模擬電子技術(shù)：第1講 緒論和二極管

1、 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué) 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)緒緒 論論 一、課程的性質(zhì)一、課程的性質(zhì) 電子技術(shù)是研究電子技術(shù)是研究電子器件、電子電路和電子系統(tǒng)及其電子器件、電子電路和電子系統(tǒng)及其應(yīng)用應(yīng)用的科學(xué)技術(shù)。的科學(xué)技術(shù)。 三、什么是電子器件和電子技術(shù)三、什么是電子器件和電子技術(shù)二、課程的特點(diǎn)二、課程的特點(diǎn)1 1 內(nèi)容豐富，涉及面寬。內(nèi)容豐富，涉及面寬。 2 2 實(shí)踐性強(qiáng)實(shí)踐性強(qiáng) 3 3 工程近似計(jì)算工程近似計(jì)算 四、課程的研究對(duì)象四、課程的研究對(duì)象 模擬信號(hào)模擬信號(hào) 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)什么是信號(hào)什么是信號(hào)?

2、 ?信號(hào)是信息的載體。信號(hào)是信息的載體。在時(shí)間上和幅值上均具有連續(xù)性的信號(hào)。在時(shí)間上和幅值上均具有連續(xù)性的信號(hào)。 本書主要研究對(duì)象本書主要研究對(duì)象：（四個(gè)基本：（四個(gè)基本）基本概念、基本原理、基本分析方法及基本應(yīng)用基本概念、基本原理、基本分析方法及基本應(yīng)用 五、學(xué)習(xí)中注意些什么五、學(xué)習(xí)中注意些什么 1 1 掌握基本概念掌握基本概念 2 2 基本單元電路基本單元電路 3 3 基本分析方法基本分析方法 4 4 基本規(guī)律基本規(guī)律什么是模擬信號(hào)呢什么是模擬信號(hào)呢? ? 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)第一章第一章 半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件第二章第二章 基本單元電路基本單元電路第三章第三

3、章 多級(jí)放大電路與頻率響應(yīng)多級(jí)放大電路與頻率響應(yīng)第四章第四章 集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器第五章第五章 功率放大電路功率放大電路第六章第六章 放大電路中的反饋放大電路中的反饋第七章第七章 集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用第八章第八章 信號(hào)發(fā)生電路信號(hào)發(fā)生電路第九章第九章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源章節(jié)劃分與學(xué)時(shí)分配章節(jié)劃分與學(xué)時(shí)分配6 6學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)1212學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)4 4學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)2 2學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)4 4學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)8 8學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)1010學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)4 4學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)6 6學(xué)時(shí)學(xué)時(shí) 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)第一章第一章 半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件第一節(jié)第一節(jié) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)

4、第二節(jié)第二節(jié) 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管第三節(jié)第三節(jié) 半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管第四節(jié)第四節(jié) 場(chǎng)效應(yīng)晶體管（場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FETFET）本章教學(xué)主要內(nèi)容本章教學(xué)主要內(nèi)容 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)第一節(jié)第一節(jié) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí) 一、本征半導(dǎo)體一、本征半導(dǎo)體 1 1 半導(dǎo)體及其特點(diǎn)半導(dǎo)體及其特點(diǎn) （1 1）定義：）定義： （2 2）特點(diǎn)：）特點(diǎn)： 光敏特性、熱敏特性光敏特性、熱敏特性 、摻雜特性、摻雜特性 導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)，物質(zhì)，如硅如硅(Si)(Si)、鍺、鍺( (GeGe) )。本征半導(dǎo)體：本征半導(dǎo)體：高度提純

5、的、晶體結(jié)構(gòu)完整的半高度提純的、晶體結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體材料單晶體。導(dǎo)體材料單晶體。 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)單晶硅中的共價(jià)健結(jié)構(gòu)單晶硅中的共價(jià)健結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵中的電子，共價(jià)鍵中的電子，稱為稱為價(jià)電子價(jià)電子。半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)：半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)：共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)：相鄰原子的一對(duì)最外共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)：相鄰原子的一對(duì)最外層電子，不但圍繞自身所屬的原子層電子，不但圍繞自身所屬的原子核運(yùn)動(dòng)，而且出現(xiàn)在相鄰原子的軌核運(yùn)動(dòng)，而且出現(xiàn)在相鄰原子的軌道上，成為共用電子道上，成為共用電子 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)2 2 半導(dǎo)體中的載流子半導(dǎo)體中的載流子 載流子載流子是指運(yùn)載電荷的粒子。

6、是指運(yùn)載電荷的粒子。 半導(dǎo)體中的載流子有兩種：半導(dǎo)體中的載流子有兩種：自由電子、空穴自由電子、空穴。 空穴是怎樣產(chǎn)生的呢空穴是怎樣產(chǎn)生的呢? ? Key Words:本征熱激發(fā)本征熱激發(fā) 電子電子- -空穴對(duì)空穴對(duì) 動(dòng)態(tài)平衡動(dòng)態(tài)平衡 本征半導(dǎo)體中的載流子 本征熱激發(fā)產(chǎn)生本征熱激發(fā)產(chǎn)生電子電子- -空穴對(duì)空穴對(duì)。當(dāng)。當(dāng)溫度升高（加熱或光照），價(jià)電子溫度升高（加熱或光照），價(jià)電子獲得足夠的能量掙脫原子核及共價(jià)獲得足夠的能量掙脫原子核及共價(jià)鍵的束縛，進(jìn)入自由空間成為自由鍵的束縛，進(jìn)入自由空間成為自由電子參與導(dǎo)電，同時(shí)在原來(lái)的位置電子參與導(dǎo)電，同時(shí)在原來(lái)的位置上留下空位，稱為上留下空位，稱為空穴空穴。

7、這個(gè)過程。這個(gè)過程稱為稱為本征熱激發(fā)本征熱激發(fā)。 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)二、雜質(zhì)半導(dǎo)體二、雜質(zhì)半導(dǎo)體1 1 定義：定義：按摻雜的不同分為按摻雜的不同分為P型型(空穴型空穴型)和和N型型(電子型電子型)兩種雜質(zhì)半導(dǎo)體。兩種雜質(zhì)半導(dǎo)體。 （1 1）P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 受主雜質(zhì)受主雜質(zhì): : 空穴濃度遠(yuǎn)大于電子濃度空穴濃度遠(yuǎn)大于電子濃度 多數(shù)載流子多數(shù)載流子 多子多子 少數(shù)載流子少數(shù)載流子 少子少子 三價(jià)雜質(zhì)原子在電離中接受了一個(gè)電子三價(jià)雜質(zhì)原子在電離中接受了一個(gè)電子（摻入少量雜質(zhì)的半導(dǎo)體）（摻入少量雜質(zhì)的半導(dǎo)體）在本征半導(dǎo)體中摻入微量的在本征半導(dǎo)體中摻入微量的三價(jià)

8、三價(jià)元素元素在在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。 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)P P型半導(dǎo)體中的載流子分布圖型半導(dǎo)體中的載流子分布圖 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)（2）N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 施主雜質(zhì)施主雜質(zhì) 五價(jià)雜質(zhì)原子可以提供電子，五價(jià)雜質(zhì)原子可以提供電子，丟失一個(gè)電子就變成了帶正電的正離子丟失一個(gè)電子就變成了帶正電的正離子 在本征半導(dǎo)體中摻入微量的在本征半導(dǎo)體中摻入微量的五價(jià)五價(jià)元素元素電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)結(jié)論：結(jié)論：在在

9、N型半導(dǎo)體中，電子是多子，空穴是少子。型半導(dǎo)體中，電子是多子，空穴是少子。 在在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。注意注意 正、負(fù)離子不是載流子，不參與導(dǎo)電正、負(fù)離子不是載流子，不參與導(dǎo)電 少子少子濃度濃度與溫度有關(guān)與溫度有關(guān) 多子濃度多子濃度與溫度無(wú)關(guān)，與溫度無(wú)關(guān)， 只與摻入雜質(zhì)的多少有關(guān)只與摻入雜質(zhì)的多少有關(guān) 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)三、三、PN結(jié)結(jié)1 PN結(jié)的形成結(jié)的形成 濃度差濃度差多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)空間電荷區(qū)空間電荷區(qū) （內(nèi)電場(chǎng)）（內(nèi)電場(chǎng)）少子的漂移運(yùn)動(dòng)少子的漂移運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)平衡動(dòng)態(tài)平衡穩(wěn)定的空間電荷區(qū)穩(wěn)定的空

10、間電荷區(qū) 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)PN 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)2 PN結(jié)的特點(diǎn)：結(jié)的特點(diǎn)：?jiǎn)蜗驅(qū)щ娦詥蜗驅(qū)щ娦?（1）外加正向電壓）外加正向電壓(正偏置正偏置)PN結(jié)導(dǎo)通結(jié)導(dǎo)通 外加電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相反，內(nèi)電場(chǎng)被削弱，此時(shí)外加電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相反，內(nèi)電場(chǎng)被削弱，此時(shí)多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)大大超過少子漂移運(yùn)動(dòng)，形成較大的正向多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)大大超過少子漂移運(yùn)動(dòng)，形成較大的正向電流，這時(shí)稱電流，這時(shí)稱PNPN結(jié)處于結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)導(dǎo)通狀態(tài)。 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)PN 結(jié)正偏結(jié)正偏PN 結(jié)正向?qū)ńY(jié)正向?qū)ㄍ怆妶?chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相

11、反外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相反利于擴(kuò)散利于擴(kuò)散擴(kuò)散擴(kuò)散 漂移漂移PN 結(jié)變窄結(jié)變窄外部電源不斷提供電荷外部電源不斷提供電荷產(chǎn)生較大的擴(kuò)散電流產(chǎn)生較大的擴(kuò)散電流 I I 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)（2）外加反向電壓）外加反向電壓(反偏置反偏置)PN結(jié)截止結(jié)截止 外加電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相同，增強(qiáng)了內(nèi)電場(chǎng)，多子擴(kuò)散外加電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相同，增強(qiáng)了內(nèi)電場(chǎng)，多子擴(kuò)散難以進(jìn)行，少子在電場(chǎng)作用下形成反向電流難以進(jìn)行，少子在電場(chǎng)作用下形成反向電流I，因?yàn)槭巧僮悠?，因?yàn)槭巧僮悠七\(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，移運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，I很小，這時(shí)稱很小，這時(shí)稱PN結(jié)處于結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)截止?fàn)顟B(tài)。 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾

12、濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)PN 結(jié)反偏結(jié)反偏PN 結(jié)反向截止結(jié)反向截止外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相同外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相同利于漂移利于漂移漂移漂移 擴(kuò)散擴(kuò)散PN 結(jié)變厚結(jié)變厚外部電源不斷提供電荷外部電源不斷提供電荷產(chǎn)生較小的反向電流產(chǎn)生較小的反向電流 I 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)PN結(jié)正偏導(dǎo)通；反偏截止，結(jié)正偏導(dǎo)通；反偏截止，這種性質(zhì)稱這種性質(zhì)稱PN結(jié)的單向?qū)щ娦浴＝Y(jié)的單向?qū)щ娦?。結(jié)論：結(jié)論： 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)3 PN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng)(了解了解)勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容+擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容BDjCCC 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈

13、爾濱工程大學(xué)第二節(jié)第二節(jié) 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管一、二極管的結(jié)構(gòu)一、二極管的結(jié)構(gòu) 半導(dǎo)體二極管的型號(hào)半導(dǎo)體二極管的型號(hào): : 按按PNPN結(jié)結(jié)分分點(diǎn)接觸點(diǎn)接觸面接觸面接觸按按材料材料分分硅管硅管鍺管鍺管按按用途用途分分普通管普通管整流管整流管如如2CWXX、2APXX器件材料，器件材料，C為為N型型Si管管XX表示器表示器件序號(hào)件序號(hào)器件類型，器件類型，W為穩(wěn)壓管為穩(wěn)壓管 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)二、二極管的伏安特性曲線及電流方程式二、二極管的伏安特性曲線及電流方程式1.1.二極管的電流方程式二極管的電流方程式 1TU USIIe常溫下，常溫下，UT = 26 m

14、V反向飽反向飽和電流和電流溫度溫度電壓當(dāng)量電壓當(dāng)量加正向電壓時(shí)加正向電壓時(shí)/Tu UsII esII 加反向電壓時(shí)加反向電壓時(shí)TUU 當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí) 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)2 2 伏安特性曲線伏安特性曲線 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)二極管的伏安特性二極管的伏安特性O(shè)uD /ViD /mA正向特性正向特性UoniD = 0Uon = 0.50.7 V 0.10.3 V( (硅管硅管) )( (鍺管鍺管) )U Uon0 U Uon UDQ = (0.6 0.8) V 硅管取硅管取 0.7 V(0.1 0.3) V 鍺管取鍺管取 0.2 V反向特

15、性反向特性ISU(BR)反向擊穿反向擊穿(反向擊穿反向擊穿)Uon ：開啟電壓或死區(qū)電壓開啟電壓或死區(qū)電壓死區(qū)電壓死區(qū)電壓1.1.正向特性正向特性2.2.反向特性反向特性U(BR) U 0sII U U(BR)工作電壓工作電壓 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)二極管的伏安特性二極管的伏安特性O(shè)uD /ViD /mAUon反向特性反向特性ISU(BR)反向擊穿反向擊穿U(BR) U 0 iD = IS U(BR)PN 結(jié)兩端外加的反向電壓增加結(jié)兩端外加的反向電壓增加到一定值時(shí)反向電流急劇增大到一定值時(shí)反向電流急劇增大(反向擊穿反向擊穿)死區(qū)電壓死區(qū)電壓1.1.反向特性反向特性

16、 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)三、環(huán)境溫度對(duì)伏安特性曲線的影響三、環(huán)境溫度對(duì)伏安特性曲線的影響當(dāng)溫度升高時(shí)，當(dāng)溫度升高時(shí)，正向特性曲線左移。正向特性曲線左移。 反向飽和特性曲線下移。反向飽和特性曲線下移。 2!10212TTCSSITIT其變化規(guī)律為其變化規(guī)律為 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)四、二極管的主要參數(shù)四、二極管的主要參數(shù) 1 1 最大整流電流最大整流電流FI3 3 最大反向工作電壓最大反向工作電壓RU4 4 反向電流反向電流 ： 值越小越好值越小越好 RI5 5 最高工作頻率最高工作頻率 ：決定于結(jié)電容的大?。簺Q定于結(jié)電容的大小Mf二極

17、管長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)，允許流過的最大正向電流的平均值。二極管長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)，允許流過的最大正向電流的平均值。 二極管正常使用時(shí)允許加的最高反向電壓。二極管正常使用時(shí)允許加的最高反向電壓。 使用時(shí)應(yīng)注意流過二極管的正向最大電流不能大于使用時(shí)應(yīng)注意流過二極管的正向最大電流不能大于這個(gè)數(shù)值，否則可能損壞二極管。這個(gè)數(shù)值，否則可能損壞二極管。一般取反向擊穿電壓的一半。一般取反向擊穿電壓的一半。2 2 反向擊穿電壓反向擊穿電壓BRU 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)五、二極管的等效分析五、二極管的等效分析 1 1 二極管的二極管的直流電阻直流電阻與與交流電阻交流電阻1tanDDDURI（1

18、1）直流電阻）直流電阻（2 2）交流電阻）交流電阻 D非線性器件非線性器件 與與Q點(diǎn)位置有關(guān)點(diǎn)位置有關(guān)DR過過Q點(diǎn)切線斜率倒數(shù)點(diǎn)切線斜率倒數(shù)1tanDdDUrIDQdImVr26 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)2 2 等效電路等效電路 （1 1）理想二極管）理想二極管 理想二極管的死區(qū)電壓和理想二極管的死區(qū)電壓和正向電壓降都等于零，反正向電壓降都等于零，反向電流也等于零，理想二向電流也等于零，理想二極管在電路中相當(dāng)于一個(gè)極管在電路中相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)元件開關(guān)元件 。 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)（3 3）微變等效電路）微變等效電路（2 2）考慮正向壓降

19、）考慮正向壓降 時(shí)的等效電路時(shí)的等效電路QUDQdImVr26 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)二極管整流電路二極管整流電路 p53 1-9p53 1-9 在如圖所示電路中，已知在如圖所示電路中，已知 為正弦波，二極管的為正弦波，二極管的正向壓降和反向電流均可忽略（理想二極管），定性畫正向壓降和反向電流均可忽略（理想二極管），定性畫出輸出電壓出輸出電壓 的波形。的波形。UiUo 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)舉例：舉例：P24 P24 例例1-51-5 分析圖分析圖1-331-33電路，當(dāng)電路，當(dāng)UA和和UB分別為分別為0V和和3V的不同組合時(shí)，的不同組合時(shí)，二極管二極管V V1 1、V V2 2的狀態(tài)，并求出此時(shí)的狀態(tài)，并求出此時(shí)Uo的值。設(shè)二極管均為硅的值。設(shè)二極管均為硅管。管。 模擬電子技術(shù)模擬電