模擬電子技術(shù)及應(yīng)用

1、第1章 基本半導(dǎo)體分立器件 1.1 半導(dǎo)體的基本知識與半導(dǎo)體的基本知識與PN結(jié)結(jié) 1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 1.3 特殊二極管特殊二極管 1.4 半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管 1.5 場效應(yīng)晶體管場效應(yīng)晶體管 導(dǎo)體：導(dǎo)體：自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體導(dǎo)體，金屬一般都是導(dǎo)體。金屬一般都是導(dǎo)體。絕緣體：絕緣體：有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為絕緣體絕緣體，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半導(dǎo)體：半導(dǎo)體：另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間，稱為絕緣體之間，稱為半導(dǎo)體半導(dǎo)體，如鍺、硅、，如鍺

2、、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。1-1 半導(dǎo)體的基本知識及半導(dǎo)體的基本知識及PN結(jié)結(jié)什么是什么是半導(dǎo)體半導(dǎo)體?半導(dǎo)體半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理不同于其它物質(zhì)，所以的導(dǎo)電機理不同于其它物質(zhì)，所以它具有不同于其它物質(zhì)的特點。例如：它具有不同于其它物質(zhì)的特點。例如：當(dāng)受外界熱和光的作用時，當(dāng)受外界熱和光的作用時，它的導(dǎo)電能力明顯變化。它的導(dǎo)電能力明顯變化。往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會使往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會使 它的導(dǎo)電能力明顯改變。它的導(dǎo)電能力明顯改變。1.1.摻雜性摻雜性2.2.熱敏性和光敏性熱敏性和光敏性1-1-1 1-1-1 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體（純凈和具

3、有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體）（純凈和具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體）一、本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點一、本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點GeGeSiSi現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們的最外層電子（價電子）都是四個。的最外層電子（價電子）都是四個。在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點陣，每個原子都處在正四面體的中心，晶體點陣，每個原子都處在正四面體的中心，而四個其它原子位于四面體的頂點，每個原子而四個其它原子位于四面體的頂點，每個原子與其相鄰的原子之間形成與其相鄰的原子之間形成共價鍵共價鍵，共用一對價，共用一對價電子。電子。硅和鍺的晶

4、硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)：通過一定的工藝過程，可以將半導(dǎo)體制成通過一定的工藝過程，可以將半導(dǎo)體制成晶體晶體。硅和鍺的共價鍵結(jié)構(gòu)硅和鍺的共價鍵結(jié)構(gòu)共價鍵共共價鍵共用電子對用電子對+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4表示原表示原子外層原子外層原來有來有4 4個個電子電子共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為束縛電子束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價鍵成為，常溫下束縛電子很難脫離共價鍵成為自自由電子由電子，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，導(dǎo)電，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，導(dǎo)電能力很弱。能力很弱。形成共價鍵后，每個原子的最外層電子是形成共價鍵后

5、，每個原子的最外層電子是八個，形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。八個，形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。共價鍵有很強的結(jié)合力，使原子規(guī)共價鍵有很強的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。則排列，形成晶體。+4+4+4+4二、本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理二、本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理在絕對在絕對0 0度（度（-273-273）和沒有外界激發(fā)時）和沒有外界激發(fā)時, ,價價電子完全被共價鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒有可電子完全被共價鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒有可以運動的帶電粒子（即以運動的帶電粒子（即載流子載流子），不能導(dǎo)電，相），不能導(dǎo)電，相當(dāng)于絕緣體。當(dāng)于絕緣體。在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價電子獲在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價電子獲得足夠的能量而脫離共價鍵

6、的束縛，成為得足夠的能量而脫離共價鍵的束縛，成為自由自由電子電子，同時共價鍵上留下一個空位，稱為，同時共價鍵上留下一個空位，稱為空穴空穴。1.1.載流子、自由電子和空穴載流子、自由電子和空穴+4+4+4+4自由電子自由電子空穴空穴束縛電子束縛電子（價電子）（價電子）2.2.本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理+4+4+4+4+4+4+4+4在外界因素的作用下，在外界因素的作用下，空穴吸引附近的電子空穴吸引附近的電子來填補，結(jié)果相當(dāng)于來填補，結(jié)果相當(dāng)于空穴的遷移，效果相空穴的遷移，效果相當(dāng)于正電荷的移動，當(dāng)于正電荷的移動，因此可以認為空穴是因此可以認為空穴是載流子，能定向移動載流子，能定向移

7、動而形成電流。而形成電流。本征半導(dǎo)體中兩種載流子的數(shù)量相等，稱本征半導(dǎo)體中兩種載流子的數(shù)量相等，稱自由自由電子空穴對電子空穴對。溫度越高，載流子的濃度越高。因此本征半溫度越高，載流子的濃度越高。因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強，溫度是影響半導(dǎo)體性導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強，溫度是影響半導(dǎo)體性能的一個重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一能的一個重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一大特點大特點-半導(dǎo)體的半導(dǎo)體的熱敏性熱敏性。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成：本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成： （1 1）自由電子移動產(chǎn)生的電流。）自由電子移動產(chǎn)生的電流

8、。 （2 2）空穴移動產(chǎn)生的電流。）空穴移動產(chǎn)生的電流。（在本征半導(dǎo)體中（在本征半導(dǎo)體中 自由電子和空穴成對出現(xiàn)，自由電子和空穴成對出現(xiàn)，同時又不斷的復(fù)合）同時又不斷的復(fù)合）1-1-2 1-1-2 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)原子，在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)原子，形成雜質(zhì)半導(dǎo)體。雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能將發(fā)生形成雜質(zhì)半導(dǎo)體。雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能將發(fā)生顯著變化，其原因是摻雜半導(dǎo)體的某種載流子濃顯著變化，其原因是摻雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加。度大大增加。P P 型半導(dǎo)體：型半導(dǎo)體：空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也稱為空穴型半導(dǎo)體。稱為

9、空穴型半導(dǎo)體。N N 型半導(dǎo)體：型半導(dǎo)體：自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也稱為電子型半導(dǎo)體。也稱為電子型半導(dǎo)體。一、一、N N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體（本征半導(dǎo)體）中摻入少在硅或鍺晶體（本征半導(dǎo)體）中摻入少量的五價元素，如磷，晶體中的某些半導(dǎo)體量的五價元素，如磷，晶體中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)原子取代。由于磷原子的最外層原子被雜質(zhì)原子取代。由于磷原子的最外層有五個價電子，其中四個與相鄰的半導(dǎo)體原有五個價電子，其中四個與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價鍵，必定多出一個電子，這個電子形成共價鍵，必定多出一個電子，這個電子不受共價鍵的束縛，很容易被激發(fā)而成為子不受共

10、價鍵的束縛，很容易被激發(fā)而成為自由電子，這樣磷原子就成了不能移動的帶自由電子，這樣磷原子就成了不能移動的帶正電的離子；本征半導(dǎo)體電子和空穴成對出正電的離子；本征半導(dǎo)體電子和空穴成對出現(xiàn)的現(xiàn)象也被打破?，F(xiàn)的現(xiàn)象也被打破。+4+4+4+4+5+5+4+4多余多余電子電子磷原子磷原子N N 型半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體中的載流子有哪的載流子有哪些呢？些呢？（1 1）由磷原子提供的電子，濃度與磷原子相同。）由磷原子提供的電子，濃度與磷原子相同。（2 2）本征半導(dǎo)體中成對產(chǎn)生的電子和空穴。）本征半導(dǎo)體中成對產(chǎn)生的電子和空穴。一般情況下，摻雜濃度遠大于本征半導(dǎo)體中載流子濃一般情況下，摻雜濃度遠大于本征半導(dǎo)體中載流子

11、濃度，所以，自由電子濃度遠大于空穴濃度。在度，所以，自由電子濃度遠大于空穴濃度。在N N型半型半導(dǎo)體中，自由電子稱為導(dǎo)體中，自由電子稱為多數(shù)載流子多數(shù)載流子（多子多子），空穴稱），空穴稱為為少數(shù)載流子少數(shù)載流子（少子少子）。）。二、二、P P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體（本征半導(dǎo)體）中摻入少量的在硅或鍺晶體（本征半導(dǎo)體）中摻入少量的三價元素，如硼（或銦），晶體點陣中的某些半三價元素，如硼（或銦），晶體點陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)原子取代。硼原子的最外層有三導(dǎo)體原子被雜質(zhì)原子取代。硼原子的最外層有三個價電子，與相鄰的個價電子，與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價鍵時，半導(dǎo)體原子形成共價鍵時，產(chǎn)生一個空穴

12、。這個空穴產(chǎn)生一個空穴。這個空穴可能吸引束縛電子來填補，可能吸引束縛電子來填補，使得硼原子成為不能移動使得硼原子成為不能移動的帶負電的離子。的帶負電的離子。+4+4+4+4+3+3+4+4空穴空穴硼原子硼原子P P 型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子。三、雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意圖三、雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意圖P P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+N N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體小小 結(jié)結(jié)2.N2.N型半導(dǎo)體：電子是多子，其中大部分是摻雜提供型半導(dǎo)體：電子是多子，其中大部分是摻雜提供的電子；空穴是少子，少子的遷移也能形成電流，的電子；空穴是少子，少子的遷移也能形成電流，由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主

13、要是多子由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主要是多子。近近似認為多子與雜質(zhì)濃度相等。似認為多子與雜質(zhì)濃度相等。3.P3.P型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子。1. 1. 本征半導(dǎo)體中受激（熱激發(fā)即本征激發(fā)）產(chǎn)本征半導(dǎo)體中受激（熱激發(fā)即本征激發(fā)）產(chǎn)生的電子和空穴成對出現(xiàn)，數(shù)量很少。生的電子和空穴成對出現(xiàn)，數(shù)量很少。4.4.雜質(zhì)半導(dǎo)體：多子數(shù)（多子濃度）主要由摻雜濃雜質(zhì)半導(dǎo)體：多子數(shù)（多子濃度）主要由摻雜濃度決定，受溫度影響較??；而少子（少子濃度）主度決定，受溫度影響較??；而少子（少子濃度）主要由本征激發(fā)決定，所以受溫度影響較大。要由本征激發(fā)決定，所以受溫度影響較大。1-1

14、-3 PN 1-1-3 PN 結(jié)的形成結(jié)的形成在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造P P 型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和N N 型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流子的擴散，在它們的交界面處就形成子的擴散，在它們的交界面處就形成了了PN PN 結(jié)。結(jié)。P P 型半型半導(dǎo)體導(dǎo)體N N 型半型半導(dǎo)體導(dǎo)體+擴散運動擴散運動漂移運動漂移運動擴散的結(jié)果是使空間電荷區(qū)擴散的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬。逐漸加寬。內(nèi)電場越強，漂移運動內(nèi)電場越強，漂移運動越強。越強?？臻g電荷區(qū)，空間電荷區(qū)，也稱耗盡層。也稱耗盡層。內(nèi)電場內(nèi)電場E E漂移運動漂移運動P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+擴

15、散運動擴散運動內(nèi)電場內(nèi)電場E E所以擴散和漂移這一對相反的運動最終達到平衡，相當(dāng)于兩所以擴散和漂移這一對相反的運動最終達到平衡，相當(dāng)于兩個區(qū)之間沒有電荷運動，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。個區(qū)之間沒有電荷運動，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。1.1.空間電荷區(qū)中沒有多數(shù)載流子?？臻g電荷區(qū)中沒有多數(shù)載流子。2.2.空間電荷區(qū)中內(nèi)電場阻礙空間電荷區(qū)中內(nèi)電場阻礙P P區(qū)區(qū)中的空穴和中的空穴和N N區(qū)中的電子（區(qū)中的電子（都是多子都是多子）向?qū)Ψ竭\動（）向?qū)Ψ竭\動（擴擴散運動散運動）。）。3.3.P P 區(qū)中的電子和區(qū)中的電子和N N 區(qū)中的空穴（區(qū)中的空穴（都是少子都是少子）數(shù)量有限，因此由它們形成的電流很小

16、。數(shù)量有限，因此由它們形成的電流很小。小結(jié)小結(jié)(1) 加正向電壓（正偏）加正向電壓（正偏）電源正極接電源正極接P區(qū)，負極接區(qū)，負極接N區(qū)區(qū) 外電場的方向與內(nèi)電場方向相反。外電場的方向與內(nèi)電場方向相反。 外電場削弱內(nèi)電場外電場削弱內(nèi)電場 耗盡層變窄耗盡層變窄 擴散運動漂移運動擴散運動漂移運動多子多子擴散形成正向電流（與外電場方向一致）擴散形成正向電流（與外電場方向一致）I I F F+P型半導(dǎo)體+N型半導(dǎo)體+WER空間電荷區(qū)內(nèi)電場E正向電流正向電流 1-1-4 1-1-4 PN PN 結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?2) (2) 加反向電壓加反向電壓電源正極接電源正極接N N區(qū)，負極接區(qū)，負極接P

17、 P區(qū)區(qū) 外電場的方向與內(nèi)電場方向相同。外電場的方向與內(nèi)電場方向相同。 外電場加強內(nèi)電場外電場加強內(nèi)電場耗盡層變寬耗盡層變寬 漂移運動擴散運動漂移運動擴散運動少子漂移形成反向電流少子漂移形成反向電流I I R R+內(nèi)電場+E+EW+空 間 電 荷 區(qū)+R+IRP PN N在一定的溫度下，由本征激發(fā)產(chǎn)生的少子濃度是一定的，故在一定的溫度下，由本征激發(fā)產(chǎn)生的少子濃度是一定的，故I IR R基本上與外加基本上與外加反壓的大小無關(guān)，所以稱為反壓的大小無關(guān)，所以稱為反向飽和電流反向飽和電流。 PN PN結(jié)加正向電壓時，可以有較大的結(jié)加正向電壓時，可以有較大的正向擴散電流，即呈現(xiàn)低電阻，正向擴散電流，即呈

18、現(xiàn)低電阻， 我們稱我們稱PNPN結(jié)導(dǎo)通；結(jié)導(dǎo)通； PNPN結(jié)加反向電壓時，只有很小的反結(jié)加反向電壓時，只有很小的反向漂移電流，呈現(xiàn)高電阻，向漂移電流，呈現(xiàn)高電阻， 我們稱我們稱PNPN結(jié)結(jié)截止。截止。 這就是這就是PNPN結(jié)的單向?qū)щ娦?。結(jié)的單向?qū)щ娦?。本次課小結(jié)本次課小結(jié) 1 1、半導(dǎo)體與金屬導(dǎo)電的不同（載流子）。、半導(dǎo)體與金屬導(dǎo)電的不同（載流子）。 2 2、半導(dǎo)體的三大特性。、半導(dǎo)體的三大特性。 3 3、本征半導(dǎo)體、熱（本征）激發(fā)。、本征半導(dǎo)體、熱（本征）激發(fā)。 4 4、摻雜半導(dǎo)體、多子和少子。、摻雜半導(dǎo)體、多子和少子。 5 5、PNPN結(jié)的形成。結(jié)的形成。 6 6、PNPN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

19、。結(jié)的單向?qū)щ娦?。作業(yè)：作業(yè)：P.5. 1.1.3P.5. 1.1.3P.8. 1.2.1 1.2.2 1.2.3P.8. 1.2.1 1.2.2 1.2.31-2半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1-2-1 1-2-1 半導(dǎo)體二極管的基本結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體二極管的基本結(jié)構(gòu)PN PN 結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。引線（管腳）引線（管腳）外殼外殼觸絲線觸絲線基片基片點接觸型點接觸型PN結(jié)結(jié)面接觸型面接觸型PN二極管的電路符號：二極管的電路符號：陽極陽極a+陰極陰極k-1-2-2 1-2-2 伏安特性伏安特性反向擊穿反向擊穿電壓電壓UBR死區(qū)電壓，硅管約死區(qū)電壓，硅管

20、約0.5V,0.5V,鍺管約鍺管約0.2V0.2V導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降: : 硅管硅管0.60.60 0.8V,.8V,鍺鍺管管0.2 0.2 0.4V0.4V。反向飽和漏電流反向飽和漏電流V(V)I(mA)(A)二極管的反向擊穿簡介二極管的反向擊穿簡介1-2-3 1-2-3 主要參數(shù)主要參數(shù)1. 1. 最大整流電流最大整流電流 I IDMDM二極管長期使用時，允許流過二極管的最大二極管長期使用時，允許流過二極管的最大正向平均電流。正向平均電流。3. 3. 反向擊穿電壓反向擊穿電壓V VBRBR二極管反向擊穿時的電壓值。擊穿時反向電流二極管反向擊穿時的電壓值。擊穿時反向電流劇增，二極管的單向?qū)щ娦?/p>

21、被破壞，甚至過熱劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐?，甚至過熱而燒壞。手冊上給出的最高反向工作電壓而燒壞。手冊上給出的最高反向工作電壓V VBWMBWM一一般是般是V VBRBR的一半。的一半。2. 2. 反向工作峰值電壓反向工作峰值電壓V VBWMBWM保證二極管不被擊穿時的反向峰值電壓。保證二極管不被擊穿時的反向峰值電壓。4. 4. 反向電流反向電流 I IR R指二極管加反向峰值工作電壓時的反向電指二極管加反向峰值工作電壓時的反向電流。反向電流大，說明管子的單向?qū)щ娦粤?。反向電流大，說明管子的單向?qū)щ娦圆?，因此反向電流越小越好。反向電流受差，因此反向電流越小越好。反向電流受溫度的影響，溫度越?/p>

22、反向電流越大。硅溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流要比管的反向電流較小，鍺管的反向電流要比硅管大幾十到幾百倍。硅管大幾十到幾百倍。5. 微變電阻微變電阻 rDiDv vDIDVDQ iD v vDrD 是二極管特性曲線上工是二極管特性曲線上工作點作點Q 附近電壓的變化量附近電壓的變化量與電流的變化量之比：與電流的變化量之比：DDDivr顯然，顯然，rD是對是對Q附近的微小附近的微小變化區(qū)域內(nèi)的電阻。變化區(qū)域內(nèi)的電阻。6. 二極管的極間電容二極管的極間電容（結(jié)電容）（結(jié)電容）* *二極管的兩極間存在電容效應(yīng)，對應(yīng)的等效電容二極管的兩極間存在電容效應(yīng)，對應(yīng)的等效電

23、容由兩部分組成：由兩部分組成：勢壘電容勢壘電容CB和和擴散電容擴散電容CD。*勢壘電容：勢壘電容：勢壘區(qū)是積累空間電荷的區(qū)域，當(dāng)電壓變化勢壘區(qū)是積累空間電荷的區(qū)域，當(dāng)電壓變化時，就會引起積累在勢壘區(qū)的空間電荷的變化，這樣所表時，就會引起積累在勢壘區(qū)的空間電荷的變化，這樣所表現(xiàn)出的電容是現(xiàn)出的電容是勢壘電容勢壘電容。電容效應(yīng)：當(dāng)外加電壓發(fā)生變化時，耗盡層電容效應(yīng)：當(dāng)外加電壓發(fā)生變化時，耗盡層的寬度將隨之改變，即的寬度將隨之改變，即PNPN結(jié)中存儲的電荷量結(jié)中存儲的電荷量要隨之變化，就像電容充放電一樣。要隨之變化，就像電容充放電一樣。 當(dāng)外加正向電壓不當(dāng)外加正向電壓不同時，同時，PNPN結(jié)兩側(cè)堆積

24、結(jié)兩側(cè)堆積的少子的數(shù)量及濃度的少子的數(shù)量及濃度梯度也不同梯度也不同( (相當(dāng)于電相當(dāng)于電容的充放電容的充放電) )。+NPpLx濃濃度度分分布布耗耗盡盡層層NP區(qū)區(qū)區(qū)區(qū)中中空空穴穴區(qū)區(qū)中中電電子子區(qū)區(qū)濃濃度度分分布布nL電容效應(yīng)在交流信號作用下才會表現(xiàn)出來。電容效應(yīng)在交流信號作用下才會表現(xiàn)出來。擴散電容：擴散電容：為了形成正向為了形成正向電流（擴散電流），注入電流（擴散電流），注入P P 區(qū)的電子在區(qū)的電子在P P 區(qū)有濃度差，區(qū)有濃度差，越靠近越靠近PNPN結(jié)濃度越大，即結(jié)濃度越大，即在在P P 區(qū)有電子的積累。同區(qū)有電子的積累。同理，在理，在N N區(qū)有空穴的積累。區(qū)有空穴的積累。勢壘電容在

25、正偏和反偏時均不能忽略。而反向偏置勢壘電容在正偏和反偏時均不能忽略。而反向偏置時，由于少數(shù)載流子數(shù)目很少，可忽略擴散電容。時，由于少數(shù)載流子數(shù)目很少，可忽略擴散電容。PN結(jié)高頻小信號時的等效電路：結(jié)高頻小信號時的等效電路：勢壘電容和擴散勢壘電容和擴散電容的綜合效應(yīng)電容的綜合效應(yīng)rd 從二極管的主要參數(shù)從二極管的主要參數(shù)中可得出中可得出二極管單向?qū)щ娦允ФO管單向?qū)щ娦允〉膱龊霞霸驍〉膱龊霞霸?1 1、正向偏壓太低。（不足以克服死區(qū)、正向偏壓太低。（不足以克服死區(qū)電壓）電壓） 2 2、正向電流太大。（會使、正向電流太大。（會使PNPN結(jié)溫度過結(jié)溫度過高燒毀）高燒毀） 3 3、反向偏壓太高。

26、（造成反向擊穿）、反向偏壓太高。（造成反向擊穿） 4 4、工作頻率太高。（使結(jié)電容容抗下、工作頻率太高。（使結(jié)電容容抗下降而反向不截止）降而反向不截止）實際二極管：實際二極管：死區(qū)電壓死區(qū)電壓 0.5V0.5V，正向壓降，正向壓降 0.7V(0.7V(硅二極管硅二極管) )理想二極管：理想二極管：死區(qū)電壓死區(qū)電壓=0 =0 ，正向壓降，正向壓降=0=0 RLuiuouiuott二極管的應(yīng)用舉例二極管的應(yīng)用舉例1 1：二極管半波整流二極管半波整流實際應(yīng)用中利用二極管的單向?qū)щ娦?，典型?yīng)用有整流、限幅、保護等。實際應(yīng)用中利用二極管的單向?qū)щ娦裕湫蛻?yīng)用有整流、限幅、保護等。二極管的應(yīng)用舉例二極管的

27、應(yīng)用舉例2 2：波形轉(zhuǎn)換：波形轉(zhuǎn)換tttuiuRuoRRLuiuRuo 1-3 特殊二極管特殊二極管1-3-11-3-1穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管VIIZIZmax UZ IZ曲線越陡，曲線越陡，電壓越穩(wěn)電壓越穩(wěn)定。定。+-UZ動態(tài)電阻：動態(tài)電阻：ZZIUZrr rz z越小，穩(wěn)壓越小，穩(wěn)壓性能越好。性能越好。（4 4）穩(wěn)定電流）穩(wěn)定電流I IZ Z ，最大、最小穩(wěn)定電流，最大、最小穩(wěn)定電流I Izmaxzmax、I Izminzmin。（5 5）最大允許功耗）最大允許功耗maxZZZMIUP穩(wěn)壓二極管的參數(shù)穩(wěn)壓二極管的參數(shù): :（1 1）穩(wěn)定電壓）穩(wěn)定電壓 U UZ Z（2 2）電壓溫度系數(shù)）電壓

28、溫度系數(shù) V V（%/%/） 穩(wěn)壓值受溫度變化影響的系數(shù)。穩(wěn)壓值受溫度變化影響的系數(shù)。（3 3）動態(tài)電阻）動態(tài)電阻ZZIUZr穩(wěn)壓管只有與適當(dāng)?shù)碾娮柽B接才能起到穩(wěn)壓作用。穩(wěn)壓管只有與適當(dāng)?shù)碾娮柽B接才能起到穩(wěn)壓作用。VIIZIZmax UZ IZUZiUIZIZULR0URR叫限流電阻，使流經(jīng)穩(wěn)壓二極管的電流在其安全范圍內(nèi)。叫限流電阻，使流經(jīng)穩(wěn)壓二極管的電流在其安全范圍內(nèi)。穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用舉例穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用舉例UoiZDZRiLiUiRL5mA 20mA, V,10minmaxzzzIIV穩(wěn)壓管的技術(shù)參數(shù)穩(wěn)壓管的技術(shù)參數(shù): : k2LR解：令輸入電壓達到上限時，流過穩(wěn)壓管的電流為解：令輸入電壓

29、達到上限時，流過穩(wěn)壓管的電流為I Iz zmax max mA25maxLZzRUIi10252 . 1RUiRVzi方程方程1 1要求當(dāng)輸入電壓由正常值發(fā)生要求當(dāng)輸入電壓由正常值發(fā)生 20%20%波動時，負載電壓基本不變。波動時，負載電壓基本不變。求：電阻求：電阻R R和輸入電壓和輸入電壓 V Vi i 的正常值。的正常值。令輸入電壓降到下限時，流過穩(wěn)壓管的電流為令輸入電壓降到下限時，流過穩(wěn)壓管的電流為I Iz zmin min 。mA10minLZzRUIi10108 . 0RUiRVzi方程方程2 2聯(lián)立方程聯(lián)立方程1 1、2 2，可得：，可得：k5 . 0,V75.18RUi選擇限流電

30、阻阻值的原則選擇限流電阻阻值的原則 1 1、當(dāng)輸入電壓最大而負載要求的電流、當(dāng)輸入電壓最大而負載要求的電流最小時，流過穩(wěn)壓二極管的電流最大，最小時，流過穩(wěn)壓二極管的電流最大，此時限流電阻要保證流過穩(wěn)壓二極管此時限流電阻要保證流過穩(wěn)壓二極管的電流小于最大電流；的電流小于最大電流； 2 2、當(dāng)輸入電壓最小而負載要求的電流、當(dāng)輸入電壓最小而負載要求的電流最大時，流過穩(wěn)壓二極管的電流最小，最大時，流過穩(wěn)壓二極管的電流最小，此時限流電阻要保證流過穩(wěn)壓二極管此時限流電阻要保證流過穩(wěn)壓二極管的電流大于最小電流。的電流大于最小電流。1-3-2光電二極管光電二極管反向電流隨光照強度的增加而上升。反向電流隨光照強

31、度的增加而上升。IV照度增加照度增加光電流、暗電流光電流、暗電流1-3-3發(fā)光二極管發(fā)光二極管有正向電流流過有正向電流流過時，發(fā)出一定波長時，發(fā)出一定波長范圍的光。目前的范圍的光。目前的發(fā)光二極管可以發(fā)發(fā)光二極管可以發(fā)出從紅外到可見波出從紅外到可見波段的光；電特性與段的光；電特性與一般二極管類似。一般二極管類似。1 1半導(dǎo)體中有兩種載流子：電子和空穴。電子帶負電半導(dǎo)體中有兩種載流子：電子和空穴。電子帶負電，空穴帶正電。在純凈半導(dǎo)體中摻入不同的雜質(zhì)，可，空穴帶正電。在純凈半導(dǎo)體中摻入不同的雜質(zhì)，可以得到以得到N N型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和P P型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。2 2采用一定的工藝，使采用一定的工

32、藝，使P P型和型和N N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起型半導(dǎo)體結(jié)合在一起，就形成了，就形成了PNPN結(jié)。結(jié)。PNPN結(jié)的基本特點是單向?qū)щ?。結(jié)的基本特點是單向?qū)щ姟? 3二極管是由一個二極管是由一個PNPN結(jié)構(gòu)成的。結(jié)構(gòu)成的。半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件( (二極管二極管) )部分內(nèi)容小結(jié)部分內(nèi)容小結(jié)二極管的分析模型：二極管的分析模型：理想二極管模型、特性曲線折線近似（導(dǎo)通電理想二極管模型、特性曲線折線近似（導(dǎo)通電阻不為阻不為0 0）、恒壓源模型（導(dǎo)通電阻為）、恒壓源模型（導(dǎo)通電阻為0 0）例例1：二極管構(gòu)成的限幅電路如圖所示，二極管構(gòu)成的限幅電路如圖所示，R R1k1k，U UREFREF=2V=2V，輸入信

33、，輸入信號為號為u ui i。 (1)(1)若若 u ui i為為4V4V的直流信號，分別采用理想二極管模型、恒壓源模型的直流信號，分別采用理想二極管模型、恒壓源模型計算電流計算電流I I和輸出電壓和輸出電壓u uo o+-+UIuREFRiuO解：解：（1 1）采用理想模型分析。）采用理想模型分析。 采用恒壓源模型分析。采用恒壓源模型分析。mA2k12VV4REFiRUuIV2REFoUumA3 . 1k1V7 . 02VV4DREFiRUUuI2.7V0.7VV2DREFoUUu例題例題（2 2）如果）如果u ui i為幅度為幅度4V4V的交流三角波，波形如圖所示，分別采用理想的交流三角波

34、，波形如圖所示，分別采用理想二極管模型和恒壓源模型分析電路并畫出相應(yīng)的輸出電壓波形。二極管模型和恒壓源模型分析電路并畫出相應(yīng)的輸出電壓波形。+-+UIuREFRiuO解：解：采用理想二極管采用理想二極管模型分析。波形如右所示。模型分析。波形如右所示。0-4V4Vuit2V2Vuot02.7Vuot0-4V4Vuit2.7V 采用恒壓源模型分析采用恒壓源模型分析，波形如右所示。，波形如右所示。+-+UIuREFRiuO例例2:2:在下圖中在下圖中, ,試求以下幾種情況的端電壓試求以下幾種情況的端電壓V VY Y及各及各元件流過的電流元件流過的電流: :(1)U(1)UA A=10V,U=10V,

35、UB B=0V;=0V;0BDImAAARVIIVVUYRDYA1101109999110933解解: :忽略二極管的導(dǎo)通壓降：忽略二極管的導(dǎo)通壓降：(1)二極管優(yōu)先導(dǎo)通，則反向偏置，截止，ADIUAUBBDI1K1K R9kRIA(2)U(2)UA A=6V,U=6V,UB B=5.8V;=5.8V;VVVUY8 . 559. 591111118 . 516設(shè)兩管均導(dǎo)通，應(yīng)用結(jié)點電流法可得：UAUBBDI1K1K R9kRIAmAAAImAAAImAAAIRDDBA62. 01062. 010959. 521. 01021. 010159. 58 . 541. 01041. 010159.

36、56333333可見DB管也確能導(dǎo)通.例例3 3：兩個穩(wěn)壓管兩個穩(wěn)壓管, ,穩(wěn)定電壓分別為穩(wěn)定電壓分別為5.5V5.5V和和8.5V,8.5V,正向?qū)▔航嫡驅(qū)▔航刀际嵌际?.5V,0.5V,如果要得到如果要得到0.5V0.5V、3V3V、6V6V、9V9V和和14V14V應(yīng)如何連接應(yīng)如何連接? ?解解: :電路如下列所示，分別可以得到題意要求的穩(wěn)壓值：電路如下列所示，分別可以得到題意要求的穩(wěn)壓值：例例3 3：兩個穩(wěn)壓管兩個穩(wěn)壓管, ,穩(wěn)定電壓分別為穩(wěn)定電壓分別為5.5V5.5V和和8.5V,8.5V,正向?qū)▔航嫡驅(qū)▔航刀际嵌际?.5V,0.5V,如果要得到如果要得到0.5V0.5V

37、、3V3V、6V6V、9V9V和和14V14V應(yīng)如何連接應(yīng)如何連接? ?解解: :電路如下列所示，分別可以得到題意要求的穩(wěn)壓值：電路如下列所示，分別可以得到題意要求的穩(wěn)壓值：R+-UiDz10.5V+-RRDZ1Dz2Ui-3V+-+-UiRDz1Dz2+6V-+Ui-RDz1Dz2+9V-+Ui-R+14v-二極管模型：理想二極管、理想二極管二極管模型：理想二極管、理想二極管串聯(lián)電壓源（恒壓降）、折線模型、恒串聯(lián)電壓源（恒壓降）、折線模型、恒壓降串聯(lián)電阻（考慮壓降的折線模型）、壓降串聯(lián)電阻（考慮壓降的折線模型）、用數(shù)字公式近似描述的二極管伏安特性：用數(shù)字公式近似描述的二極管伏安特性：舉例：舉

38、例：P.27. 1.8P.27. 1.81TDVvsDeIi本次課內(nèi)容本次課內(nèi)容 二極管的結(jié)構(gòu)和伏安特性二極管的結(jié)構(gòu)和伏安特性 二極管的主要參數(shù)。二極管的主要參數(shù)。 二極管單向?qū)щ娦允〉膱龊霞霸?。二極管單向?qū)щ娦允〉膱龊霞霸颉?二極管的幾種分析模型。二極管的幾種分析模型。 特殊二極管特殊二極管 二極管應(yīng)用舉例。二極管應(yīng)用舉例。作業(yè)：作業(yè)：P.15. 1.3.1 1.3.2P.15. 1.3.1 1.3.2P.17. 1.4.1P.17. 1.4.1P.25. 1.1 1.3P.25. 1.1 1.3 上次課內(nèi)容：上次課內(nèi)容：1 1、二極管的結(jié)構(gòu)和伏安特性、二極管的結(jié)構(gòu)和伏安特性2 2、

39、二極管的主要參數(shù)及二極管單向?qū)щ娦允〉膱觥⒍O管的主要參數(shù)及二極管單向?qū)щ娦允〉膱龊霞霸?。合及原因? 3、特殊二極管。、特殊二極管。4 4、二極管分析模型及應(yīng)用舉例。、二極管分析模型及應(yīng)用舉例。用萬用表檢測二極管的好壞及極性用萬用表檢測二極管的好壞及極性 萬用表歐姆檔，黑表筆對應(yīng)于表內(nèi)電萬用表歐姆檔，黑表筆對應(yīng)于表內(nèi)電池的正極，而紅表筆對應(yīng)于表內(nèi)電池池的正極，而紅表筆對應(yīng)于表內(nèi)電池的負極。的負極。 二極管正偏時導(dǎo)通，呈現(xiàn)的電阻阻值二極管正偏時導(dǎo)通，呈現(xiàn)的電阻阻值較小。較小。 二極管反偏時截止，呈現(xiàn)的電阻阻值二極管反偏時截止，呈現(xiàn)的電阻阻值較大。較大。1-4-1 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)-BEC

40、NNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極NPN型型PNP集電極集電極基極基極發(fā)射極發(fā)射極BCEPNP型型 1-4 1-4 半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管BECNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極基區(qū)：較基區(qū)：較薄，摻雜薄，摻雜濃度低濃度低集電結(jié)：集電結(jié)：面積較面積較大大發(fā)射區(qū)：發(fā)射區(qū)：摻雜濃度摻雜濃度較高較高BECNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電結(jié)BECIBIEICNPNNPN型三極管型三極管BECIBIEICPNPPNP型三極管型三極管符號符號三極管的結(jié)構(gòu)特點：三極管的結(jié)構(gòu)特點：基區(qū)特別薄，發(fā)射區(qū)基區(qū)特別薄，發(fā)射區(qū)摻雜濃度特別高，集電結(jié)面積特別大。摻雜濃度特別高，集電結(jié)

41、面積特別大。 一、實驗測試方法一、實驗測試方法ICmA AVVUCEUBERBIBECEB1-4-2 1-4-2 電流分配和放大原理電流分配和放大原理結(jié)論結(jié)論: :1. IE=IC+IB)(1.2電流放大倍數(shù)常數(shù)BCBCBCBCIIIIIIII3. IB=0時時, IC=ICEO（穿透電流）（穿透電流）4 4. .要使晶體三極管處于放大狀態(tài)要使晶體三極管處于放大狀態(tài), ,發(fā)射結(jié)必須正偏發(fā)射結(jié)必須正偏, ,集電結(jié)必須反偏。集電結(jié)必須反偏。二二. 電流放大原理電流放大原理*BECNNPEBRBECIE基區(qū)空穴向發(fā)基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)的擴散可射區(qū)的擴散可忽略。忽略。IBE進入基區(qū)的電子少部分進入基區(qū)的電

42、子少部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，形與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成復(fù)合電流成復(fù)合電流IBE ，多數(shù)擴，多數(shù)擴散到集電結(jié)。散到集電結(jié)。發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子不發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴散，斷向基區(qū)擴散，形成發(fā)射極電形成發(fā)射極電流流IE。BECNNPEBRBECIE集電結(jié)反偏，集電區(qū)少子漂集電結(jié)反偏，集電區(qū)少子漂移形成的反向電流移形成的反向電流I ICBOCBO。ICBOIC=ICE+ICBO ICEIBEICE從發(fā)射區(qū)擴散來的電子從發(fā)射區(qū)擴散來的電子作為基區(qū)的少子，漂移作為基區(qū)的少子，漂移進入集電結(jié)而被收集，進入集電結(jié)而被收集，形成形成I ICECE。IB=IBE-ICBO IBEIBBECNNPEBR

43、BECIEICBOICEIC=ICE+ICBO ICEIBEICE與與IBE之比稱為電流放大倍數(shù)之比稱為電流放大倍數(shù)BCCBOBCBOCBECEIIIIIIII無數(shù)次試驗發(fā)現(xiàn)：無數(shù)次試驗發(fā)現(xiàn)：漂移到集電區(qū)的電子數(shù)（或其變化漂移到集電區(qū)的電子數(shù)（或其變化量）與在基區(qū)復(fù)合的電子數(shù)（或其變化量）總成比例，量）與在基區(qū)復(fù)合的電子數(shù)（或其變化量）總成比例，即即ICE與與IBE之比為一常數(shù)，稱作電流放大倍數(shù)。之比為一常數(shù)，稱作電流放大倍數(shù)。一一.輸入特性輸入特性UCE 1VIB( A)UBE(V)204060800.40.8工作壓降：工作壓降： 硅管硅管UBE 0.60.7V,鍺管鍺管UBE 0.20.3V。UCE=0VUCE =0.5V 死區(qū)電壓，硅死區(qū)電壓，硅管約管約0.5V，鍺，鍺管約管約0.1V。1-4-3 特性曲線特性曲線二、二、輸出特性輸出特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此區(qū)域滿足此區(qū)域滿足IC= IB，稱為稱為線性區(qū)（放大線性區(qū)（放大區(qū)）。區(qū)）。當(dāng)當(dāng)VCE大于一定的數(shù)大于一定的數(shù)值時，值時，IC只與只與IB有關(guān)：有關(guān)：IC= IB。IC(mA )1234VCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此區(qū)域中此區(qū)域中VCE VBE,集集電結(jié)正偏，集電極電電結(jié)