电子科大课堂讲义模拟电路1序言

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1、引言各种电子设备由一些特定功能的电路组成，而完成一定功能的电路必含电子器件。含有电子器件的电路称为电子电路，包括模拟电子电路和数字电子电路。模拟电路：处理的电信号是一种时间的连续信号(模拟信号)。按电路中电子器件的工作状态可分为线性电路;非线性电路。按其处理的信号频率可分为低频电路；高频电路；微波电路。本课程为低频线性模拟电路。数字电路处理的信号为数字信号，是只有高、低两种电平的非连续信号。其优点为抗干扰性强，信号便于储存。数字电路中管子（器件）工作在开关状态。电子器件的时代划分第一代：电真空器件（电子管、离

2、子管）第二代：半导体器件（晶体管、场效应管）第三代：集成电路（由小规模、中规模、大规模向超大规模方向发展）。电子电路的核心是电子器件，电子器件的更新换代带动了电子电路的更新发展。第一章晶体二极管及应用电路1-1半导体材料及导电特性物质按导电能力分为导体、半导体、绝缘体。用于制造半导体器件的半导体材料主要是硅（Si）和锗（Ge），它们具有晶体结构，故半导体器件又称为晶体管。一、本征半导体完全纯净、没有结构缺陷的半导体单晶。Si和Ge原子结构模型Si和Ge的晶体结构原子按四角形系统组成晶体点阵。每个原子处于正方体

3、中心，其它四个原子处于四方体顶点。每个原子与相邻四个原子形成共价键，共用一个价电子，通过共价键与相邻原子牢固相联。在绝对零度（-273oC）并且无外界能量时，价电子被束缚在共价键中，半导体中不存在自由电子，半导体不导电。当温度升高（热激发）或光照射（光激发），部分价电子获得能量挣脱共价键成为自由电子（带一个单位负电荷），同时共价键中留下相同数量的空位（空穴，带一个单位的正电荷）。本征激发：本征半导体在外界能量激发下，成对地产生电子-空穴对的物理现象。空穴的移动：空穴的运动是靠相邻共价键中的价电子依次填补空穴来

4、实现的，故空穴可参与导电。无外加电场时，自由电子、空穴的运动杂乱无章。外加电场时，自由电子逆电场、空穴顺电场方向运动，分别形成电子电流和空穴电流。载流子：运载电荷的粒子。半导体导电的特点：半导体中有两种载流子（自由电子、空穴）。电子-空穴对的复合：电子、空穴在运动中相遇重新结合而使电子-空穴对消失的过程。载流子的产生与复合本征半导体中同时存在载流子产生与复合过程。在一定温度下，二者达到动态平衡，使半导体中的载流子浓度保持一定值；温度变化时，则在新温度下达到新的浓度。本征浓度：平衡状态下本征半导体单位体积内自由

5、电子或空穴数。常温下本征浓度远小于原子密度，因此本征半导体导电能力很弱。在相同温度下，Ge材料的本征浓度﹥﹥Si材料的本征浓度。1、N型半导体(n-semiconductor)二、杂质半导体在本征半导体中，人为掺入微量三价或五价元素构成杂质半导体，杂质半导体的导电性能不再决定于温度，而由杂质类型和数量决定。按照杂质半导体的导电类型将其分为N型半导体和P型半导体。由于五价元素的原子可提供自由电子，故这种杂质称为施主杂质。N型半导体中两种载流子构成：自由电子=掺杂（主要）+本征激发空穴=本征激发自由电子称为多数载

6、流子，空穴称为少数载流子。导电主要靠自由电子，而电子带负电荷（negativeelectriccharge）故得其名。∵自由电子数=空穴数+正离子数故N型半导体本身呈电中性。2、P型半导体（p-semiconductor）在本征半导体中，掺入微量三价元素如硼，可使晶体中空穴浓度大大增加。由于每一个三价元素的杂质原子都能接受一个价电子而成为负离子，故称三价元素为受主杂质。P型半导体中两种载流子构成：空穴=掺杂（主要）+本征激发自由电子=本征激发空穴称为多数载流子，自由电子称为少数载流子。P型半导体主要靠空穴导电

7、，而空穴带正电荷（positiveelectriccharge）故得其名。P型半导体本身也呈电中性：空穴数=自由电子数+负离子数杂质半导体的载流子浓度设杂质半导体产生—复合达到平衡时，自由电子浓度为no，空穴浓度为po，同一温度下本征浓度为ni，则nopo=ni2。常温下，多子浓度>>本征浓度少子浓度<<本征浓度杂质半导体利用多子导电即“杂质导电”特性，是半导体器件正常工作的内在条件。三、漂移电流与扩散电流半导体中载流子定向运动有两种方式:漂移运动扩散运动只有在这两种情况下，半导体内部才能形成定向电流：(一）

8、在电场作用下，载流子产生定向迁移运动形成漂移电流：I漂∝电场强度、载流子浓度；（二）由于载流子浓度分布不均匀，载流子从浓度高向浓度低的方向扩散运动形成扩散电流：I扩∝浓度梯度（浓度差）。1-2PN结原理PN结是构成半导体二极管、三极管等半导体器件的基本组成部分。1、PN结的形成在一块本征半导体两侧，通过掺入不同杂质，分别形成形成N型半导体和P型半导体。在二者交界面上形成如下物理过程：因浓度差，故P区