電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分

電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分3、1、1半導(dǎo)體材料

根據(jù)物體導(dǎo)電能力(電阻率)得不同,來劃分導(dǎo)體、絕緣體與半導(dǎo)體。典型得半導(dǎo)體有硅Si與鍺Ge以及砷化鎵GaAs等。3、1、2半導(dǎo)體得共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)硅與鍺得原子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化模型及晶體結(jié)構(gòu)3、1、3本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體——化學(xué)成分純凈得半導(dǎo)體。它在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)。空穴——共價(jià)鍵中得空位。電子空穴對(duì)——由熱激發(fā)而產(chǎn)生得自由電子與空穴對(duì)?？昭ǖ靡苿?dòng)——空穴得運(yùn)動(dòng)就是靠相鄰共價(jià)鍵中得價(jià)電子依次充填空穴來實(shí)現(xiàn)得。由于隨機(jī)熱振動(dòng)致使共價(jià)鍵被打破而產(chǎn)生空穴－電子對(duì)3、1、4雜質(zhì)半導(dǎo)體

在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì),可使半導(dǎo)體得導(dǎo)電性發(fā)生顯著變化。摻入得雜質(zhì)主要就是三價(jià)或五價(jià)元素。摻入雜質(zhì)得本征半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體——摻入五價(jià)雜質(zhì)元素(如磷)得半導(dǎo)體。

P型半導(dǎo)體——摻入三價(jià)雜質(zhì)元素(如硼)得半導(dǎo)體。1、N型半導(dǎo)體3、1、4雜質(zhì)半導(dǎo)體

因五價(jià)雜質(zhì)原子中只有四個(gè)價(jià)電子能與周圍四個(gè)半導(dǎo)體原子中得價(jià)電子形成共價(jià)鍵,而多余得一個(gè)價(jià)電子因無共價(jià)鍵束縛而很容易形成自由電子。

在N型半導(dǎo)體中自由電子就是多數(shù)載流子,它主要由雜質(zhì)原子提供;空穴就是少數(shù)載流子,由熱激發(fā)形成。

提供自由電子得五價(jià)雜質(zhì)原子因帶正電荷而成為正離子,因此五價(jià)雜質(zhì)原子也稱為施主雜質(zhì)。2、P型半導(dǎo)體3、1、4雜質(zhì)半導(dǎo)體

因三價(jià)雜質(zhì)原子在與硅原子形成共價(jià)鍵時(shí),缺少一個(gè)價(jià)電子而在共價(jià)鍵中留下一個(gè)空穴。

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

空穴很容易俘獲電子,使雜質(zhì)原子成為負(fù)離子。三價(jià)雜質(zhì)因而也稱為受主雜質(zhì)。3、雜質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體導(dǎo)電性得影響3、1、4雜質(zhì)半導(dǎo)體

摻入雜質(zhì)對(duì)本征半導(dǎo)體得導(dǎo)電性有很大得影響,一些典型得數(shù)據(jù)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(gè)濃度基本上依次相差106/cm3

。

2摻雜后N型半導(dǎo)體中的自由電子濃度:

n=5×1016/cm3

本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體

本節(jié)中得有關(guān)概念

自由電子、空穴N型半導(dǎo)體、P型半導(dǎo)體

多數(shù)載流子、少數(shù)載流子

施主雜質(zhì)、受主雜質(zhì)end3、2PN結(jié)得形成及特性

3、2、2

PN結(jié)得形成

3、2、3

PN結(jié)得單向?qū)щ娦?/p>

3、2、4

PN結(jié)得反向擊穿

3、2、5

PN結(jié)得電容效應(yīng)

3、2、1

載流子得漂移與擴(kuò)散3、2、1載流子得漂移與擴(kuò)散漂移運(yùn)動(dòng):在電場(chǎng)作用引起得載流子得運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng):由載流子濃度差引起得載流子得運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。大家學(xué)習(xí)辛苦了，還是要堅(jiān)持繼續(xù)保持安靜3、2、2PN結(jié)得形成3、2、2PN結(jié)得形成

在一塊本征半導(dǎo)體兩側(cè)通過擴(kuò)散不同得雜質(zhì),分別形成N型半導(dǎo)體與P型半導(dǎo)體。此時(shí)將在N型半導(dǎo)體與P型半導(dǎo)體得結(jié)合面上形成如下物理過程:

因濃度差

空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場(chǎng)

內(nèi)電場(chǎng)促使少子漂移

內(nèi)電場(chǎng)阻止多子擴(kuò)散最后,多子得擴(kuò)散與少子得漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。多子得擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)

由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)

對(duì)于P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合面，離子薄層形成的空間電荷區(qū)稱為PN結(jié)。在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱耗盡層。3、2、3PN結(jié)得單向?qū)щ娦?/p>

當(dāng)外加電壓使PN結(jié)中P區(qū)得電位高于N區(qū)得電位,稱為加正向電壓,簡(jiǎn)稱正偏;反之稱為加反向電壓,簡(jiǎn)稱反偏。(1)PN結(jié)加正向電壓時(shí)

低電阻大得正向擴(kuò)散電流3、2、3PN結(jié)得單向?qū)щ娦?/p>

當(dāng)外加電壓使PN結(jié)中P區(qū)得電位高于N區(qū)得電位,稱為加正向電壓,簡(jiǎn)稱正偏;反之稱為加反向電壓,簡(jiǎn)稱反偏。(2)PN結(jié)加反向電壓時(shí)

高電阻很小得反向漂移電流

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(guān)，這個(gè)電流也稱為反向飽和電流。

PN結(jié)加正向電壓時(shí),呈現(xiàn)低電阻,具有較大得正向擴(kuò)散電流;

PN結(jié)加反向電壓時(shí),呈現(xiàn)高電阻,具有很小得反向漂移電流。由此可以得出結(jié)論:PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?、2、3PN結(jié)得單向?qū)щ娦?3)PN結(jié)V-I特性表達(dá)式其中PN結(jié)得伏安特性IS——反向飽與電流VT

——溫度得電壓當(dāng)量且在常溫下(T=300K)3、2、4PN結(jié)得反向擊穿

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

雪崩擊穿

齊納擊穿

電擊穿——可逆3、2、5PN結(jié)得電容效應(yīng)(1)擴(kuò)散電容CD擴(kuò)散電容示意圖3、2、5PN結(jié)得電容效應(yīng)(2)勢(shì)壘電容CBend3、3半導(dǎo)體二極管

3、3、1

半導(dǎo)體二極管得結(jié)構(gòu)

3、3、2

二極管得伏安特性

3、3、3

二極管得主要參數(shù)3、3、1半導(dǎo)體二極管得結(jié)構(gòu)

在PN結(jié)上加上引線與封裝,就成為一個(gè)二極管。二極管按結(jié)構(gòu)分有點(diǎn)接觸型、面接觸型兩大類。(1)點(diǎn)接觸型二極管(a)點(diǎn)接觸型

二極管的結(jié)構(gòu)示意圖PN結(jié)面積小,結(jié)電容小,用于檢波與變頻等高頻電路。(a)面接觸型(b)集成電路中得平面型(c)代表符號(hào)

(2)面接觸型二極管PN結(jié)面積大,用于工頻大電流整流電路。(b)面接觸型3、3、2二極管得伏安特性二極管得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3、3、3二極管得主要參數(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）end3、4

二極管基本電路及其分析方法

3、4、1簡(jiǎn)單二極管電路得圖解分析方法

3、4、2

二極管電路得簡(jiǎn)化模型分析方法3、4、1簡(jiǎn)單二極管電路得圖解分析方法

二極管就是一種非線性器件,因而其電路一般要采用非線性電路得分析方法,相對(duì)來說比較復(fù)雜,而圖解分析法則較簡(jiǎn)單,但前提條件就是已知二極管得V-I特性曲線。例3、4、1電路如圖所示,已知二極管得V-I特性曲線、電源VDD與電阻R,求二極管兩端電壓vD與流過二極管得電流iD。解：由電路的KVL方程，可得即就是一條斜率為-1/R得直線,稱為負(fù)載線Q得坐標(biāo)值(VD,ID)即為所求。Q點(diǎn)稱為電路得工作點(diǎn)3、4、2二極管電路得簡(jiǎn)化模型分析方法1、二極管V-I特性得建模

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(hào)（c）正向偏置時(shí)的電路模型（d）反向偏置時(shí)的電路模型3、4、2二極管電路得簡(jiǎn)化模型分析方法1、二極管V-I特性得建模（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3、4、2二極管電路得簡(jiǎn)化模型分析方法1、二極管V-I特性得建模(4)小信號(hào)模型vs=0時(shí),Q點(diǎn)稱為靜態(tài)工作點(diǎn),反映直流時(shí)得工作狀態(tài)。vs=Vmsin

t時(shí)(Vm<<VDD),將Q點(diǎn)附近小范圍內(nèi)得V-I特性線性化,得到小信號(hào)模型,即以Q點(diǎn)為切點(diǎn)得一條直線。3、4、2二極管電路得簡(jiǎn)化模型分析方法1、二極管V-I特性得建模(4)小信號(hào)模型

過Q點(diǎn)得切線可以等效成一個(gè)微變電阻即根據(jù)得Q點(diǎn)處得微變電導(dǎo)則常溫下(T=300K)（a）V-I特性（b）電路模型3、4、2二極管電路得簡(jiǎn)化模型分析方法1、二極管V-I特性得建模(4)小信號(hào)模型

特別注意：小信號(hào)模型中的微變電阻rd與靜態(tài)工作點(diǎn)Q有關(guān)。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3、4、2二極管電路得簡(jiǎn)化模型分析方法2、模型分析法應(yīng)用舉例(1)整流電路(a)電路圖(b)vs與vo得波形2、模型分析法應(yīng)用舉例(2)靜態(tài)工作情況分析理想模型（R=10k

）

當(dāng)VDD=10V時(shí)，恒壓模型（硅二極管典型值）折線模型（硅二極管典型值）設(shè)當(dāng)VDD=1V時(shí)，（自看）（a）簡(jiǎn)單二極管電路（b）習(xí)慣畫法2、模型分析法應(yīng)用舉例(3)限幅電路

電路如圖,R=1kΩ,VREF=3V,二極管為硅二極管。分別用理想模型與恒壓降模型求解,當(dāng)vI=6sin

tV時(shí),繪出相應(yīng)得輸出電壓vO得波形。2、模型分析法應(yīng)用舉例(4)開關(guān)電路電路如圖所示,求AO得電壓值解:

先斷開D,以O(shè)為基準(zhǔn)電位,即O點(diǎn)為0V。

則接D陽極得電位為-6V,接陰極得電位為-12V。陽極電位高于陰極電位,D接入時(shí)正向?qū)?。?dǎo)通后,D得壓降等于零,即A點(diǎn)得電位就就是D陽極得電位。所以,AO得電壓值為-6V。end2、模型分析法應(yīng)用舉例(6)小信號(hào)工作情況分析圖示電路中,VDD=5V,R=5k

,恒壓降模型得VD=0、7V,vs=0、1sinwtV。(1)求輸出電壓vO得交流量與總量;(2)繪出vO得波形。

直流通路、交流通路、靜態(tài)、動(dòng)態(tài)等概念,在放大電路得分析中非常重要。3、5特殊二極管

3、5、1

齊納二極管(穩(wěn)壓二極管)1、符號(hào)及穩(wěn)壓特性

利用二極管反向擊穿特性實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。