模拟电路与数字电路 寇戈 蒋立平(2章课件).ppt

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1、2半导体器件基础★半导体的基础知识★★半导体器件的核心环节——PN结★★★半导体二极管的物理结构、工作原理、特性曲线和主要参数以及二极管基本电路及其分析方法与应用★★★★半导体三极管的物理结构、工作原理、特性曲线和主要参数以及三极管基本电路及其分析方法与应用★★★★★场效应管的物理结构、工作原理、特性曲线和主要参数主要内容2.1半导体的基本知识2.1.1本征半导体导电性能介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体。常用的半导体有硅（Si）和锗（Ge）。纯净的半导体称为本征半导体，其原子结构是晶体结构，故半导

2、体管又称晶体管。共价键结构半导体的特点：①共价键上的电子受原子核束缚较紧，不象自由电子那样活泼。——半导体的导电性不如导体。②共价键上的某些电子受外界能量激发（如受热或光照）后，可挣脱共价键束缚，成为带负电荷的自由电子。自由电子在电场力作用下，逆着电场方向作定向运动，形成电子流。——电子是半导体的载流子之一。③共价键上的电子挣脱共价键束缚成为带负电荷的自由电子后，在其原来的位置留下一个空位，称为空穴。空穴的出现是半导体区别于其他导体的一个重要特点。电子—空穴对本征激发、复合本征激发：本征半导体受外界

3、能量激发，产生电子—空穴对的现象。电子—空穴对:本征半导体受外界能量激发，自由电子和空穴成对出现。复合:自由电子和空穴也会重新结合，叫做复合。自由电子和空穴是两种电量相等、性质相反的载流子。2.1.2杂质半导体N型半导体:在本征半导体硅（或锗）中掺入微量五价元素磷（或砷），以电子导电为主的半导体称为N型半导体。在外电场的作用下，其电流主要是电子电流。P型半导体：在本征半导体硅（或锗）中掺入微量三价元素硼（或镓），以空穴导电为主的半导体称为P型半导体。掺入了三价元素的杂质半导体，空穴是多数载流子，电子是

4、少数载流子。2.1.3PN结及其单向导电性扩散运动：P型半导体和N型半导体的交界面处形成载流子浓度的差异。P区空穴多，N区电子多，N区电子要向P区扩散，P区空穴向N区扩散，这种由于浓度差异引起的载流子运动称为扩散运动。漂移运动：扩散运动的结果，产生从N区指向P区的内电场。在电场作用下的载流子运动称为漂移运动。一、PN结的形成PN结：P型半导体和N型半导体交界面发生着两种相反的运动——多子的扩散和少子的漂移。当两种运动达到动态平衡时，空间电荷不再变化，形成宽度稳定的空间电荷区——PN结。耗尽层：在PN结

5、内，由于载流子已扩散到对方并复合掉了，或者说被耗尽了，所以空间电荷区又称耗尽层。二、PN结的单向导电性②加反向电压——PN结截止①加正向电压——PN结导通PN结还有感温、感光、发光等特性2.2.1晶体二极管的结构、符号、类型2.2晶体二极管晶体二极管的符号二极管的分类按制造材料分——硅二极管和锗二极管；按用途分——整流二极管、检波二极管、稳压二极管、开关二极管等；按结构工艺分——点接触型、面接触型等。2.2.2晶体二极管的伏安特性与等效电路2.2.2.1伏安特性(或V—A特性)(1)正向特性①死区(

6、也叫不导通区)，用Ur表示，一般硅二极管约0.5V，锗二极管约0.1V②导通区——一般硅二极管约为0.7V，锗二极管约为0.2V(2)反向特性①反向截止区②反向击穿区由特性曲线：二极管是非线性器件，通过二极管的电流与加在其两端的电压近似成指数关系；在一定电压范围内，二极管具有单向导电性。2.2.2.2．等效电路(a)理想二极管的等效电路(b)计及正向导通电压UF时的二极管等效电路理想二极管加不同极性电压时的意义考虑UF,二极管加不同电压时的意义例2.1二极管电路如下图所示，试计算回路中的电流ID及输出

7、电压UO，设二极管为硅管。解：图示电路中，于a、b点处断开，得：Ua=-12V，Ub=-18V由于Ua＞Ub，故二极管导通。若二极管为理想的，则ID=UR/R=（-U1+U2）/R=3mA，UO=-U1=-12V若计二极管的正向压降UF，则ID=UR/R=（-U1+U2-UF）/R=2.65mA，UO=-UF-U1=-12.7V2.2.3晶体二极管的主要参数1．最大整流电流Ir——二极管长期运行允许通过的最大正向平均电流。2.最高反向工作电压URM——允许加在二极管上的反向电压的最大值。3.反向电流I

8、R——室温下，二极管两端加上规定的反向电压时的反向电流。4．最高工作频率fm——二极管工作在高频时，电流容易从结电容通过，使管子的单向导电性能变差，甚至可能失去单向导电性，为此规定一个最高工作频率，它主要决定于PN结结电容的大小，结电容愈大，则fM愈低。二极管的参数还有结电容及最高结温等温度升高时，二极管的正向压降将减小，每增加1℃，正向压降VF(Vd)大约减小2mV，即具有负的温度系数。2.2.4半导体二极管的温度特性硅二极管温度每增加8℃，反向电流将