電子電路下半年P(guān)PT學(xué)習(xí)教案

1、會計(jì)學(xué)1電子電路下半年電子電路下半年溫度越高，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(qiáng)，溫度是影響半導(dǎo)體性導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)，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(diǎn)。大特點(diǎn)。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. 自由電子移動產(chǎn)生的電流。自由電子移動產(chǎn)生的電流。 2. 空穴移動產(chǎn)生的電流。空穴移動產(chǎn)生的電流。第1頁/共85頁 在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量雜質(zhì)元素后的在本征半導(dǎo)體中摻入某

2、些微量雜質(zhì)元素后的半導(dǎo)體稱為半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體。1.1. N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入五價雜質(zhì)元素，例在本征半導(dǎo)體中摻入五價雜質(zhì)元素，例如磷，砷等，稱為如磷，砷等，稱為N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體。 第2頁/共85頁N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體多余電子多余電子磷原子磷原子硅原子硅原子+4+4+4+4+4+4+4+4+5多數(shù)載流子多數(shù)載流子自由電子自由電子少數(shù)載流子少數(shù)載流子 空穴空穴+N型半導(dǎo)體施主離子施主離子自由電子自由電子電子空穴對電子空穴對第3頁/共85頁 在本征半導(dǎo)體中摻入三價雜質(zhì)元素，如硼、鎵等。在本征半導(dǎo)體中摻入三價雜質(zhì)元素，如硼、鎵等。空穴空穴硼原子硼原子硅原子硅原子+4+4+

3、4+4+4+4+3+4+4多數(shù)載流子多數(shù)載流子 空穴空穴少數(shù)載流子少數(shù)載流子自由電子自由電子P型半導(dǎo)體受主離子受主離子空穴空穴電子空穴對電子空穴對2.2. P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體第4頁/共85頁雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意圖雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意圖+N型半導(dǎo)體多子多子電子電子少子少子空穴空穴P型半導(dǎo)體多子多子空穴空穴少子少子電子電子少子濃度少子濃度與溫度有關(guān)與溫度有關(guān)多子濃度多子濃度與摻雜有關(guān)與摻雜有關(guān)第5頁/共85頁內(nèi)電場E因多子濃度差因多子濃度差形成內(nèi)電場形成內(nèi)電場多子的擴(kuò)散多子的擴(kuò)散 空間電荷區(qū)空間電荷區(qū) 阻止多子擴(kuò)散，促使少子漂移。阻止多子擴(kuò)散，促使少子漂移。PNPN結(jié)合結(jié)合+P型半導(dǎo)體+N型半導(dǎo)體+空間電

4、荷區(qū)空間電荷區(qū)多子擴(kuò)散電流多子擴(kuò)散電流少子漂移電流少子漂移電流耗盡耗盡層層 1 . PN結(jié)的形成結(jié)的形成 第6頁/共85頁2. PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?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(fù)極接區(qū)，負(fù)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(kuò)散運(yùn)動漂移運(yùn)動擴(kuò)散運(yùn)動漂移運(yùn)動多子多子擴(kuò)散形成正向電流擴(kuò)散形成正向電流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正向電流正向電流第7頁/共85頁(2) 加反向電壓加反向電壓電源正極接電源正極接N區(qū)，負(fù)極接

5、區(qū)，負(fù)極接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(qiáng)內(nèi)電場外電場加強(qiáng)內(nèi)電場 耗盡層變寬耗盡層變寬 漂移運(yùn)動擴(kuò)散運(yùn)動漂移運(yùn)動擴(kuò)散運(yùn)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+IRPN 在一定的溫度下，由本在一定的溫度下，由本征激發(fā)產(chǎn)生的少子濃度是征激發(fā)產(chǎn)生的少子濃度是一定的，故一定的，故IR基本上與外基本上與外加反壓的大小無關(guān)加反壓的大小無關(guān)，所以所以稱為稱為反向飽和電流反向飽和電流。但。但I(xiàn)R與溫度有關(guān)。與溫度有關(guān)。 第8頁/共85頁 PN結(jié)加正向電壓時，具有較大的正向結(jié)加正向電壓時，具有較大的正向擴(kuò)

6、散電流，呈現(xiàn)低電阻，擴(kuò)散電流，呈現(xiàn)低電阻， PN結(jié)導(dǎo)通；結(jié)導(dǎo)通； PN結(jié)加反向電壓時，具有很小的反向結(jié)加反向電壓時，具有很小的反向漂移電流，呈現(xiàn)高電阻，漂移電流，呈現(xiàn)高電阻， PN結(jié)截止。結(jié)截止。 由此可以得出結(jié)論：由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)ЫY(jié)具有單向?qū)щ娦浴ｋ娦?。?頁/共85頁3. PN結(jié)結(jié)的伏安特性曲線及表達(dá)式的伏安特性曲線及表達(dá)式 根據(jù)理論推導(dǎo)，根據(jù)理論推導(dǎo)，PNPN結(jié)的伏安特性曲線如圖結(jié)的伏安特性曲線如圖正偏正偏I(xiàn)F（多子擴(kuò)散（多子擴(kuò)散）IR（少子漂移）（少子漂移）反偏反偏反向飽和電流反向飽和電流反向擊穿電壓反向擊穿電壓反向擊反向擊穿穿熱擊穿熱擊穿燒壞燒壞PN結(jié)結(jié)電擊穿電擊穿

7、可逆可逆第10頁/共85頁2.2 2.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 二極管二極管 = PN結(jié)結(jié) + 管殼管殼 + 引線引線NP結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)符號符號陽極陽極+陰陰極極-第11頁/共85頁二極管的模型二極管的模型iuDU+-uiDUDU串聯(lián)電壓源模型串聯(lián)電壓源模型DUu DUu U D 二極管的導(dǎo)通壓降。硅管二極管的導(dǎo)通壓降。硅管 0.7V；鍺管；鍺管 0.2V。理想二極管模型理想二極管模型ui正偏正偏反偏反偏-+iu導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降二極管的二極管的VA特性特性-+iuiu0第12頁/共85頁（2）如果）如果ui為幅度為幅度4V的交流三角波，波形如圖（的交流三角波，波形如圖（b）所）所示，分別采用理想

8、二極管模型和理想二極管串聯(lián)電壓源模示，分別采用理想二極管模型和理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析電路并畫出相應(yīng)的輸出電壓波形。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。波形如圖所示。模型分析。波形如圖所示。0-4V4Vuit2V2Vuot第13頁/共85頁02.7Vuot0-4V4Vuit2.7V 采用理想二極管串聯(lián)采用理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析，波形電壓源模型分析，波形如圖所示。如圖所示。+-+UIuREFRiuO第14頁/共85頁二極管：二極管：死區(qū)電壓死區(qū)電壓=0 .5V，正向壓降，正向壓降 0.7V(硅二極管硅二極管) 理想

9、二極管：理想二極管：死區(qū)電壓死區(qū)電壓=0 ，正向壓降，正向壓降=0 RLuiuouiuott二極管的應(yīng)用舉例二極管的應(yīng)用舉例1：二極管半波整流二極管半波整流第15頁/共85頁D 2D 1R+_Vi+_Vo1.4Vvo第16頁/共85頁D1D2R+_+_0.7V-0.7Vvo第17頁/共85頁RLR1D1D2D3D4+_Vi+_Vovivo D3D4D2D1vo第18頁/共85頁NPN型PNP型符號符號:-bce-ebc 三極管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)三極管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):（1）發(fā)射區(qū)的摻雜濃度集電區(qū)摻雜濃度。）發(fā)射區(qū)的摻雜濃度集電區(qū)摻雜濃度。（2）基區(qū)要制造得很薄且濃度很低。）基區(qū)要制造得很薄且濃度很低。-NN

10、P發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié) 集電結(jié)ecb發(fā)射極集電極基極-PPN發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié) 集電結(jié)ecb發(fā)射極集電極基極第19頁/共85頁2021-10-17若在放大工作狀態(tài)若在放大工作狀態(tài)：發(fā)射結(jié)正偏：發(fā)射結(jié)正偏：+UCE UBEUCB集電結(jié)反偏：集電結(jié)反偏：由由VBB保證保證由由VCC、 VBB保證保證UCB=UCE - UBE 0NNPBBVCCVRbRCebc共發(fā)射極接法共發(fā)射極接法c區(qū)區(qū)b區(qū)區(qū)e區(qū)區(qū)第20頁/共85頁1BJT內(nèi)部的載流子傳輸過程內(nèi)部的載流子傳輸過程N(yùn)NPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBI第21頁/共85頁NNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBICNI

11、CICBOI 另外，集電結(jié)區(qū)另外，集電結(jié)區(qū)的少子形成漂移的少子形成漂移電流電流ICBO。第22頁/共85頁三三. BJT. BJT的特性曲線（的特性曲線（共發(fā)射極接法）共發(fā)射極接法）(1) (1) 輸入特性曲線輸入特性曲線 iB=f(uBE) uCE=const+i-uBE+-uBTCE+Ci0.40.2i(V)(uA)BE80400.80.6Bu=0VuCE 1VCEu（3）uCE 1V再增加時，曲線右移很不明顯。再增加時，曲線右移很不明顯。（2）當(dāng)）當(dāng)uCE=1V時，時， 集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀態(tài)，開始收集電子，所以基區(qū)復(fù)集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀態(tài)，開始收集電子，所以基區(qū)復(fù)合減少，合減少， 在同一在

12、同一uBE 電壓下，電壓下，iB 減小。特性曲線將向右稍微移動一些減小。特性曲線將向右稍微移動一些。死區(qū)電壓死區(qū)電壓硅硅 0.5V鍺鍺 0.1V導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降硅硅 0.7V鍺鍺 0.2V第23頁/共85頁（1）當(dāng)）當(dāng)uCE=0 V時，因集電極無收集作用，時，因集電極無收集作用，iC=0。（2） uCE Ic 。 （3） 當(dāng)當(dāng)uCE 1V后，后，收集電子的能力足夠收集電子的能力足夠強(qiáng)。這時，發(fā)射到基強(qiáng)。這時，發(fā)射到基區(qū)的電子都被集電極區(qū)的電子都被集電極收集，形成收集，形成iC。所以。所以uCE再增加，再增加，iC基本?；颈３植蛔?。持不變。同理，可作出同理，可作出iB=其他值的曲線。其他值的曲

13、線。 iCCE(V)(mA)=60uAIBu=0BBII=20uABI=40uAB=80uAI=100uAIB第24頁/共85頁表示IB一定時，iC與vCE之間的變化關(guān)系。BI)(CECvfi 放放大大區(qū)區(qū)飽飽和和區(qū)區(qū)截止區(qū)0uA100uA80uA60uA40uA20uAICBOvCEic64224681012VCE=VBE0(1) 放大區(qū)放大區(qū)JE正偏，正偏，JC反偏反偏，對應(yīng)一個IB，iC基本不隨vCE增大，IC= IB 。處于放大區(qū)的三極管相當(dāng)于一個電流控制電流源。(2) 截止區(qū)：對應(yīng)IB0的區(qū)域， JC和和JE都反偏都反偏， IB= IC =0第25頁/共85頁(3) 飽和區(qū)對應(yīng)于vC

14、EvBE的區(qū)域，集電結(jié)處于正偏，吸引電子的能力較弱。隨著vCE增加，集電結(jié)吸引電子能力增強(qiáng)，iC增大。JC和和JE都正偏，都正偏， VCES約等于約等于0.3V，IC1/Ce時，在射極電路中，可忽略Re，只剩下Ce第67頁/共85頁全頻段總電壓放大倍數(shù)的復(fù)數(shù)形式為:HL2L2L1L1sMs/+11/+1/+1/=fjffjffjffjffjfAAvvbeLbebsbebArRrRRrRvsM /+/-=0如果兩個下限頻率fL1 、 fL2相差4倍以上，可取大者作為電路的下限截止頻率fL1，否則只能按定義求fL第68頁/共85頁HLHBWffff-= :帶寬beLbebsbebebbbbsHvM

15、rRrRRrRCrrRRfA /+/)/+ /(21 :0增益帶寬積所以，三極管一旦選定，帶寬增益積就確定下來，放大倍數(shù)增大多少倍，帶寬就減少多少倍第69頁/共85頁例題：例題：第70頁/共85頁（2）求電壓放大倍數(shù)：）求電壓放大倍數(shù)：第71頁/共85頁CE的作用：交流通路中，的作用：交流通路中， CE將將RE短路，短路，RE對交流不起作用，放大倍數(shù)不受影響對交流不起作用，放大倍數(shù)不受影響。問題：問題：如果去掉如果去掉CE，放大倍數(shù)怎樣？，放大倍數(shù)怎樣？I1I2IBRB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo第72頁/共85頁去掉去掉 CE 后的交流通路和微變等效電路：后的交流通路和微變

16、等效電路：)1 (/EbeBiRrRrrbeRCRLoUREiUiIbIcIbIRBEbbebiRIrIU)1 (LboRIUEbeLuRrRA)1 (RB1RCRLuiuoRB2RE第73頁/共85頁用加壓求流法求輸出電阻。用加壓求流法求輸出電阻。IUbIcIrbeRCREbIRBRSbI)1 (0)1 ()(21EbbeBBSbRIrR/R/RI0bI0cICoRr 可見，去掉可見，去掉CE后，放大倍數(shù)減小、輸出電阻后，放大倍數(shù)減小、輸出電阻不變，但輸入電阻增大了。不變，但輸入電阻增大了。第74頁/共85頁RB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2如果電路如下圖所示，如何

17、分析？如果電路如下圖所示，如何分析？第75頁/共85頁RB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2動態(tài)分析：動態(tài)分析：交流通交流通路路RB1RCRLuiuoRB2RE1第76頁/共85頁交流通路：交流通路：RB1RCRLuiuoRB2RE1微變等效電路：微變等效電路：rbeRCRLoURE1iUiIbIcIbIRB第77頁/共85頁I1I2IBRB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2I1I2IBRB1+ECRCTRB2RE1RE2靜態(tài)分析：靜態(tài)分析：直流通直流通路路第78頁/共85頁RB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2動態(tài)分析：動態(tài)分析：交流通交流通路路RB1RCRLuiuoRB2RE1第79頁/共85頁交流通路：交流通路：RB1RCRLuiuoRB2RE1微變等效電路：微變等效電路：rbeRCRLoURE1iUiIbIcIbIRB第80頁/共85頁共集電極放大電路（共集電極放大電路（P43)RB+ECC1C2RERLuiuoRB+ECRE直流通道直流通道第81頁/共85頁1.,)1 (LbeRr所以所以，1uA但是，輸出電流但是，輸出電流Ie增加了。增加了。2. 輸入輸出同相，輸出電壓跟隨輸入電壓輸入輸出同相，輸出電壓跟隨輸入電壓，故稱，故稱電壓跟隨器電壓跟隨器