模拟电路简明教程.ppt

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1、东北石油大学东北石油大学模拟电子技术模拟电子技术东北石油大学东北石油大学第第1 1章章 半导体器件半导体器件东北石油大学东北石油大学一、一、半导体知识基础半导体知识基础3、半导体：、半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。1、导体：很容易导电的物质。、导体：很容易导电的物质。2、绝缘体：几乎不导电的物质。、绝缘体：几乎不导电的物质。如锗（如锗（Ge）、硅（）、硅（Si）、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。）、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。SiSiGeGe1.1 半导体的特性半导体的特性共

2、用电子对东北石油大学东北石油大学二、本征半导体二、本征半导体1、本征：、本征：本质特征，即纯净的半导体本质特征，即纯净的半导体。2、定义：、定义：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。完全纯净的、结构完整的半导体晶体。3、导电机理：、导电机理：本征激发（本征激发（热激发）热激发）si sisi sisi sisi si空空穴穴自由电子自由电子自由电子自由电子自由电子自由电子 成对产生成对产生成对产生成对产生空穴空穴空穴空穴东北石油大学东北石油大学总结（1 1）本征半导体中存在数量相等的两种载流子。）本征半导体中存在数量相等的两种载流子。自由电子和空穴自由电子和空穴（2 2）本征半导体的导电能力取决

3、于载流子的浓度。）本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。思考本征半导体与导体的区别？本征半导体与导体的区别？东北石油大学东北石油大学三、杂质半导体三、杂质半导体1、N型半导体型半导体（电子半导体）（电子半导体）本征半导体中掺入微量的五价元素本征半导体中掺入微量的五价元素磷磷N 型半导体型半导体+示意图示意图P+sisisi硅晶体中掺磷出现自由电子硅晶体中掺磷出现自由电子磷磷 Pp 特点：特点：多数载流子多数载流子自由电子自由电子少数载流子少数载流子空穴空穴施主原子施主原子东北石油大学东北石油大学东北石油大学东北石油大学P型半导体型半导体示意图示意图受主原子受主原子2、P型半导体型半导体（空穴

4、半导体）（空穴半导体）特点：特点：多数载流子多数载流子空穴空穴少数载流子少数载流子自由电子自由电子本征半导体中掺入微量的三价元素本征半导体中掺入微量的三价元素硼硼B-sisisi硅晶体中掺硼出现空穴硅晶体中掺硼出现空穴硼硼 BB东北石油大学东北石油大学东北石油大学东北石油大学多数载流子数目由掺杂浓度确定多数载流子数目由掺杂浓度确定少数载流子数目与温度有关。温度少数载流子数目与温度有关。温度少子少子注意：注意：总结（1）N型半导体型半导体（电子半导体）（电子半导体）特点：特点：多数载流子多数载流子自由电子自由电子少数载流子少数载流子空穴空穴（2）P型半导体型半导体（空穴半导体）（空穴半导体）特点

5、：特点：多数载流子多数载流子空穴空穴少数载流子少数载流子自由电子自由电子东北石油大学东北石油大学1.2 半导体二极管半导体二极管一、一、PNPN结及其单向导电性结及其单向导电性1、PN结的形成结的形成P P+N N（1）由载流子的浓度差）由载流子的浓度差多子扩散多子扩散N区区P区区P区区N区区电子电子空穴空穴 （2）正负离子显电性）正负离子显电性建立空间电荷区建立空间电荷区形成内电场形成内电场 E（3 3）内电场）内电场E E阻碍多子扩散阻碍多子扩散有利少子漂移有利少子漂移扩散扩散=漂移漂移动平衡动平衡东北石油大学东北石油大学PN结的形成过程：东北石油大学东北石油大学 空间电荷区中没有载流子。

6、空间电荷区中没有载流子。空间电荷区的内电场阻碍空间电荷区的内电场阻碍P区的空穴和区的空穴和N区的区的 自由电子形成扩散电流。自由电子形成扩散电流。（内电场阻碍多子的扩散内电场阻碍多子的扩散）多子由掺杂浓度确定，少子与温度有关。多子由掺杂浓度确定，少子与温度有关。空间电荷区中内电场的作用使空间电荷区中内电场的作用使P区的电子和区的电子和N区的区的 空穴形成漂移电流。空穴形成漂移电流。（内电场有助少子漂移内电场有助少子漂移）总结东北石油大学东北石油大学2、PN结的单向导电性结的单向导电性（1）正偏）正偏PN结加正向电压导通：结加正向电压导通：耗尽层变窄，扩散运耗尽层变窄，扩散运动加剧，由于外电源的

7、动加剧，由于外电源的作用，形成扩散电流，作用，形成扩散电流，PNPN结处于导通状态。结处于导通状态。东北石油大学东北石油大学东北石油大学东北石油大学（2）反偏）反偏PN结加反向电压截止：结加反向电压截止：耗尽层变宽，阻止扩散耗尽层变宽，阻止扩散运动，有利于漂移运动，运动，有利于漂移运动，形成漂移电流。由于电流形成漂移电流。由于电流很小，故可近似认为其截很小，故可近似认为其截止。止。东北石油大学东北石油大学东北石油大学东北石油大学二、二、二极管的伏安特性二极管的伏安特性D阴极阴极(k)(k)阴极阴极 阴极阴极 阴极阴极阳极阳极(a)(a)阳极阳极 阳极阳极 阳极阳极点接触型点接触型面接触型面接触

8、型外外 形形符符 号号点接触型：结面小、结电容小，适用高频小电流场合，点接触型：结面小、结电容小，适用高频小电流场合，如：检波电路、数字开关电路。如：检波电路、数字开关电路。面接触型：结面大、结电容大，用在低频电路面接触型：结面大、结电容大，用在低频电路,如整流电路如整流电路.东北石油大学东北石油大学1、正向特性、正向特性UIO死区死区+-+UBRUD（1 1）死区电压）死区电压=0 0.1V.1V（锗管）锗管）0.5V0.5V（硅管）硅管）（2）正向特性：正向电阻很小）正向特性：正向电阻很小UD=0.20.3V （锗管）锗管）0.60.7V （硅管）硅管）（1）反向饱和电流：）反向饱和电流：

9、IS2、反向特性、反向特性IS（2）反向击穿电压：）反向击穿电压：UBR（3）二极管方程：）二极管方程：东北石油大学东北石油大学三、三、二极管的主要参数二极管的主要参数1、最大整流电流、最大整流电流 IF：正偏极限参数正偏极限参数二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。（点接触型（点接触型 VB，DA先导通，先导通，DA起起钳钳位作用，使位作用，使VF=3V。FAB-12V-12V0V+3VDARDBVB VF，DB截止，截止，将将VB与与VF隔离隔离例例电电路路中中，输输入入端端 VA=+3V，VB=0V，试试求求输输出端出端F

10、的电位的电位VF。（。（DA、DB为理想二极管为理想二极管）解：解：二极实现二极实现钳钳位和位和隔离隔离作用作用东北石油大学东北石油大学五、稳压五、稳压二极管二极管+-DZ符号符号1 1、伏安特性、伏安特性 由一个由一个PNPN结组成，反向击穿后在一定的结组成，反向击穿后在一定的电流范围内端电压基本不变，为稳定电压。电流范围内端电压基本不变，为稳定电压。2 2、主要参数、主要参数（1 1）稳定电压稳定电压UZ：在规定的稳压管反向工作电流下，所对应的在规定的稳压管反向工作电流下，所对应的反向工作电压。反向工作电压。（2 2）稳定电流稳定电流IZ：稳压管工作在稳定状态时的参考电流。稳压管工作在稳定

11、状态时的参考电流。（3 3）动态内阻动态内阻rZ：（4 4）额定功耗额定功耗PZ：（5）电压温度系数）电压温度系数U 东北石油大学东北石油大学1.3 双极结型三极管双极结型三极管一、基本结构一、基本结构b基极基极e发射极发射极c集电极集电极NPN型型PNP型型NNP发射结发射结集电结集电结becIBIEICTbecIBIEICTb基极基极e发射极发射极c集电极集电极PPN东北石油大学东北石油大学二、电流分配和放大原理二、电流分配和放大原理1 1、载流子传输过程、载流子传输过程NPNIENIEPIBNICBOICN东北石油大学东北石油大学2 2、电流分配关系、电流分配关系（1 1）内部：内部：N

12、PNIENIEPIBNICBOICN（2 2）外部：外部：东北石油大学东北石油大学3、三极管的放大作用、三极管的放大作用（1 1）共基极直流电流放大系数）共基极直流电流放大系数：NPNIENIEPIBNICBOICN（2 2）共射直流电流放大系数）共射直流电流放大系数：东北石油大学东北石油大学（3 3）三种组态）三种组态：ICIB共发射极 CEICIE共基极 CBIEIB共集电极 CC东北石油大学东北石油大学NPNIENIEPIBNICBOICN三、三极管的特性曲线三、三极管的特性曲线1、输入特性、输入特性 uCE2ViB/AuBE/V204060800.40.80uCE=0V死区死区非线性区

13、非线性区线性区线性区 uCE=1VICIB共发射极 CE东北石油大学东北石油大学ICIB共发射极 CENPNIENIEPIBNICBOICN2、输出特性、输出特性1234iC/mAuCE/V36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A0饱饱和和区区放大区放大区截止区截止区 为什么为什么uCE较小时较小时iC随随uCE变变化很大？为什么进入放大状态化很大？为什么进入放大状态曲线几乎是横轴的平行线？曲线几乎是横轴的平行线？状态状态uBEiCuCE截止截止UonICEOVCC放大放大 UoniB uBE饱和饱和 UoniB uBE东北石油大学东北石油大学四、三极管的主要参数四、三极管

14、的主要参数（1）共射电流放大系数：）共射电流放大系数：1 1、电流放大系数、电流放大系数和和 （2）共射直流电流放大系数：）共射直流电流放大系数：（3）共基电流放大系数：）共基电流放大系数：（4）共基直流电流放大系数：）共基直流电流放大系数：东北石油大学东北石油大学NPNIENIEPIBNICBOICN2、反向饱和电流、反向饱和电流（1 1）集）集）集）集-基极反向电流基极反向电流基极反向电流基极反向电流I ICBOCBO温度温度温度温度 少子少子少子少子 I ICBO CBO （2 2）集）集）集）集-射极穿透电流射极穿透电流射极穿透电流射极穿透电流I ICEOCEOI ICEOCEO=(1

15、+=(1+)I ICBOCBO，温度温度温度温度 I ICBOCBOI ICEO CEO I IC C 东北石油大学东北石油大学3、极限参数、极限参数（1）集电极最大允许电流）集电极最大允许电流ICMIC 当当 值下降到正常值的三分之二时的集电值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为极电流即为ICM。（2 2）极间反向击穿电压）极间反向击穿电压发射极开路时集发射极开路时集-基极之间的击穿电压基极之间的击穿电压U(BR)CBO（3）集电极最大允许耗散功率）集电极最大允许耗散功率PCM三极管的最大热损耗。三极管的最大热损耗。使用三极管时：使用三极管时：IC ICM、UCE U(BR)CEO、UC

16、E IC PCM基极开路时集基极开路时集-射极之间的击穿电压射极之间的击穿电压U(BR)CEO东北石油大学东北石油大学1.4 场效应三极管场效应三极管MOS管的结构管的结构：MOS(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)金属金属氧化物氧化物半导体场效应管半导体场效应管源极源极S(Source)、漏极、漏极D(Drain)、栅极、栅极G(Gate)东北石油大学东北石油大学MOS管的符号管的符号东北石油大学东北石油大学N沟道增强型场效应管输入输出特性曲线沟道增强型场效应管输入输出特性曲线截止区截止区可变电阻区可变电阻区恒流区恒流区东北石油大学东北石油大学总总 结结n半导体、本征半导体、杂质半导体nPN结的单向导电性n二极管模型（理想、恒压降）及其电路的分析计算n稳压管的特性n三极管的分类、载流子分配、特性曲线、参数n场效应三极管的特性