嵌入式硬件设计基础学习教学教案第二讲(新修订).ppt

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1、嵌入式硬件基础第二讲模拟电子技术主要内容2.1半导体器件2.2三极管放大电路2.3场效应管放大器2.4多级放大电路2.1半导体二极管2.1.1PN结的形成与特性1．PN结的形成在半导体材料(硅、锗)中掺入不同杂质可以分别形成N型和P型两种半导体。N型半导体主要靠自由电子导电，称自由电子为多数载流子，而空穴(带正电荷的载流子)数量远少于电子数量，称空穴为少数载流子。P型半导体主要靠空穴导电，称空穴为多数载流子，而自由电子远少于空穴的数量，称自由电子为少数载流子。注意：不论N型半导体还是P型半导体都是电中性，对外不显电性。当P型半导体和N型半导体接触以后，由于交界两侧半导体类型不同

2、，存在电子和空穴的浓度差。这样，P区的空穴向N区扩散，N区的电子向P区扩散,如图1.1.1(a)所示。由于扩散运动，在P区和N区的接触面就产生正负离子层。N区失掉电子产生正离子，P区得到电子产生负离子。通常称这个正负离子层为PN结。如图1.1.1（b）所示。在ＰＮ结的Ｐ区一侧带负电，Ｎ区一侧带正电。ＰＮ结便产生了内电场，内电场的方向从Ｎ区指向Ｐ区。内电场对扩散运动起到阻碍作用，电子和空穴的扩散运动随着内电场的加强而逐步减弱，直至停止。在界面处形成稳定的空间电荷区，如图１.1.1（b）所示。2.PN结的特性1）PN结的正向导通特性给PN结加正向电压，即P区接正电源，N区接负电源，此

3、时称PN结为正向偏置，如图1.1.2（a）所示。这时PN结外加电场与内电场方向相反，当外电场大于内电场时，外加电场抵消内电场，使空间电荷区变窄，有利于多数载流子运动，形成正向电流。外加电场越强，正向电流越大，这意味着PN结的正向电阻变小。2）PN结的反向截止特性给PN结加反向电压，即电源正极接N区，负极接P区，称PN结反向偏置，如图1.1.2（b）所示。这时外加电场与内电场方向相同，使内电场的作用增强,PN结变厚，多数载流子运动难于进行，有助于少数载流子运动，形成电流IR，少数载流子很少，所以电流很小，接近于零，即PN结反向电阻很大。综上所述，PN结具有单向导电性，加正向电压时，PN

4、结电阻很小，电流IR较大，是多数载流子的扩散运动形成的；加反向电压时，PN结电阻很大，电流IR很小，是少数载流子运动形成的。将一个PN结加上相应的两根外引线，然后用塑料、玻璃或铁皮等材料做外壳封装就成为最简单的二极管。其中，正极从P区引出，为阳极；负极从N区引出，为阴极。根据所用材料不同，二极管可分为锗管和硅管。2.1.2二极管的结构及符号半导体二极管同PN结一样具有单向导电性。二极管按半导体材料的不同可以分为硅二极管、锗二极管和砷化镓二极管等。可分为点接触型、面接触型和平面型二极管三类，如下图所示。不同结构的各类二极管下图所示为二极管的符号。由P端引出的电极是正极，由N端引出的电

5、极是负极，箭头的方向表示正向电流的方向，VD是二极管的文字符号。二极管的符号如何检测二极管的正负极一般来说，整流型二极管实物的负极（N极）有银环，如果二极管表面磨损，也可用数字万用表进行测量，测量方法如下：：将万用表设置成200K或2M档，用红、黑表笔接二极管的两端测试，记录显示数值；再交换红、黑表笔接到二极管的两端测试，再次记录显示数值。比较两次数值的大小，显示数值小的那一次，红表笔接的是二极管的正极，黑表笔接的是二极管的负极。常见的二极管有金属、塑料和玻璃三种封装形式。按照应用的不同，二极管分为整流、检波、开关、稳压、发光、光电、快恢复和变容二极管等。根据使用的不同，二极管的外形各

6、异，下面所示为几种常见的二极管外形。1.二极管的伏安特性二极管两端的电压U及其流过二极管的电流I之间的关系曲线，称为二极管的伏安特性。2.1.3二极管的伏安特性及主要参数1）正向特性当二极管承受正向电压小于某一数值(称为死区电压)时，还不足以克服PN结内电场对多数载流子运动的阻挡作用，这一区段二极管正向电流IF很小，称为死区。死区电压的大小与二极管的材料有关，并受环境温度影响。通常，硅材料二极管的死区电压约为0.5V，锗材料二极管的死区电压约为0.1V。当正向电压超过死区电压值时，外电场抵消了内电场，正向电流随外加电压的增加而明显增大，二极管正向电阻变得很小。当二极管完全导通后，正

7、向压降基本维持不变，称为二极管正向导通压降UF。一般硅管的UF为0.7V，锗管的UF为0.3V。以上是二极管的正向特性。2）反向特性当二极管承受反向电压时，外电场与内电场方向一致，只有少数载流子的漂移运动，形成的漏电流IR极小，一般硅管的IR为几微安以下，锗管IR较大，为几十到几百微安。这时二极管反向截止。当反向电压增大到某一数值时，反向电流将随反向电压的增加而急剧增大，这种现象称二极管反向击穿。击穿时对应的电压称为反向击穿电压。普通二极