電子技術基礎模擬部分演示文稿

電子技術基礎模擬部分演示文稿本文檔共44頁；當前第1頁；編輯于星期一\18點0分優(yōu)選電子技術基礎模擬部分本文檔共44頁；當前第2頁；編輯于星期一\18點0分3.1.1半導體材料

根據物體導電能力(電阻率)的不同，來劃分導體、絕緣體和半導體。典型的半導體有硅Si和鍺Ge以及砷化鎵GaAs等。本文檔共44頁；當前第3頁；編輯于星期一\18點0分3.1.2半導體的共價鍵結構硅和鍺的原子結構簡化模型及晶體結構本文檔共44頁；當前第4頁；編輯于星期一\18點0分3.1.3本征半導體本征半導體——化學成分純凈的半導體。它在物理結構上呈單晶體形態(tài)?？昭ā矁r鍵中的空位。電子空穴對——由熱激發(fā)而產生的自由電子和空穴對?？昭ǖ囊苿印昭ǖ倪\動是靠相鄰共價鍵中的價電子依次充填空穴來實現(xiàn)的。由于隨機熱振動致使共價鍵被打破而產生空穴－電子對本文檔共44頁；當前第5頁；編輯于星期一\18點0分3.1.4雜質半導體

在本征半導體中摻入某些微量元素作為雜質，可使半導體的導電性發(fā)生顯著變化。摻入的雜質主要是三價或五價元素。摻入雜質的本征半導體稱為雜質半導體。N型半導體——摻入五價雜質元素（如磷）的半導體。

P型半導體——摻入三價雜質元素（如硼）的半導體。本文檔共44頁；當前第6頁；編輯于星期一\18點0分1.N型半導體3.1.4雜質半導體

因五價雜質原子中只有四個價電子能與周圍四個半導體原子中的價電子形成共價鍵，而多余的一個價電子因無共價鍵束縛而很容易形成自由電子。

在N型半導體中自由電子是多數(shù)載流子，它主要由雜質原子提供；空穴是少數(shù)載流子,由熱激發(fā)形成。

提供自由電子的五價雜質原子因帶正電荷而成為正離子，因此五價雜質原子也稱為施主雜質。本文檔共44頁；當前第7頁；編輯于星期一\18點0分2.P型半導體3.1.4雜質半導體

因三價雜質原子在與硅原子形成共價鍵時，缺少一個價電子而在共價鍵中留下一個空穴。

在P型半導體中空穴是多數(shù)載流子，它主要由摻雜形成；自由電子是少數(shù)載流子，由熱激發(fā)形成。

空穴很容易俘獲電子，使雜質原子成為負離子。三價雜質因而也稱為受主雜質。本文檔共44頁；當前第8頁；編輯于星期一\18點0分3.雜質對半導體導電性的影響3.1.4雜質半導體

摻入雜質對本征半導體的導電性有很大的影響，一些典型的數(shù)據如下:T=300K室溫下,本征硅的電子和空穴濃度:

n=p=1.4×1010/cm31

本征硅的原子濃度:4.96×1022/cm3

3以上三個濃度基本上依次相差106/cm3

。

2摻雜后N型半導體中的自由電子濃度:

n=5×1016/cm3本文檔共44頁；當前第9頁；編輯于星期一\18點0分

本征半導體、雜質半導體

本節(jié)中的有關概念

自由電子、空穴N型半導體、P型半導體

多數(shù)載流子、少數(shù)載流子

施主雜質、受主雜質end本文檔共44頁；當前第10頁；編輯于星期一\18點0分3.2PN結的形成及特性

PN結的形成

PN結的單向導電性

PN結的反向擊穿

PN結的電容效應

載流子的漂移與擴散本文檔共44頁；當前第11頁；編輯于星期一\18點0分3.2.1載流子的漂移與擴散漂移運動：在電場作用引起的載流子的運動稱為漂移運動。擴散運動：由載流子濃度差引起的載流子的運動稱為擴散運動。本文檔共44頁；當前第12頁；編輯于星期一\18點0分3.2.2PN結的形成本文檔共44頁；當前第13頁；編輯于星期一\18點0分3.2.2PN結的形成本文檔共44頁；當前第14頁；編輯于星期一\18點0分

在一塊本征半導體兩側通過擴散不同的雜質,分別形成N型半導體和P型半導體。此時將在N型半導體和P型半導體的結合面上形成如下物理過程:

因濃度差

空間電荷區(qū)形成內電場

內電場促使少子漂移

內電場阻止多子擴散

最后,多子的擴散和少子的漂移達到動態(tài)平衡。多子的擴散運動由雜質離子形成空間電荷區(qū)本文檔共44頁；當前第15頁；編輯于星期一\18點0分

對于P型半導體和N型半導體結合面，離子薄層形成的空間電荷區(qū)稱為PN結。在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱耗盡層。本文檔共44頁；當前第16頁；編輯于星期一\18點0分3.2.3PN結的單向導電性

當外加電壓使PN結中P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱為加正向電壓，簡稱正偏；反之稱為加反向電壓，簡稱反偏。

(1)PN結加正向電壓時

低電阻大的正向擴散電流本文檔共44頁；當前第17頁；編輯于星期一\18點0分3.2.3PN結的單向導電性

當外加電壓使PN結中P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱為加正向電壓，簡稱正偏；反之稱為加反向電壓，簡稱反偏。

(2)PN結加反向電壓時

高電阻很小的反向漂移電流

在一定的溫度條件下，由本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的，故少子形成的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的大小無關，這個電流也稱為反向飽和電流。本文檔共44頁；當前第18頁；編輯于星期一\18點0分

PN結加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴散電流；

PN結加反向電壓時，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流。

由此可以得出結論：PN結具有單向導電性。本文檔共44頁；當前第19頁；編輯于星期一\18點0分3.2.3PN結的單向導電性

(3)PN結V-I特性表達式其中PN結的伏安特性IS——反向飽和電流VT

——溫度的電壓當量且在常溫下（T=300K）本文檔共44頁；當前第20頁；編輯于星期一\18點0分3.2.4PN結的反向擊穿

當PN結的反向電壓增加到一定數(shù)值時，反向電流突然快速增加，此現(xiàn)象稱為PN結的反向擊穿。熱擊穿——不可逆

雪崩擊穿

齊納擊穿

電擊穿——可逆本文檔共44頁；當前第21頁；編輯于星期一\18點0分3.2.5PN結的電容效應(1)擴散電容CD擴散電容示意圖本文檔共44頁；當前第22頁；編輯于星期一\18點0分3.2.5PN結的電容效應

(2)勢壘電容CBend本文檔共44頁；當前第23頁；編輯于星期一\18點0分3.3半導體二極管

半導體二極管的結構

二極管的伏安特性

二極管的主要參數(shù)本文檔共44頁；當前第24頁；編輯于星期一\18點0分3.3.1半導體二極管的結構

在PN結上加上引線和封裝，就成為一個二極管。二極管按結構分有點接觸型、面接觸型兩大類。(1)點接觸型二極管(a)點接觸型

二極管的結構示意圖PN結面積小，結電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。本文檔共44頁；當前第25頁；編輯于星期一\18點0分（a）面接觸型（b）集成電路中的平面型（c）代表符號

(2)面接觸型二極管PN結面積大，用于工頻大電流整流電路。(b)面接觸型本文檔共44頁；當前第26頁；編輯于星期一\18點0分3.3.2二極管的伏安特性二極管的伏安特性曲線可用下式表示鍺二極管2AP15的V-I特性硅二極管2CP10的V-I特性本文檔共44頁；當前第27頁；編輯于星期一\18點0分3.3.3二極管的主要參數(shù)(1)最大整流電流IF(2)反向擊穿電壓VBR和最大反向工作電壓VRM(3)反向電流IR(4)正向壓降VF(5)極間電容CJ（CB、CD）end本文檔共44頁；當前第28頁；編輯于星期一\18點0分3.4

二極管基本電路及其分析方法

3.4.1簡單二極管電路的圖解分析方法

二極管電路的簡化模型分析方法本文檔共44頁；當前第29頁；編輯于星期一\18點0分3.4.1簡單二極管電路的圖解分析方法

二極管是一種非線性器件，因而其電路一般要采用非線性電路的分析方法，相對來說比較復雜，而圖解分析法則較簡單，但前提條件是已知二極管的V-I特性曲線。本文檔共44頁；當前第30頁；編輯于星期一\18點0分例3.4.1電路如圖所示，已知二極管的V-I特性曲線、電源VDD和電阻R，求二極管兩端電壓vD和流過二極管的電流iD。解：由電路的KVL方程，可得即是一條斜率為-1/R的直線，稱為負載線

Q的坐標值（VD，ID）即為所求。Q點稱為電路的工作點本文檔共44頁；當前第31頁；編輯于星期一\18點0分3.4.2二極管電路的簡化模型分析方法1.二極管V-I特性的建模

將指數(shù)模型分段線性化，得到二極管特性的等效模型。（1）理想模型（a）V-I特性（b）代表符號（c）正向偏置時的電路模型（d）反向偏置時的電路模型本文檔共44頁；當前第32頁；編輯于星期一\18點0分3.4.2二極管電路的簡化模型分析方法1.二極管V-I特性的建模（2）恒壓降模型（a）V-I特性（b）電路模型（3）折線模型（a）V-I特性（b）電路模型本文檔共44頁；當前第33頁；編輯于星期一\18點0分3.4.2二極管電路的簡化模型分析方法1.二極管V-I特性的建模（4）小信號模型vs=0時,Q點稱為靜態(tài)工作點，反映直流時的工作狀態(tài)。vs=Vmsint時（Vm<<VDD）,將Q點附近小范圍內的V-I特性線性化，得到小信號模型，即以Q點為切點的一條直線。本文檔共44頁；當前第34頁；編輯于星期一\18點0分3.4.2二極管電路的簡化模型分析方法1.二極管V-I特性的建模（4）小信號模型

過Q點的切線可以等效成一個微變電阻即根據得Q點處的微變電導則常溫下（T=300K）（a）V-I特性（b）電路模型本文檔共44頁；當前第35頁；編輯于星期一\18點0分3.4.2二極管電路的簡化模型分析方法1.二極管V-I特性的建模（4）小信號模型

特別注意：小信號模型中的微變電阻rd與靜態(tài)工作點Q有關。該模型用于二極管處于正向偏置條件下，且vD>>VT

。（a）V-I特性（b）電路模型本文檔共44頁；當前第36頁；編輯于星期一\18點0分3.4.2二極管電路的簡化模型分析方法2．模型分析法應用舉例（1）整流電路（a）電路圖（b）vs和vo的波形本文檔共44頁；當前第37頁；編輯于星期一\18點0分2．模型分析法應用舉例（2）靜態(tài)工作情況分析理想模型（R=10k）

當VDD=10V時，恒壓模型（硅二極管典型值）折線模型（硅二極管典型值）設當VDD=1V時，（自看）（a）簡單二極管電路（b）習慣畫法本文檔共44頁；當前第38頁；編輯于星期一\18點0分2．模型分析法應用舉例（3）限幅電路

電路如圖，R=1kΩ，VREF=3V，二極管為硅二極管。分別用理想模型和恒壓降模型求解，當vI=6sintV時，繪出相應的輸出電壓vO的波形。本文檔共44頁；當前第39頁；編輯于星期一\18點0分2．模型分析法應用舉例（4）開關電路電路如圖所示，求AO的電壓值解：

先斷開D，以O為基準電位，即O點為0V。

則接D陽極的電位為-6V，接陰極的電位為-12V。陽極電位高于陰極電位，D接入時正向導通。導通后，D的壓降等于零，即A點的電位就是D陽極的電位。所以，AO的電壓值為-6V。本文檔共44頁；當前第