R,D,UD,+,-,a、简单二极管电路,b、习惯画法,例2.4.2 一限幅电路如图所示，R=1K，VREF=3V。（1）UI=0 V、4V、6V时，求相应的输出电压UO的值；（2）当UI=6SIN t V时，绘出相应的输出UO的波形。,R,D,VREF,UI,UO,+,-,+,-,（a）,D,VREF,UI,UO,+,-,+,-,（b）,Vth,rD,=200,2004-3,电子技术基础(模拟部分),21,第一章 半导体二极管及其基本电路,15特殊二极管 15l 齐纳二极管 152 光电二极管 152 发光二极管 153激光二极管 习题：1.1 4.3 4.6 4.8 5.1 5.2,
