模拟电子技术基础 普通高等教育十一五 国家级规划教材 教学课件 作者 杨碧石 模拟第1章.ppt

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1、半导体器件是组成各种电子电路——包括模拟电路和数字电路，分立元件电路和集成电路的基础。本章讨论半导体的特性，PN结的单向导电性，二极管、三极管、场效应管的结构，工作原理，特性曲线和主要参数第1章半导体二极管及基本应用物质可分为：导体：<=10-4Ω.cm如：铜，银，铝绝缘体：=109Ω.cm如：橡胶，塑料半导体其导电能力介于上面两者之间，一般为四价元素的物质，即原子最外层的轨道上均有四个价电子,所以称它们为4价元素。半导体有：元素半导体：硅（Si）、锗（Ge）等；化合物半导体：砷化镓（GaAs）等1.1半导体的特性原子结构的

2、简化模型硅或锗的简化原子结构模型硅或锗晶体的共价健结构示意图●本征半导体通常把非常纯净的、几乎不含杂质的且结构完整的半导体晶体称为本征半导体。在T=0K（相当于—273oC）时半导体不导电，如同绝缘体一样。如温度升高，如在室温条件下，将有少数价电子获得足够的能量，以克服共价键的束缚而成为自由电子，其载流子的数量很少（自由电子的数量）导电能力很弱。1.1.1本征半导体束缚电子本征激发空穴、电子对两种载流子：电子与空穴载流子产生与复合动态平衡载流子浓度与T有关图1.1.3本征激发现象在本征半导体中掺入少量的杂质，就会使半导体的导电性

3、能发生显著的改变。根据掺入杂质的化合价的不同，杂质半导体分为:N型半导体和P型半导体两大类。1．N型半导体：在4价硅或锗的晶体中掺入少量的5价杂质元素，如磷，锑，砷等。1.1.2杂质半导体施主杂质、多数载流子（多子）、少数载流子（少子）、电子型半导体（a）（b）N型半导体（a）结构示意图（b）离子和载流子（不计本征激发）受主杂质、多子、少子、空穴型半导体（a）（b）P型半导体（a）结构示意图（b）离子和载流子（不计本征激发）2．P型半导体：在4价硅或锗的晶体中掺入少量的3价杂质元素，如硼，锡，铟等。N半导体、P半导体电中性半导体

4、的特性：1、热敏性2、掺杂性3、光敏性1.2.1PN结及其单向导电性单纯的P型或N型半导体，仅仅是导电能力增强了，因此它还不是电子线路中所需要的半导体器件。若在一块本征半导体上，两边掺入不同的杂质，使一边成为P型半导体，另一边成为N型半导体，则在两种半导体的交界面附近形成一层很薄的特殊导电层——PN结。PN结是构成各种半导体器件的基础。1.2半导体二极管1.PN结的形成扩散运动、空间电荷区、耗尽层、漂移运动、动态平衡、内建电位差、势垒区或阻挡层（a）（b）图1.2.1PN结的形成（a）载流子的扩散运动（b）平衡状态下的PN结2.

5、PN结的单向导电性原理偏置、正向偏置（正偏）、反向偏置（反偏）正向导通、反向截止（a）（b）外加电压时的PN结（a）正偏（b）反偏PN结正偏时产生较大的正向电流PN结处于导通状态。PN结反偏时产生较小的反向电流，PN结处于截止状态。故PN结具有单向导电性。1.2.2半导体二极管及其基本特性（a）结构示意图（b）符号二极管的结构和符号二极管的结构与符号二极管的伏安特性曲线1.2.1二极管（PN结）伏安特性1.正向特性“死区”、导通电压或开启电压；室温下，硅管的Uon≈0.5V，锗管的Uon≈0.1V。管压降：硅管UD=0.6~

6、0.8V，锗管UD=0.1~0.3V2．反向击穿特性反向特性、反向饱和电流、反向击穿电压。●电击穿：雪崩击穿、齐纳击穿。●热击穿需要特别指出的是，普通二极管的反向击穿电压较高，一般在几十伏到几百伏以上（高反压管可达几千伏）。普通二极管在实际应用中不允许工作在反向击穿区。二极管的伏安特性方程：可近似用PN结的伏安特性方程来表示。理论研究表明，PN结两端电压U与流过PN结的电流I之间的关系为Isat--反向饱和电流UT=kT/q-温度电压当量，其中k为玻耳兹曼常数，T为绝对温度，q为电子电量。在室温（27℃或300K）时UT≈26m

7、V。1.2.2二极管的主要参数1.最大整流电流IF：指二极管长期工作时，允许通过管子的最大正向平均电流。2.最高反向工作电压UR：3.反向电流IR：指在室温下，在二极管两端加上规定的反向电压时，流过管子的反向电流。IR愈小单向导电性愈好。IR与温度有关（少子运动）4.最高工作频率：fM值主要决定于PN结结电容的大小。结电容愈大，则fM愈低。1.3半导体二极管的基本应用1.3.1整流电路利用二极管的单向导电特性，可以将交流电变换为单向脉动直流电，完成整流作用。完成整流功能的电路称为整流电路。单相桥式整流电路1．工作原理2．参数计算

8、单相桥式整流电路的整流电压的平均值，即输出电压uo的直流分量UO(AV)为负载电阻RL中的直流电流IO(AV)（即负载电流平均值）为1.3.2检波电路1.3.3限幅电路1.4特殊二极管1.4.1稳压二极管利用二极管的反向击穿特性，可将二极管做成一种特殊二极管——