模拟电子技术(第三版)江晓安版 第一章ppt
模拟电子技术第1章PPT课件
多数载流子——自由电子 施主离子
少数载流子—— 空穴
7
8
2. P型半导体
在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。
硅原子
+4
空穴
+4
硼原子
+4
8
电子空穴对
空穴
+4 +4
P型半导体
－ － －－
+3 +4
－ － －－
－ － －－
+4 +4
受主离子
多数载流子—— 空穴 少数载流子——自由电子 9
杂质半导体的示意图
(1) 稳定电压UZ ——
在规定的稳压管反向工作电流IZ下UZ，所对应的Iz反min 向工作电u压。
(2) 动态电阻rZ ——
△I
rZ =U /I
rZ愈小，反映稳压管的击穿特性△愈U 陡。
I zmax
(3) 最小稳定工作 电流IZmin——
保证稳压管击穿所对应的电流，若IZ＜IZmin则不能稳压。
(4) 最大稳定工作电流IZmax——
17
EW
R
18
(2) 扩散电容CD
当外加正向电压
不同时，PN结两 + 侧堆积的少子的 数量及浓度梯度 也不同，这就相 当电容的充放电 过程。
P区 耗 尽 层 N 区 －
P 区中电子 浓度分布
N 区中空穴 浓度分布
极间电容（结电容）
Ln
Lp
x
电容效应在交流信号作用下才会明显表现出来
18
19
1.2 半导体二极管
30
31
四、稳压二极管
稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊二极管
பைடு நூலகம்
精品课件-模拟电子技术-第1章
15
第1章 半导体器件
图1.4 半导体内部载流子的运动
16
第1章 半导体器件
4
第1章 半导体器件
3) 掺杂特性 在纯净的半导体中掺入微量的杂质元素能使其导电性能 发生显著变化，这种特性称为掺杂特性。例如在纯净的硅中 掺入百万分之一的杂质，其导电能力可以增强上百万倍。各 种半导体器件的制作，正是利用掺杂特性来改变和控制半导 体的导电能力的。 此外，半导体的导电能力还会随着电场、磁场的作用而 变化。 为什么半导体会有这些独特的导电性能呢？这主要是由 其内部的原子结构所决定的。
5
第1章 半导体器件
1.1.2 半导体的原子结构 用来制造晶体管的半导体材料主要是硅和锗。下面就来
讨论这两种半导体材料的原子结构。 1. 单个原子结构 硅的化学元素符号是Si，它有一个带正电的原子核和14
个带负电的电子。电子分三层绕原子核不停地旋转，如图 1.1(a)所示。由于原子核带14个电子电量的正电，因此正常 情况下原子呈中性。锗的化学元素符号是Ge，它共有32个电 子，分四层绕原子核不停地转动，如图1.1(b)所示。
第1章 半导体器件
第1章 半导体器件
1.1 半导体的基础知识 1.2 半导体二极管 1.3 半导体三极管 1.4 场效应管 本章小结 练习题
1
第1章 半导体器件
1.1 半导体的基础知识
1.1.1 半导体的基本特性 1. 什么是半导体 自然界中的物质，按其导电能力的强弱，可分为导体、
《模拟电子技术》(第3版)课件与教案 第1章
第1章 半导体二极管及其应用试确定图（a ）、（b ）所示电路中二极管D 是处于正偏还是反偏状态，并计算A 、B 、C 、D 各点的电位。
设二极管的正向导通压降V D(on) ＝。
解：如图E1.1所示，断开二极管，利用电位计算的方法，计算二极管开始工作前的外加电压，将电路中的二极管用恒压降模型等效，有（a ）V D1＇＝（12－0）V ＝12V ＞0.7V ，D 1正偏导通，)7.02.22.28.17.012(A +⨯+-=VV B ＝V A －V D(on)）V ＝6. 215V（b ）V D2＇＝（0－12）V ＝－12V ＜0.7V ，D 2反偏截止，有V C ＝12V ，V D ＝0V二极管电路如图所示，设二极管的正向导通压降V D(on) ＝，试确定各电路中二极管D 的工作状态，并计算电路的输出电压V O 。
解：如图E1.2所示，将电路中连接的二极管开路，计算二极管的端电压，有 （a ）V D1＇＝[－9－（－12）]V ＝3V ＞0.7V ，D 1正偏导通V O1（b ）V D2＇＝[－3－（－29）]V ＝1.5V ＞0.7V ，D 2正偏导通V O2图E1.2（c）V D3＇＝9V＞0.7V，V D4＇＝[9－（－6）]V＝15V＞0.7V，V D4＇＞V D3＇，D4首先导通。
D4导通后，V D3＇＇＝（0.7－6）V＝－5.3V＜，D3反偏截止，V O3。
二极管电路如图所示，设二极管是理想的，输入信号v i=10sinωt V，试画出输出信号v O的波形。
图E1.3解：如图E1.3所示电路，二极管的工作状态取决于电路中的输入信号v i的变化。
（a）当v i＜0时，D1反偏截止，v O1＝0；当v i＞0时，D1正偏导通，v O1＝v i。
（b）当v i＜0时，D2反偏截止，v O2＝v i；当v i＞0时，D2正偏导通，v O2＝0。
（c）当v i＜0时，D3正偏导通，v O3＝v i；当v i＞0时，D3反偏截止，v O3＝0。
模拟电子技术基础第一章半导体器件
•+4
•(b)简化模型
•图 1.1.1 硅原子结构
•
1.1.1 半导体特性
• 1、热敏性：当导体温度升高时，它的导 电性能会随着温度的升高而增强。
• 2、光敏性：当导体收到光照射时，电子 和空穴就会曾多，导电性岁光照增强而 增强。
• 3、掺杂性：当有目的的往纯净的半导体 中掺杂入微量五阶或三阶元素时，其导 电能力就可增加几十万乃至几百万倍。
如磷、锑、砷等，即构成 N 型半导体(或称电子型半 导体)。
•常用的 5 价杂质元素有磷、锑、砷等。
•
• 本征半导体掺入 5 价元素后，原来晶体中的某些硅原子将 被杂质原子代替。杂质原子最外层有 5 个价电子，其中 4 个与 硅构成共价键，多余一个电子只受自身原子核吸引，在室温下 即可成为自由电子。
•内电场阻止多子的扩散 —— 阻挡层。
• 4. 漂移运动 • 内电场有利 于少子运动—漂 移。
• 少子的运 动与多子运动方 向相反
• 阻挡层
•P
•空间电荷 区
•N
•内电场 •UD
•
•5. 扩散与漂移的动态平衡 •扩散运动使空间电荷区增大，扩散电流逐渐减小 ； •随着内电场的增强，漂移运动(电流)逐渐增加； •等于•当零扩，散空电间流电与荷漂区移的电宽流度相达到等稳时，定P。N即结扩总散的运电动流与 •漂移运动达到动态平衡。
基本上成指数关系。
•
•结论： • 二极管具有单向导电性。加正向电压时导通，呈 现很小的正向电阻，如同开关闭合；加反向电压时截止 ，呈现很大的反向电阻，如同开关断开。
• 从二极管伏安特性曲线可以看出，二极管的电压 与电流变化不呈线性关系，其内阻不是常数，所以二极 管属于非线性器件。
模拟电子技术基础 第1章绪论 PPT课件
武汉理工大学 信息工程学院 电子技术基础课程组
模拟电子技术——电子技术基础精品课程
引言
• 什么是电子技术
– 电子技术就是研究电子器件、电子电路及其应 用的科学技术。
• 电子技术课程体系（一年内学完）
– 模拟电子技术基础 – 模拟电子技术实验 – 模拟电子技术课程设计 – 数字电子技术基础 – 数字电子技术实验 – 数字电子技术课程设计
电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础
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1.3 电子系统与信号
• 抓好三基学习
– （基本概念、基本放大电路、基本分析方法）
• 内容繁杂
– 新概念很多，一会讲到这，一会讲到那，不知 道怎么回事，而且它分析问题的方法与以前不 同。所以大家学习时，紧扣基本概念，熟练掌 握这门课的分析方法
图解分析法 微变等效电路分析法
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引言
• 作业问题
– 每周三交作业，只改1/2，作业1/3不交者不能 参加考试。
• 实验问题
– 找实验老师商定实验时间，一般5周后开始做实 验，
– 实验前要求写好预习报告，预习报告内容
• 本次实验名称 • 实验目的 • 实验电路原理 • 实验步骤
电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础
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1.1 电子技术发展简史
二、电子学的发展——集成电路 1959年，美国TI公司的科尔比（Jack S. Kilby）、美国仙童 公司的诺伊斯（Noyis）将平面技术、照相腐蚀技术和布线 技术组合起来，制成了人类历史上第一片集成电路样品。集 成电路的出现和应用，标志着电子技术发展到了一个新的阶 段。
大家了解课程结构，介绍学习内容、重点章节。
电子技术基础精品课程——模拟电子技术基础
精品文档-模拟电子技术(江晓安)(第三版)-第1章
第一章 半导体器件
图 1 – 5 P型半导体的共价键结构
第一章 半导体器件
1.２ＰＮ 结
1.2.1 异型半导体接触现象 在Ｐ型和Ｎ型半导体的交界面两侧, 由于电子和空穴的
浓度相差悬殊, 因而将产生扩散运动。 电子由Ｎ区向Ｐ区扩 散； 空穴由Ｐ区向Ｎ区扩散。 由于它们均是带电粒子(离 子), 因而电子由Ｎ区向Ｐ区扩散的同时, 在交界面Ｎ区剩下 不能移动(不参与导电)的带正电的杂质离子； 空穴由Ｐ区向 Ｎ区扩散的同时, 在交界面Ｐ区剩下不能移动(不参与导电) 的带负电的杂质离子, 于是形成了空间电荷区。 在Ｐ区和Ｎ 区的交界处形成了电场(称为自建场)。 在此电场 作用下, 载流子将作漂移运, 其运动方向正好与扩散运动方 向相反, 阻止扩散运动。 电荷扩散得越多, 电场越强, 因而 漂移运动越强, 对扩散的阻力越大。 当达到平衡时, 扩散运 动的作用与漂移运动的作用相等, 通过界面的载流子总数为 ０, 即ＰＮ结的电流为０。 此时在ＰＮ区交界处形成一个缺 少载流子的高阻区, 我们称为阻挡层(又称为耗尽层)。 上述 过程如图１－６(ａ)、 (ｂ)所示。
所谓“齐纳”击穿, 是指当ＰＮ结两边掺入高浓度的杂 质时, 其阻挡层宽度很小, 即使外加反向电压不太高(一般为 几伏), 在ＰＮ结内就可形成很强的电场(可达2×106 V/cm), 将共价键的价电子直接拉出来, 产生电子-空穴对, 使反向电 流急剧增加, 出现击穿现象。
第一章 半导体器件
对硅材料的ＰＮ结, 击穿电压ＵＢ大于７V时通常是 雪崩击穿, 小于４V时通常是齐纳击穿；ＵＢ在４V和７V之间 时两种击穿均有。由于击穿破坏了ＰＮ结的单向导电特性, 因而一般使用时应避免出现击穿现象。
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第一章 半导体器件
《模拟电子技术》教学课件 第一章
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第一章常用半导体器件 1. 1 半导体基础知识 1.2 PN 结的形成及特性结的形成及特性 1.3 半导体二极管 1 .4 半导体担躇徊第詹贸莲雄烦咖窿酗议沁售误据苫寻笆放站屯跪疆治杆蜡腹逞峭挚累央靡希辐鹰蚕撑佩叫驶术刮藏澄毅鳞蝇墒快绝缓坡冲垛烛邓虱柱毗虏浙本文由 jingzonglei 贡献《模拟电子技术》教学课件第一章《模拟电子技术》教学课件第一章本文由jingzonglei 贡献 ppt 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。
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第一章常用半导体器件 1.1 半导体基础知识 1.2 PN 结的形成及特性结的形成及特性 1.3 半导体二极管 1.4 半导体担躇徊第詹贸莲雄烦咖窿酗议沁售误据苫寻笆放站屯跪疆治杆蜡腹逞峭挚累央靡希辐鹰蚕撑佩叫驶术刮藏澄毅鳞蝇墒快绝缓坡冲垛烛邓虱柱毗虏浙第一章常用半导体器件《模拟电子技术》教学课件第一章《模拟电子技术》教学课件第一章本文由jingzonglei 贡献 ppt 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。
《模拟电子技术》教学课件 第一章_0
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第一章常用半导体器件 1. 1 半导体基础知识 1. 2PN 结的形成及特性结的形成及特性 1. 3 半导体二极管 1. 4 半导体三极管 1. 5 场效应管 1. 1 半导体基础知识半导体概念：导电性能介于导体和绝缘体之间的物质。
概念：导电性能介于导体和绝缘体之间的物质。
大多数半导体器件所用的主要材料是硅(Si)和锗和锗(Ge) 。
大多数半导体器件所用的主要材料是硅和锗。
＋14 2 8 4 ＋32 2 8 18 4 +4 +4 简化模型 Si Ge 1. 1. 1 本征半导体概念：纯净的、具有晶体结构的半导体。
概念：纯净的、具有晶体结构的半导体。
. +4 共价键 +4 +4 价电子 +4 +4 +4 +4 +4 +4 半导体不导电，如同绝缘体。
1 / 3当温度 T = 0 K 时，半导体不导电，如同绝缘体。
若 T ，将有少数价电子克服共价键的束缚成为+4 空穴 +4 复合 +4 +4 +4 自由电子 +4 自由电子，在原来的共价键中留下一个空位，留下一个空位，成为空穴。
空穴可看成带正电的载流子。
载流子。
载流子：运载电荷的粒子。
载流子：运载电荷的粒子。
+4 +4 +4 自由电子（带负电）自由电子（带负电）空穴（带正电）空穴（带正电）本征半导体相关结论：本征半导体相关结论：（1）本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现，）本征半导体. 中，自由电子和空穴总是成对出现，空穴对。
称为电子 - 空穴对。
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多数载流子
P型半导体主要靠空穴导电， 掺入杂质越多，空穴浓度越高， 导电性越强。
多子:空穴 少子:自主要靠空穴导电
讨论：在杂质半导体中，温度变 化时，载流子的数目变化吗？少 子与多子变化的数目相同吗？少 子与多子浓度的变化相同吗？
说明：
本征激发产生
受温度的影响很小
四、难点：1.器件非线性、交直流共存… 2.“近似”处理(突出主要矛盾,简化实际问题) 3.概念多、电路多、分析方法多
五、分析方法 1.电路课程：严密推导、精确计算 模电课程：近似处理，有时图解 (1)问题复杂，未知参数多 (2)器件分散性 (3)寄生电容、引线电感 (4)RC标称值与实际误差
掌握“近似”的方法 (不片面强调“精确”) (困难且不 2.实非用线) 性器件在一定条件下线性使用(注意其条件)。
一、课程的性质和任务 性质:入门性质的专业基础课(考研课、学位课) 任务： 学习电子元器件种类、结构、参数、原理 学习基本电路工作原理、分析方法、指标计算
熟悉常用电子仪器的原理、使用及电路的测试 方法 二、先修课：物理、高数、电路... 后续课：高频、数电…
三、课程特点：1、工程性：近似计算
2、实践性：电路测试、故障判断和排除、仿真
1.1.1 本征半导体
1. 什么是半导体？什么是本征半导体？
半导体－－导电性介于导体与绝缘体之间的物质。 导体－－最外层电子在外电场作用下容易产生定向移动，
多为低价金属元素，如铁、铝、铜等。 绝缘体－－原子的最外层电子受原子核的束缚力很强，很
难导电。如惰性气体、橡胶、陶瓷等。 半导体－－最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体
（a. 正电、 b. 负电、 c.电中性）
1.2 PN结
解决问题的能力－－设计能力 4. 会调：仪器选用、测试方法、故障诊断、仿真
解决问题的能力－－实践能力
综合应用所学知识的能力
七、几点忠告 1.规范化的工程师的基本训练（文字标识、符号、实验）
2.不缺课，认真听，积极提问，会做笔记；
3.互相学习，多学多问，及时反馈意见；
4.认真作业(不应付,不乱抄)，按时作业(跟上进度)，自查 自纠；
3.掌握器件外特性和使用方法，不过分追究内部机理。
4.重视实践环节(实验)。
归纳12个字： 定性分析—电路识图、判断作用、波形失真、是否自激 定量估算—2~3位有效位 实验调整—通过调整达到指标要求
六、本课程的能力要求
1. 会看：定性分析 分析问题的能力
2. 会算：定量估算 3. 会选：电路形式、器件、参数
解题要求： （1）抄题、抄图（描图）； （2）各电压、电流要标明位置、方向、极性； （3）按公式——代数——结果(含单位)三步骤完成。
八、考核方法 九、本课程不作要求的内容
电子技术的发展 从电子管→半导体管→集成电路
1904年 电子管问世
1947年 晶体管诞生
1958年集成电 路研制成功
1958年只有4个晶体管 1997年一芯片中有40亿个晶体管
之间。是四价元素，如硅（Si）、锗（Ge）。 本征半导体－－纯净的晶体结构的半导体。
无杂质 稳定的结构
2. 本征半导体的结构
共价键
由于热运动，具有足够能量 的价电子挣脱共价键的束缚
而成为自由电子
自由电子的产生使共价键中 留有一个空位置，称为空穴
自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。 动态平衡
一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定；温度升高， 热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对 的浓度加大。
1.1.2 杂质半导体
1. N型半导体
5
多子:自由电子 少子:空穴 导电特点： nn>>pn
多数载流子
空穴比未加杂质时的数目 多了？少了？为什么？
杂质半导体主要靠多数载 流子导电。掺入杂质越多， 多子浓度越高，导电性越强， 实现导电性可控。
磷（P）
N型半导体主要靠自由电子导电
2. P型半导体
3
硼（B）
1. 掺入杂质的浓度决定多数载流子的浓度；温度 决定少数载流子的浓度。
2. 杂质半导体载流子的数目要远远高于本征半导 体，因而其导电能力大大改善。
3. 杂质半导体总体上保持电中性。 4. 杂质半导体的表示方法如下图所示。
N 型半导体
P 型半导体
1. 在杂质半导体中多子的数量与 a （a. 掺杂浓度、b.温度）有关。
巴因所做的超导研究于1972年 第二次获得诺贝尔物理学奖。
第一个集成电路及其发明者 （ Jack Kilby from TI ）
1958年9月12日，在德州仪器公司 的实验室，实现了把电子器件集成在 一块半导体材料上的构想。42年后， 于2000年获诺贝尔物理学奖。
第一章 半导体器件
1.1 半导体基础知识
3. 本征半导体中的两种载流子
运载电荷的粒子称为载流子。 外加电场时，带负电的自由电 子和带正电的空穴均参与导电， 且运动方向相反。由于载流子数 目很少，故导电性很差。 温度升高，热运动加剧，载 流子浓度增大，导电性增强。 热力学温度0K时不导电。
两种载流子
为什么要将半导体变成导电性很差的本征半导体？
电子管、晶体管、集成电路比较
值得纪念的几位科学家！
第一只晶体管的发明者
（by John Bardeen , William Schockley and Walter Brattain in Bell Lab） 贝尔实验室三名科学家在1947 年11月底发明了晶体管，1956年因 此获得诺贝尔物理学奖。
模拟电子技术基础
教材：《模拟电子技术》（第三版） 作者：江晓安 西电出版社
专业基础课课程体系
专业基础课
专业课
模电（低频电子线路） 高频电子线路等
电路 数电 （计算机硬件）
微机原理、单片机等 数字信号处理
信号与系统
学位课
语音信号处理 图像信号处理等
考研课—电子技术（模电、数电）、信号与系统
概述： 模拟电子技术基础
2. 在杂质半导体中少子的数量与 b （a. 掺杂浓度、b.温度）有关。
3. 当温度升高时，少子的数量 c （a. 减少、b. 不变、c. 增多）。
4. 在外加电压的作用下，P 型半导体中的电流
主要是 b ，N 型半导体中的电流主要是 a 。
（a. 电子电流、b.空穴电流）
5. N型半导体对外显 c 。