模拟课件1su

(1-20)
电位V
－ － － － － － － － － － － － － － － － － － + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
V0
－ － － － － －
P型区
空间 电荷 区
N型区
(1-21)
二 PN结的单向导电性
PN 结加上正向电压、正向偏置的意思都是： P 区 加正、N 区加负电压。 PN 结加上反向电压、反向偏置的意思都是： P区 加负、N 区加正电压。
+4
+4
P 型半导体中空穴是多子，电子是少子。
(1-17)
1.1. 3 PN 结
在同一片半导体硅片上，分别制造P 型半导 体和N 型半导体，经过载流子的扩散，在它们的 交界面处就形成了PN 结。
(1-18)
内电场越强，就使漂移 运动越强，而漂移使空 间电荷区变薄。 P型半导体
1
漂移运动
PN 结的形成
_ P
－ － －
N
内电场 外电场
R
E
(1-24)
3 PN 结方程
I
I I S (e
U
UT
1)
U
三
PN结的击穿
(1-25)
四
PN结的电容效应
PN结高频小信号时的等效电路：
rd
势垒电容和扩散电 容的综合效应
(1-26)
1. 2 半导体二极管 1.2. 1 半导体二极管的结构和符号
PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。
1.3.1 三极管的结构、分类和符号
NPN型
C N P N E
发射极
集电极 集电极
C P N P E
PNP型
B
基极
B
基极
发射极
(1-41)
集电区： 面积较大
C N P N E
集电极
B
基极
基区：较薄， 掺杂浓度低
发射区：掺 杂浓度较高
发射极
(1-42)
C N P N
集电极
集电结
B
基极
发射结
E
发射极
(1-43)
1.3.2 三极管的电流放大作用
要使三极管能放大电流，必须使发射结正 偏，集电结反偏。 基区空穴 向发射区 的扩散可 忽略。 进入P区的电子 RB 少部分与基区的 空穴复合，形成 电流IBEVBB ，多数 扩散到集电结。
C B
IBE
N P N IE
发射结正 偏，发射 区电子不 断向基区 扩散，形 成发射极 电流IE。 V
点接触型
触丝线 PN结
引线
外壳线
基片
面接触型
二极管的电路符号：
P
N
(1-27)
1.2. 3 二极管的伏安特性
I
导通压降: 硅管0.6~0.8V, 锗管0.1~0.3V。
死区电压 硅管 0.5V,锗管0.1V。
反向击穿 电压UBR
U
(1-28)
1.2. 4 二极管的主要参数
1. 最大整流电流 IOM
(1-15)
多余 电子
+4 +5
+4
磷原子
+4
N 型半导体中 的载流子是什 么？
1.由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。 2.本征半导体中成对产生的电子和空穴。 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。自由电子称为多数载流 子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。
Ge
Si
通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。
(1-5)
本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。
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， 而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子 与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价 电子。
硅和锗的晶 体结构：
(1-6)
(1-16)
二、P 型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼 （或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质 取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的 半导体原子形成共价键时， 空穴 产生一个空穴。这个空穴 +4 可能吸引束缚电子来填补， 使得硼原子成为不能移动 的带负电的离子。由于硼 +3 原子接受电子，所以称为 硼原子 受主原子。
模拟电子技术
天津工业大学电气 工程与自动化学院
苏丽华
(1-1)
第一章 常用半导体器件
§ 1.1 半导体的基本知识
§ 1.2 半导体二极管
§ 1.3 晶体三极管
§ 1.4 场效应管
(1-2)
§1.1 半导体基础知识
1.1.1 本征半导体
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。
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。 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、砷化镓 和一些硫化物、氧化物等。
(1-46)
(1-47)
ICN与IBE之比称为电流放大倍数
I CN I C I CBO I C I BE I B I CBO I B
(1-48)
C B IB E
IC B IE IB
C
IC
E
IE
NPN型三极管
PNP型三极管
(1-49)
1.3.3 三极管的共射特性曲线 IC
5. 最高工作频率fM
二极管工作的上限截止频率
(1-30)
1.2.5 二极管的等效电路
1. 理想模型
理想二极管：
（1）正向导通时死区电压和导通压降均为 零，正向导通电流为无穷大。 （2）反向截至时，反向电流为零，反向击 穿电压为无穷大。
(1-31)
2 开关等效模型
(1-32)
3 折线模型
RD U I
2. 限幅电路
(1-36)
3. 门电路
UA（V） 0 0 3 3 UB（V） 0 3 0 3 UO（V） 0.7 0.7 0.7 3.7
(1-37)
1.2.7 特殊二极管简介
1 稳压二极管
+
动态电阻：
曲线越陡， 电压越稳 定。 UZ
I
rZ
U Z I Z
稳压 误差 UZ
IZ IZmin
(1-22)
1、PN 结正向偏置
变薄 － + + + + 内电场被削弱，多子 的扩散加强能够形成 较大的扩散电流。
+ P
－ － －
_
N
外电场
内电场
R
E
(1-23)
2、PN 结反向偏置 变厚
－ + + + + 内电场被被加强，多子 的扩散受抑制。少子漂 移加强，但少子数量有 限，只能形成较小的反 向电流。 +
硅和锗的共价键结构
+4 +4表示除 去价电子 后的原子
+4
共价键共
用电子对
+4 +4
(1-7)
形成共价键后，每个原子的最外层电子是 八个，构成稳定结构。
+4 +4
共价键有很强的结合力，使原子规 则排列，形成晶体。
+4
+4
共价键中的两个电子常温下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，所以 本征半导体的导电能力很弱。
空穴
+4
+4
自由电子
+4
+4 束缚电子
(1-10)
2.本征半导体的导电机理
本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即 自由电子和空+4
+4
在其它力的作用下， 空穴吸引附近的电子 来填补，这样的结果 相当于空穴的迁移， 而空穴的迁移相当于 正电荷的移动，因此 可以认为空穴是载流 子。
(1-11)
(1-3)
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： • 当受外界热和光的作用时，它的导电能
力明显变化。
• 往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使
它的导电能力明显改变。
(1-4)
一、本征半导体的结构特点
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。
内电场E
N型半导体
－ － － － － －
－ － － － － － － － － － － － － － － － － －
+ + + + + +
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + 扩散的结果是使空间电 荷区逐渐加宽，空间电 荷区越宽。
(1-19)
空间电荷区， 也称耗尽层。
扩散运动
(1-51)
二、输出特性 IC(mA ) 此区域满 4 足IC=IB 3 称为线性 区（放大 区）。 2
当UCE大于一 定的数值时， 100A IC只与IB有关， IC=IB。 80A 60A
40A 20A IB=0 12 UCE(V)
(1-52)
1 3
6 9
4
3
2
IC(mA ) 此区域中UCEUBE, 100A 集电结正偏， IB>IC，UCE0.3V 80A 称为饱和区。 60A