模拟电子技术基础.doc

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1、模拟电子技术基础1半导体器件基础1.1半导体基础知识1.1.1半导体半导体是介于导体和绝缘体Z间的材料，半导体材料有硅和错。1.1.2本征半导体本征半导体就是纯净且晶格方向一致的半导体晶体。本征激发指在外界激发的情况下，少数价电子获得一定的能量，挣脱共价键成为自由电子。本征半导体存在空穴和自由电了两种载流子。硅和错在常温时导电性能弱，自由电子和空穴浓度随温度的升高而增大，导电能力随之上升。半导体材料对温度的这种敏感性，既可用來制作热敏和光敏器件，又可造成半导体器件温度稳定性差。而且半导体的自由电子和空穴数量及其有限，故不能直接用来作为半导体材料。1.1.3杂质半导体1.4N型半

2、导体示意图图I"卩型半导体示竄图在本征半导体中掺入微量的三价元素或者五价元素，其导电性发生明显变化，成为杂志半导体。P型半导体通过在本征半导体中掺入三价元素得到，此类半导体空穴数为多数载流子（简称多子），自由电子为少子；N型半导体通过在本征半导体中掺入五价元素得到，此类半导体自由电子为多子，空穴为少子。1.2PN结与半导体二极管1.2.1PN结的形成应该注意的是，不管是P型半导体还是N型半导体，半导体中正负电荷数是相等的,整块半导体保持电中性。o0o0!O0oOo0!0O1ooo1^1oooQQCqQQQT-电fp区F1—LT1场一NK1—：uA01■■图1・6.PN结的形成X

3、空穴负离子，—空正离子由于存在浓度差，所以P区的空穴向N区扩散，N区的电子向P区扩散。这种由于存在浓度渥引起的载流了从高浓度区域向低浓度区域的运动称为扩散运动，所形成的电流称为扩散电流。扩散后就会在耗尽层出现一个由N区指向P区的内电场，在内电场作用下空穴向P区漂移，电子向N区漂移。载流子的这种运动叫做漂移运动，所形成的电流称为漂移电流。漂移运动取决于少数载流子的浓度，受温度影响较大。1.12.2PN结正向导电性PN结正向偏置，多子扩散加强，少子偏移进一步减弱，PN结导通；PN结反向偏置，多子扩散减弱，少子漂移增强，但由于P区电子和N区的少子数目有限，因此漂移电流很小，故PN结截

4、止。1.2.3PN结的伏安特性当PN结的反向电压增大到一定值时，反向电流急剧增大，这种现象称为PN结的反向击穿，这种情况可分为齐纳击穿和雪崩击穿。1.2.4半导体二极管死区电压（门槛电压）：当半导体二极管的正向电压超过这一数值时，正向电流明显增加；硅管0.5V,错管O.lVo正向导通压降：硅管0.7V,错管0.2Vo13稳压二极管稳压二极管在反向击穿（故反向连接）时，在一定的电流范围内（％in到IzmQ，端电压儿乎不变，表现出稳压特性。当Ui升高时,Uz增大Uz变大导致Iz急剧增大，那么UR也随之变大；由于Uo二Ui・UR,从而抵消了Ui增大导致Uo增大的趋势，使Uo电压稳定。

5、1.4半导体三极管1.4.1三极管的构成三极管由于是多子和少子共同参与导电，又称为双极型品体管，按结构可分为NPN型和PNP型。发射极的箭头指向，表示发射结正向偏置时电流方向。不管是哪种型号，为了获得良好的特性，都是发射区重掺杂，基区薄而且掺杂低，集电区面积尽量大。1.4.2三极管的工作原理根据公共端不同,三极管有共基极电路、共发射极电路和共集电极电路。以共射极（NPN）电路为例，分析其处于放大区（发射极正偏，集电极反偏）的工作情况。1）发射结正偏，那么发射区电子（重掺杂）大量地扩散至基区，形成电流1“2）基区的空穴复合了少数电子（低掺朵），形成了lb；大部分通过基区（薄）电子

6、到达集电区；3）集电结反偏，故发射区到达集电结边缘的电子顺利通过集电结被集电区吸收，形成Icno同时，由于反向电压，基区的空穴漂移至集电区，而集电区电子漂移至基区,形成反向饱和电流Icboo那么有Ie=Ib+Icn+Icbo,由于大部分电子到达了集区，故设Ic二ale+Icbo,于是求得：Ic=qlb+（l+q）lcbo其屮q称为共发射极电流放大系数，一般为几十到几百。而上式则体现了三极管电流控制的能力。1.4.3三极管的工作原理1.43.1输入特性曲线以Uce为参变量，表示输入电流lb和输入电压Ube之间的关系Ib=f（Ube）,称为共射组态的三极管输入特性。Uce为0,lb

7、随着Ube的变大而变大，与二极管的特性相类似；随着Uce的增大，集电结反偏，集电区将发射区扩散的电子拉至集电区，故相同Ube作用下lb减小，曲线右移；当UceMl时，集电区已将所有电子都吸收过去，故曲线重合。1.4.3.2输出特性曲线以lb为参变量，表示输出电流Ic和输出电压Uce之间的关系Ib=f(Ube),称为共射组态的三极管输出特性。输出特性曲线可分为4个区域：截止区、饱和区、放大区和击穿区。(1)当IbWO时，发射结反偏(UbevO),集电结反偏(UbcvO)。发射区不再发射电子，三