模拟电子技术及应用.pptx

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1、第1章 基本半导体分立器件 1.1 半导体的基本知识与半导体的基本知识与PN结结 1.2 半导体二极管半导体二极管 1.3 特殊二极管特殊二极管1.4 半导体三极管半导体三极管 1.5 场效应晶体管场效应晶体管 导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。金属一般都是导体。绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、绝缘体之间，称为半导体，如

2、锗、硅、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。1-1 半导体的基本知识及半导体的基本知识及PN结结什么是什么是半导体半导体?半导体的导电机理不同于其它物质，所以半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。例如：它具有不同于其它物质的特点。例如：当受外界热和光的作用时，当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。它的导电能力明显变化。往纯洁的半导体中掺入某些杂质，会使往纯洁的半导体中掺入某些杂质，会使 它的导电能力明显改变。它的导电能力明显改变。1.1.掺杂性掺杂性2.2.热敏性和光敏性热敏性和光敏性半导体的半导体的半导体的半导体的三大特性三大特性三大

3、特性三大特性1-1-1 1-1-1 本征半导体本征半导体（纯洁和具有晶体结构的半导体）（纯洁和具有晶体结构的半导体）一、本征半导体的结构特点一、本征半导体的结构特点GeGeSiSi现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。的最外层电子（价电子）都是四个。在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相邻的原子之间形成共价键，共用一

4、对价与其相邻的原子之间形成共价键，共用一对价电子。电子。硅和锗的晶硅和锗的晶体结构体结构：通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。硅和锗的共价键结构硅和锗的共价键结构共价键共共价键共用电子对用电子对+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4表示原表示原子外层原子外层原来有来有4 4个个电子电子共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，导电由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，导电

5、能力很弱。能力很弱。形成共价键后，每个原子的最外层电子是形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，形成稳定结构。八个，形成稳定结构。共价键有很强的结合力，使原子规共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。则排列，形成晶体。+4+4+4+4二、本征半导体的导电机理二、本征半导体的导电机理在绝对在绝对0 0度（度（-273-273）和没有外界激发时）和没有外界激发时,价价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即载流子），不能导电，相以运动的带电粒子（即载流子），不能导电，相当于绝缘体。当于绝缘体。在常温下，由于热激发，使一些价电

6、子获在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子，同时共价键上留下一个空位，称为空穴。子，同时共价键上留下一个空位，称为空穴。1.1.载流子、自由电子和空穴载流子、自由电子和空穴+4+4+4+4自由电子自由电子空穴空穴束缚电子束缚电子（价电子）（价电子）2.2.本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理+4+4+4+4+4+4+4+4在外界因素的作用下，在外界因素的作用下，空穴吸引附近的电子空穴吸引附近的电子来填补，结果相当于来填补，结果相当于空穴的迁移，效果相空穴的迁移，效果相当于正电荷的移动，当于正电荷的移动，因此

7、可以认为空穴是因此可以认为空穴是载流子，能定向移动载流子，能定向移动而形成电流。而形成电流。本征半导体中两种载流子的数量相等，称自由本征半导体中两种载流子的数量相等，称自由电子空穴对。电子空穴对。温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点大特点-半导体的热敏性。半导体的热敏性。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体中电流由两局部组成：本征半导体中电流由两

8、局部组成：（1 1）自由电子移动产生的电流。）自由电子移动产生的电流。（2 2）空穴移动产生的电流。）空穴移动产生的电流。（在本征半导体中（在本征半导体中 自由电子和空穴成对出现，自由电子和空穴成对出现，同时又不断的复合）同时又不断的复合）1-1-2 1-1-2 杂质半导体杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质原子，在本征半导体中掺入某些微量的杂质原子，形成杂质半导体。杂质半导体的导电性能将发生形成杂质半导体。杂质半导体的导电性能将发生显著变化，其原因是掺杂半导体的某种载流子浓显著变化，其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。度大大增加。P P 型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，

9、也型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为空穴型半导体。称为空穴型半导体。N N 型半导体：型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体，自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为电子型半导体。也称为电子型半导体。一、一、N N 型半导体型半导体在硅或锗晶体（本征半导体）中掺入少在硅或锗晶体（本征半导体）中掺入少量的五价元素，如磷，晶体中的某些半导体量的五价元素，如磷，晶体中的某些半导体原子被杂质原子取代。由于磷原子的最外层原子被杂质原子取代。由于磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子形成共价键，必定

10、多出一个电子，这个电子不受共价键的束缚，很容易被激发而成为子不受共价键的束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子；本征半导体电子和空穴成对出正电的离子；本征半导体电子和空穴成对出现的现象也被打破。现的现象也被打破。+4+4+4+4+5+5+4+4多余多余电子电子磷原子磷原子N N 型半导体中型半导体中的载流子有哪的载流子有哪些呢？些呢？（1 1）由磷原子提供的电子，浓度与磷原子相同。）由磷原子提供的电子，浓度与磷原子相同。（2 2）本征半导体中成对产生的电子和空穴。）本征半导体中成对产生的电子和空穴。一般情况下，掺杂浓度远大

11、于本征半导体中载流子浓一般情况下，掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。在度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。在N N型半型半导体中，自由电子称为多数载流子（多子），空穴称导体中，自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。为少数载流子（少子）。二、二、P P 型半导体型半导体在硅或锗晶体（本征半导体）中掺入少量的在硅或锗晶体（本征半导体）中掺入少量的三价元素，如硼（或铟），晶体点阵中的某些半三价元素，如硼（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质原子取代。硼原子的最外层有三导体原子被杂质原子取代。硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的个价电子

12、，与相邻的半导体原子形成共价键时，半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。的带负电的离子。+4+4+4+4+3+3+4+4空穴空穴硼原子硼原子P P 型半导体中空穴是多子，电子是少子型半导体中空穴是多子，电子是少子。三、杂质半导体的示意图三、杂质半导体的示意图P P 型半导体型半导体+N N 型半导体型半导体小小 结结2.N2.N型半导体：电子是多子，其中大局部是掺杂提供型半导体：电子是多子，其中大局部是掺杂提供的电子；空穴是少子，少子的迁移也能形成电流，的电

13、子；空穴是少子，少子的迁移也能形成电流，由于数量的关系，起导电作用的主要是多子由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近近似认为多子与杂质浓度相等。似认为多子与杂质浓度相等。3.P3.P型半导体中空穴是多子，电子是少子型半导体中空穴是多子，电子是少子。1.1.本征半导体中受激（热激发即本征激发）产本征半导体中受激（热激发即本征激发）产生的电子和空穴成对出现，数量很少。生的电子和空穴成对出现，数量很少。4.4.杂质半导体：多子数（多子浓度）主要由掺杂浓度杂质半导体：多子数（多子浓度）主要由掺杂浓度决定，受温度影响较小；而少子（少子浓度）主要由决定，受温度影响较小；而少子（少子浓度）主要由本征激发

14、决定，所以受温度影响较大。本征激发决定，所以受温度影响较大。1-1-3 PN 1-1-3 PN 结的形成结的形成在同一片半导体基片上，分别制造在同一片半导体基片上，分别制造P P 型半导体和型半导体和N N 型半导体，经过载流型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成子的扩散，在它们的交界面处就形成了了PN PN 结。结。P P 型半型半导体导体N N 型半型半导体导体+扩散运动扩散运动漂移运动漂移运动扩散的结果是使空间电荷区扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽。逐渐加宽。内电场越强，漂移运动内电场越强，漂移运动越强。越强。空间电荷区，空间电荷区，也称耗尽层。也称耗尽层。内电场内电场E E

15、漂移运动漂移运动P P型半导体型半导体N N 型半导体型半导体+扩散运动扩散运动内电场内电场E E所以扩散和漂移这一对相反的运动最终到达平衡，相当于两所以扩散和漂移这一对相反的运动最终到达平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。1.1.空间电荷区中没有多数载流子。空间电荷区中没有多数载流子。2.2.空间电荷区中内电场阻碍空间电荷区中内电场阻碍P P区区中的空穴和中的空穴和N N区区中的电子（都是多子）向对方运动（扩散中的电子（都是多子）向对方运动（扩散运动）。运动）。3.3.P P 区中的电子和区中的电子和N N 区中的空穴

16、（都是少子）区中的空穴（都是少子）数量有限，因此由它们形成的电流很小。数量有限，因此由它们形成的电流很小。小结小结(1)加正向电压（正偏）加正向电压（正偏）电源正极接电源正极接P区，负极接区，负极接N区区 外电场的方向与内电场方向相反。外电场的方向与内电场方向相反。外电场削弱内电场外电场削弱内电场 耗尽层变窄耗尽层变窄 扩散运动漂移运动扩散运动漂移运动多子扩散形成正向电流（与外电场方向一致）多子扩散形成正向电流（与外电场方向一致）I I F F正向电流正向电流 1-1-4 1-1-4 PN PN 结的单向导电性结的单向导电性(2)(2)加反向电压加反向电压电源正极接电源正极接N N区，负极接区

17、，负极接P P区区 外电场的方向与内电场方向相同。外电场的方向与内电场方向相同。外电场加强内电场外电场加强内电场耗尽层变宽耗尽层变宽 漂移运动扩散运动漂移运动扩散运动少子漂移形成反向电流少子漂移形成反向电流I I R RP PN N在一定的温度下，由本征激发产生的少子浓度是一定的，故在一定的温度下，由本征激发产生的少子浓度是一定的，故I IR R基本上与外加基本上与外加反压的大小无关，所以称为反压的大小无关，所以称为反向饱和电流反向饱和电流。但但但但I I I IR R R R受温度影响较大受温度影响较大受温度影响较大受温度影响较大。PN PN结加正向电压时，可以有较大的结加正向电压时，可以有

18、较大的正向扩散电流，即呈现低电阻，正向扩散电流，即呈现低电阻，我们称我们称PNPN结导通；结导通；PN PN结加反向电压时，只有很小的反结加反向电压时，只有很小的反向漂移电流，呈现高电阻，向漂移电流，呈现高电阻，我们称我们称PNPN结结截止。截止。这就是这就是PNPN结的单向导电性。结的单向导电性。本次课小结本次课小结1 1、半导体与金属导电的不同（载流子）。、半导体与金属导电的不同（载流子）。2 2、半导体的三大特性。、半导体的三大特性。3 3、本征半导体、热（本征）激发。、本征半导体、热（本征）激发。4 4、掺杂半导体、多子和少子。、掺杂半导体、多子和少子。5 5、PNPN结的形成。结的形

19、成。6 6、PNPN结的单向导电性。结的单向导电性。作业：作业：P.5.1.1.3P.5.1.1.3P.8.1.2.1 1.2.2 1.2.3P.8.1.2.1 1.2.2 1.2.31-2半导体二极管半导体二极管1-2-1 1-2-1 半导体二极管的基本结构半导体二极管的基本结构PN PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。引线（管脚）引线（管脚）外壳外壳触丝线触丝线基片基片点接触型点接触型PN结结面接触型面接触型PN二极管的电路符号：二极管的电路符号：阳极阳极a+阴极阴极k-1-2-2 1-2-2 伏安特性伏安特性反向击穿反向击穿电压电压UBR死区

20、电压，硅管约死区电压，硅管约0.5V,0.5V,锗管约锗管约0.2V0.2V导通压降导通压降:硅管硅管0.60.60 0.8V,.8V,锗锗管管0.2 0.2 0.4V0.4V。反向饱和漏电流反向饱和漏电流V(V)I(mA)(A)二极管的反向击穿简介二极管的反向击穿简介1-2-3 1-2-3 主要参数主要参数1.1.最大整流电流最大整流电流 I IDMDM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。正向平均电流。3.3.反向击穿电压反向击穿电压V VBRBR二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极

21、管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压坏。手册上给出的最高反向工作电压V VBWMBWM一般是一般是V VBRBR的一半。的一半。2.2.反向工作峰值电压反向工作峰值电压V VBWMBWM保证二极管不被击穿时的反向峰值电压。保证二极管不被击穿时的反向峰值电压。4.4.反向电流反向电流 I IR R指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，因反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影此反向电流越小越好。反向电流受温度的影

22、响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要比硅管大几十到流较小，锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。几百倍。5.微变电阻微变电阻 rDiDv vDIDVDQ iD v vDrD 是二极管特性曲线上工是二极管特性曲线上工作点作点Q 附近电压的变化量附近电压的变化量与电流的变化量之比：与电流的变化量之比：显然，显然，rD是对是对Q附近的微小附近的微小变化区域内的电阻。变化区域内的电阻。6.二极管的极间电容二极管的极间电容（结电容）（结电容）*二极管的两极间存在电容效应，对应的等效电容二极管的两极间存在电容效应，对应的等效电容由两局部组成：

23、势垒电容由两局部组成：势垒电容CB和扩散电容和扩散电容CD。*势垒电容：势垒区是积累空间电荷的区域，当电压变化势垒电容：势垒区是积累空间电荷的区域，当电压变化时，就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化，这样所表时，就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化，这样所表现出的电容是势垒电容。现出的电容是势垒电容。电容效应：当外加电压发生变化时，耗尽层电容效应：当外加电压发生变化时，耗尽层的宽度将随之改变，即的宽度将随之改变，即PNPN结中存储的电荷量结中存储的电荷量要随之变化，就像电容充放电一样。要随之变化，就像电容充放电一样。当外加正向电压不当外加正向电压不同时，同时，PNPN结两侧堆积结两侧堆积的少子

24、的数量及浓度的少子的数量及浓度梯度也不同梯度也不同(相当于电相当于电容的充放电容的充放电)。电容效应在交流信号作用下才会表现出来。电容效应在交流信号作用下才会表现出来。扩散电容：扩散电容：为了形成正向为了形成正向电流（扩散电流），注入电流（扩散电流），注入P P 区的电子在区的电子在P P 区有浓度差，区有浓度差，越靠近越靠近PNPN结浓度越大，即结浓度越大，即在在P P 区有电子的积累。同区有电子的积累。同理，在理，在N N区有空穴的积累。区有空穴的积累。势垒电容在正偏和反偏时均不能忽略。而反向偏置势垒电容在正偏和反偏时均不能忽略。而反向偏置时，由于少数载流子数目很少，可忽略扩散电容。时，由

25、于少数载流子数目很少，可忽略扩散电容。PN结高频小信号时的等效电路：结高频小信号时的等效电路：势垒电容和扩散势垒电容和扩散电容的综合效应电容的综合效应rd 从二极管的主要参数从二极管的主要参数中可得出二极管单向导电性失中可得出二极管单向导电性失败的场合及原因败的场合及原因 1 1、正向偏压太低。（缺乏以克服死区电、正向偏压太低。（缺乏以克服死区电压）压）2 2、正向电流太大。（会使、正向电流太大。（会使PNPN结温度过结温度过高烧毁）高烧毁）3 3、反向偏压太高。（造成反向击穿）、反向偏压太高。（造成反向击穿）4 4、工作频率太高。（使结电容容抗下、工作频率太高。（使结电容容抗下降而反向不截止

26、）降而反向不截止）实际二极管：死区电压实际二极管：死区电压 0.5V0.5V，正向压降，正向压降 0.7V(0.7V(硅二极管硅二极管)理想二极管：死区电压理想二极管：死区电压=0=0，正向压降，正向压降=0=0 RLuiuouiuott二极管的应用举例二极管的应用举例1 1：二极管半波整流：二极管半波整流实际应用中利用二极管的单向导电性，典型应用有整流、限幅、保护等。实际应用中利用二极管的单向导电性，典型应用有整流、限幅、保护等。二极管的应用举例二极管的应用举例2 2：波形转换：波形转换tttuiuRuoRRLuiuRuo 1-3 特殊二极管特殊二极管1-3-11-3-1稳压二极管稳压二极管

27、VIIZIZmax UZ IZ曲线越陡，曲线越陡，电压越稳电压越稳定。定。+-UZ动态电阻：动态电阻：r rz z越小，稳压越小，稳压性能越好。性能越好。（4 4）稳定电流）稳定电流I IZ Z，最大、最小稳定电流，最大、最小稳定电流I Izmaxzmax、I Izminzmin。（5 5）最大允许功耗）最大允许功耗稳压二极管的参数稳压二极管的参数:（1 1）稳定电压）稳定电压 U UZ Z（2 2）电压温度系数）电压温度系数 V V（%/%/）稳压值受温度变化影响的系数。稳压值受温度变化影响的系数。（3 3）动态电阻）动态电阻稳压管只有与适当的电阻连接才能起到稳压作用。稳压管只有与适当的电阻

28、连接才能起到稳压作用。VIIZIZmax UZ IZUZiUIZIZULR0URR叫限流电阻，使流经稳压二极管的电流在其平安范围内。叫限流电阻，使流经稳压二极管的电流在其平安范围内。稳压二极管的应用举例稳压二极管的应用举例UoiZDZRiLiUiRL稳压管的技术参数稳压管的技术参数:解：令输入电压到达上限时，流过稳压管的电流为解：令输入电压到达上限时，流过稳压管的电流为I Iz zmax max 方程方程1 1要求当输入电压由正常值发生要求当输入电压由正常值发生 20%20%波动时，负载电压基本不变。波动时，负载电压基本不变。求：电阻求：电阻R R和输入电压和输入电压 V Vi i 的正常值。

29、的正常值。令输入电压降到下限时，流过稳压管的电流为令输入电压降到下限时，流过稳压管的电流为I Iz zmin min。方程方程2 2联立方程联立方程1 1、2 2，可得：，可得：选择限流电阻阻值的原则选择限流电阻阻值的原则1 1、当输入电压最大而负载要求的电流、当输入电压最大而负载要求的电流最小时，流过稳压二极管的电流最大，最小时，流过稳压二极管的电流最大，此时限流电阻要保证流过稳压二极管此时限流电阻要保证流过稳压二极管的电流小于最大电流；的电流小于最大电流；2 2、当输入电压最小而负载要求的电流、当输入电压最小而负载要求的电流最大时，流过稳压二极管的电流最小，最大时，流过稳压二极管的电流最小

30、，此时限流电阻要保证流过稳压二极管此时限流电阻要保证流过稳压二极管的电流大于最小电流。的电流大于最小电流。1-3-2光电二极管光电二极管反向电流随光照强度的增加而上升。反向电流随光照强度的增加而上升。IV照度增加照度增加光电流、暗电流光电流、暗电流1-3-3发光二极管发光二极管有正向电流流过有正向电流流过时，发出一定波长范时，发出一定波长范围的光。目前的发光围的光。目前的发光二极管可以发出从红二极管可以发出从红外到可见波段的光；外到可见波段的光；电特性与一般二极管电特性与一般二极管类似。类似。1 1半半导导体体中中有有两两种种载载流流子子：电电子子和和空空穴穴。电电子子带带负负电电，空空穴穴带

31、带正正电电。在在纯纯洁洁半半导导体体中中掺掺入入不不同同的的杂杂质质，可可以以得到得到N N型半导体和型半导体和P P型半导体。型半导体。2 2采采用用一一定定的的工工艺艺，使使P P型型和和N N型型半半导导体体结结合合在在一一起起，就形成了就形成了PNPN结。结。PNPN结的基本特点是单向导电。结的基本特点是单向导电。3 3二极管是由一个二极管是由一个PNPN结构成的。结构成的。半导体器件半导体器件(二极管二极管)局部内容小结局部内容小结二极管的分析模型：二极管的分析模型：理想二极管模型、特性曲线折线近似（导通电理想二极管模型、特性曲线折线近似（导通电阻不为阻不为0 0）、恒压源模型（导通

32、电阻为）、恒压源模型（导通电阻为0 0）例例1：二二极极管管构构成成的的限限幅幅电电路路如如下下图图，R R1k1k，U UREFREF=2V=2V，输输入入信信号号为为u ui i。(1)(1)假假设设 u ui i为为4V4V的的直直流流信信号号，分分别别采采用用理理想想二二极极管管模模型型、恒恒压压源源模模型计算电流型计算电流I I和输出电压和输出电压u uo o解：（解：（1 1）采用理想模型分析。）采用理想模型分析。采用恒压源模型分析。采用恒压源模型分析。例题例题（2 2）如如果果u ui i为为幅幅度度4V4V的的交交流流三三角角波波，波波形形如如下下图图，分分别别采采用用理理想想

33、二二极管模型和恒压源模型分析电路并画出相应的输出电压波形。极管模型和恒压源模型分析电路并画出相应的输出电压波形。解：解：采用理想二极管采用理想二极管模型分析。波形如右所示。模型分析。波形如右所示。0-4V4Vuit2V2Vuot02.7Vuot0-4V4Vuit2.7V 采采用用恒恒压压源源模模型型分分析析，波形如右所示。波形如右所示。例例2:2:在以下图中在以下图中,试求以下几种情况的端电压试求以下几种情况的端电压V VY Y及及各元件流过的电流各元件流过的电流:(1)U(1)UA A=10V,U=10V,UB B=0V;=0V;解解:忽略二极管的导通压降：忽略二极管的导通压降：(1)二极管

34、优先导通，则反向偏置，截止，UAUB1K1K R9kA(2)U(2)UA A=6V,U=6V,UB B=5.8V;=5.8V;设两管均导通，应用结点电流法可得：UAUB1K1K R9kA可见DB管也确能导通.例例3 3：两个稳压管：两个稳压管,稳定电压分别为稳定电压分别为5.5V5.5V和和8.5V,8.5V,正向导通压降都正向导通压降都是是0.5V,0.5V,如果要得到如果要得到0.5V0.5V、3V3V、6V6V、9V9V和和14V14V应如何连接应如何连接?解解:电路如以下所示，分别可以得到题意要求的稳压值：电路如以下所示，分别可以得到题意要求的稳压值：例例3 3：两个稳压管：两个稳压管

35、,稳定电压分别为稳定电压分别为5.5V5.5V和和8.5V,8.5V,正向导通压降都正向导通压降都是是0.5V,0.5V,如果要得到如果要得到0.5V0.5V、3V3V、6V6V、9V9V和和14V14V应如何连接应如何连接?解解:电路如以下所示，分别可以得到题意要求的稳压值：电路如以下所示，分别可以得到题意要求的稳压值：R+-UiDz10.5V+-RRDZ1Dz2Ui-3V+-+-UiRDz1Dz2+6V-+Ui-RDz1Dz2+9V-+Ui-R+14v-二极管模型：理想二极管、理想二极管二极管模型：理想二极管、理想二极管串联电压源（恒压降）、折线模型、恒串联电压源（恒压降）、折线模型、恒压

36、降串联电阻（考虑压降的折线模型）、压降串联电阻（考虑压降的折线模型）、用数字公式近似描述的二极管伏安特性：用数字公式近似描述的二极管伏安特性：举例：举例：P.27.1.8P.27.1.8本次课内容本次课内容二极管的结构和伏安特性二极管的结构和伏安特性二极管的主要参数。二极管的主要参数。二极管单向导电性失败的场合及原因。二极管单向导电性失败的场合及原因。二极管的几种分析模型。二极管的几种分析模型。特殊二极管特殊二极管二极管应用举例。二极管应用举例。作业：作业：P.15.1.3.1 1.3.2P.15.1.3.1 1.3.2P.17.1.4.1P.17.1.4.1P.25.1.1 1.3P.25.

37、1.1 1.3 上次课内容：上次课内容：1 1、二极管的结构和伏安特性、二极管的结构和伏安特性2 2、二极管的主要参数及二极管单向导电性失败的场、二极管的主要参数及二极管单向导电性失败的场合及原因。合及原因。3 3、特殊二极管。、特殊二极管。4 4、二极管分析模型及应用举例。、二极管分析模型及应用举例。用万用表检测二极管的好坏及极性用万用表检测二极管的好坏及极性万用表欧姆档，黑表笔对应于表内电万用表欧姆档，黑表笔对应于表内电池的正极，而红表笔对应于表内电池池的正极，而红表笔对应于表内电池的负极。的负极。二极管正偏时导通，呈现的电阻阻值二极管正偏时导通，呈现的电阻阻值较小。较小。二极管反偏时截止

38、，呈现的电阻阻值二极管反偏时截止，呈现的电阻阻值较大。较大。1-4-1 基本结构基本结构-BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极NPN型型PNP集电极集电极基极基极发射极发射极BCEPNP型型 1-4 1-4 半导体三极管半导体三极管BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极基区：较基区：较薄，掺杂薄，掺杂浓度低浓度低集电结：集电结：面积较面积较大大发射区：发射区：掺杂浓度掺杂浓度较高较高BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极发射结发射结集电结集电结BECIBIEICNPNNPN型三极管型三极管BECIBIEICPNPPNP型三极管型三极管符号符号三极管的结构特点：基区特别薄，发

39、射区三极管的结构特点：基区特别薄，发射区掺杂浓度特别高，集电结面积特别大。掺杂浓度特别高，集电结面积特别大。一、实验测试方法一、实验测试方法ICmA AVVUCEUBERBIBECEB1-4-2 1-4-2 电流分配和放大原理电流分配和放大原理结论结论:1.IE=IC+IB3.IB=0时时,IC=ICEO（穿透电流）（穿透电流）4 4.要使晶体三极管处于放大状态要使晶体三极管处于放大状态,发射结必须正偏发射结必须正偏,集电结必须反偏。集电结必须反偏。二二.电流放大原理电流放大原理*BECNNPEBRBECIE基区空穴向发基区空穴向发射区的扩散可射区的扩散可忽略。忽略。IBE进入基区的电子少局部

40、进入基区的电子少局部与基区的空穴复合，形与基区的空穴复合，形成复合电流成复合电流IBE ，多数扩，多数扩散到集电结。散到集电结。发射结正偏，发射结正偏，发射区电子不发射区电子不断向基区扩散，断向基区扩散，形成发射极电形成发射极电流流IE。BECNNPEBRBECIE集电结反偏，集电区少子漂集电结反偏，集电区少子漂移形成的反向电流移形成的反向电流I ICBOCBO。ICBOIC=ICE+ICBO ICEIBEICE从发射区扩散来的电子从发射区扩散来的电子作为基区的少子，漂移作为基区的少子，漂移进入集电结而被收集，进入集电结而被收集，形成形成I ICECE。IB=IBE-ICBO IBEIBBEC

41、NNPEBRBECIEICBOICEIC=ICE+ICBO ICEIBEICE与与IBE之比称为电流放大倍数之比称为电流放大倍数无数次试验发现：无数次试验发现：漂移到集电区的电子数（或其变化漂移到集电区的电子数（或其变化量）与在基区复合的电子数（或其变化量）总成比例，量）与在基区复合的电子数（或其变化量）总成比例，即即ICE与与IBE之比为一常数，称作电流放大倍数。之比为一常数，称作电流放大倍数。一一.输入特性输入特性UCE 1VIB(A)UBE(V)204060800.40.8工作压降：工作压降：硅管硅管UBE 0.60.7V,锗管锗管UBE 0.20.3V。UCE=0VUCE=0.5V 死

42、区电压，硅死区电压，硅管约管约0.5V，锗，锗管约管约0.1V。1-4-3 特性曲线特性曲线二、二、输出特性输出特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域满足此区域满足IC=IB，称称为线性区（放为线性区（放大区）。大区）。当当VCE大于一定的数大于一定的数值时，值时，IC只与只与IB有关：有关：IC=IB。IC(mA )1234VCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中VCE VBE,集集电结正偏，集电极电电结正偏，集电极电流不再受基极电流的流不再受基极电流的操作，操作，VCE 0.3

43、V，称，称为饱和区。为饱和区。IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中:IB=0,IC=ICEO,VBE I IC C，V VCECE 0.3V0.3V (3)(3)截止区：截止区：V VBEBE 0时时UGS足够大时足够大时（UGSVT）将将P区少子电子聚集区少子电子聚集到到P区外表区外表，形形成导电沟道，如成导电沟道，如果此时加有漏源果此时加有漏源电压，就可以形电压，就可以形成漏极电流成漏极电流id。感应出电子感应出电子VT称为阈值电压（开启电压）称为阈值电压（开启电压）UGS较小时，导较小时，导电沟道相当于电电沟道相当

44、于电阻将阻将D-S连接起连接起来，来，UGS越大此越大此电阻越小。电阻越小。PNNGSDUDSUGSUT（VT）iD=f(uGS)uDS=常数常数三、增强型三、增强型N N沟道沟道MOSMOS管的特性曲线管的特性曲线输出特性曲线输出特性曲线转移特性曲线转移特性曲线 一个重要参数一个重要参数跨导跨导gm gm=iD/uGS uDS=const gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的操作作用。的大小反映了栅源电压对漏极电流的操作作用。在转移特性曲线上，在转移特性曲线上，gm为曲线的斜率。为曲线的斜率。在输出特性曲线上也可求出在输出特性曲线上也可求出gm。N N沟道增强型沟道增强型MOSMOS管的基本

45、特性管的基本特性u uGSGS U UT T，管子截止，管子截止u uGSGS U UT T，管子导通，管子导通u uGSGS 越大，沟道越宽，在相同的漏源电压越大，沟道越宽，在相同的漏源电压u uDSDS作用下，漏极电流作用下，漏极电流I ID D越大越大四、耗尽型四、耗尽型N沟道沟道MOS管的特性曲线管的特性曲线耗尽型的耗尽型的MOS管管UGS=0时就有导电沟道，加反向时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。电压才能夹断。转移特性曲线转移特性曲线0IDUGSVTIDU DS0UGS=0UGS0输出特性曲线输出特性曲线N N沟道沟道耗尽型耗尽型MOSMOS管的管的特点特点当当u uGSGS=0=

46、0时，就有沟道，参加时，就有沟道，参加u uDSDS，就有，就有i iD D。当当u uGSGS0 0时，沟道增宽，时，沟道增宽，i iD D进一步增加。进一步增加。当当u uGSGS0 0时，沟道变窄，时，沟道变窄，i iD D减小。减小。1-5-2 1-5-2 结型场效应管（结型场效应管（J-FETJ-FET）与双极型晶体管的比较与双极型晶体管的比较1 1、只有多子参与导电，受温度影响较小、只有多子参与导电，受温度影响较小（热稳定性较好），抗辐射能力较强。（热稳定性较好），抗辐射能力较强。2 2、结型场效应管工作时、结型场效应管工作时PNPN结必须反偏、结必须反偏、MOSMOS管则由于栅极被绝缘，故场效应管的管则由于栅极被绝缘，故场效应管的输入阻抗大大高于三极管。输入阻抗大大高于三极管。3 3、集成度高。、集成度高。4 4、使用本卷须知。、使用本卷须知。谢谢观看/欢送下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH