模电电子教案,康华光5版

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1、模拟电路基础课程的性质及任务1.本课程是一门模拟电路方面的入门技术基础课，是研究各种半导体器件和电子电路的一门应用性很强学科。2.学生通过本课程的学习，掌握一些有关模拟电路的基本理论、分析方法和基本技能，培养学生分析问题、解决有关电子电路问题的能力，为今后进一步学习打下一定的基础。讲授内容第一章二极管及基本电路第二章晶体管及基本放大电路第三章放大电路的频率特性第四章场效应管放大电路第五章负反馈放大电路第六章集成运算放大电器第七章集成运算放大电器的应用第八章信号产生电路第九章功率放大电路第十章直流电源第一章 半导体二极管及基本电路本章先介绍半导体的基础知识，然后重点讨论最

2、基本的半导体器件器件——二极管的物理结构、工作原理、特性曲线、主要参数以及二极管的基本电路与分析方法。1.1           半导体基础知识1.1.1      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。纯净的、具有晶体结构的半导体称为本征半导体。硅晶体共价键结构热激发产生自由电子—空穴对电子和空穴的移动在半导体中同时存在着自由电子和空穴两种载流子参加导电，这是半导体导电方式的最主要的特点。1.1.2      杂质半导体1N型半导体如果在硅（或锗）晶体中掺微量的五价元素，杂质半导体中自由电子的浓度远远大于空穴的浓度，故自由电子称为多数载流子，简称多子

3、；空穴是少数载流子，简称少子。这种半导体称为N型半导体。2P型半导体如果在硅（或锗）中掺微量的三价元素杂质半导体中空穴为多数载流子，自由电子为少数载流子，称之为P型半导体。综上所述，半导体具有以下特点：⒈半导体中存在着两种载流子---自由电子和空穴。因此，半导体的导电原理明显区别于导体。⒉在本征半导体中掺微量杂质可以控制半导体的导电能力和参加导电的主要载流子的类型。⒊环境的改变对半导体导电性能有很大的影响。例如当温度增加或受到光照时，半导体导电能力都有所增加。半导体热敏器件和光敏器件都是利用这一特性制造的。1.2PN结如果在一块晶体的两边分别形成P型半导体和N型半导体，

4、因交界面两侧载流子浓度差别很大，故多数载流子将向对方区域扩散，形成多数载流子的扩散运动。这样，在交界面的P型半导体和N型半导体的两侧分别形成一个带负电的离子层和一个带正电的离子层，从而在交界面上形成一个空间电荷区。由此产生的电场称为内电场。内电场的存在阻挡多数载流子的扩散运动而有利于少数载流子的漂移运动。当扩散运动和漂移运动达到动态平衡，形成稳定的空间电荷区，即PN结。1.2.1PN结的单向导电性⒈PN结外加正向电压当电源的正极接P区、负极接N区时，称PN结处于正向偏置。外加正向电压产生的电场称之为外电场，其方向与内电场相反，空间电荷区变窄，有利于扩散运动而不利于漂移运

5、动，大量的多数载流子通过PN结形成较大的正向电流，PN结处于导通状态。1.2.1PN结的单向导电性⒉PN结外加反向电压若电源的正极接N区、负极接P区，这时PN结处于反向偏置。由于外电场的方向与内电场一致，空间电荷区变宽，形成反向电流。因少数载流子浓度很低、且在一定温度下浓度不变，所以反向电流不仅很小，其大小也保持不变，故称为反向饱和电流。此时PN结处于反向截止状态，PN结呈现的电阻很大，称为反向电阻。1.2.1PN结的单向导电性综上所述，PN结加正向电压，处于导通状态；PN结加反向电压，处于截止状态，即PN结具有单向导电性。PN结的两端电压uD和流过PN结的电流iD之间

6、的关系称为PN结伏安特性。现以硅二极管PN结伏安特性曲线为例，说明PN结伏安特性表达式。图1.2.3为硅二极管PN结伏安特性曲线，理论分析，PN结伏安特性的表达式为（1.2.1）式中IS为反向饱和电流的大小，UT=KT/q称为温度电压当量，其中K为玻耳兹曼常数，T为热力学温度，q为电子的电量，当温度为300K时，UT≈26mV。1.2.1PN结的单向导电性图1.2.3硅二极管PN结伏安特性曲线iD≈IS(uD／UT>>1)(｜uD｜／UT>>1)1.2.2PN结的击穿1、雪崩击穿当反向电压增加时，内电场亦加强，使少数载流子在漂移过程中受到更大作用力产生加速运动，它们可能

7、在与共价键中的价电子碰撞时将价电子“撞”出共价键而产生自由电子—空穴对，新的自由电子—空穴对被电场加速后又可能撞出更多的自由电子—空穴对。如此连锁反应，当反向电压达到一定程度时，便产生类似雪崩的效应，从而使载流子倍增而引起电流的急剧增加。2、齐纳击穿高浓度掺杂时，空间电荷区宽度很小，即使不大的反向电压也可以产生很强的电场，将价电子直接从共价键中拉出来，产生自由电子—空穴对参加导电，引起电流急剧增加。不论是那种情况的反向电击穿，只要PN结不因电流过大产生过热而烧毁，反向电击穿与反向截止两种状态都是可逆的。1.2.3PN结的电容效应⒈势垒电容