模拟电子电路 半导体二极管1讲

PN结面积大，用 于工频大电流整流电路。
往往用于集成电路制造工 艺中。PN 结面积可大可小，用 于高频整流和开关电路中。 (b)面接触型
3) 平面型二极管—
(c)平面型 二极管的结构示意图
半导体二极管的伏安特性曲线图示 Nhomakorabea二极管的伏安特性曲线
I I S (e
V
VT
1)
式中IS 为反向饱和电流，V 为二极管两端的 电压降，VT 称为温度的电压当量，对于室温（相 当T=300 K），则有VT=26 mV。
PN结理想伏安特性 PN结击穿特性 PN结的电容效应
PN结具有一定的电容效应，它由两方面的 因素决定。 一是势垒电容CB ， 二是扩散电容CD 。
2 半导体二极管
结构类型
PN结面积小，结电容小， 用于检波和变频等高频电路。
1) 点接触型二极管—
二极管的结构示意图
(a)点接触型
2) 面接触型二极管—
0 绪论
• 电子技术是研究电子器件、电子电路及其 应用的科学技术。
0.1 电子技术的发展
第一代电子器件——电子管
1906年，福雷斯特（Lee De Fordst）等发明了电子管，是电子 学发展史上第一个里程碑。 电子管体积大、重量重、寿命短、耗电大。世界上第一台计 算机用1.8万只电子管，占地170m2，重30t，耗电150kW。
预期目标
会看：定性分析
会算：定量计算 会选：电路形式、器件、参数 会调：测试方法 （实验课进行训练）

成绩评定方法
平时（ 20分,课堂听课，按时独立完成作业, 实验 ） 考试（80分，闭卷）
参考书：
1.《电子技术基础 模拟部分
高等教育出版社 2.《模拟电子技术基础》 童诗白 主编 高等教育出版社
1) 正向特性
当V＞0即处于正向特性区域。 正向区又分为两段：
当0＜V＜Vth时，正向电流为零，Vth称为死区 电压或开启电压。 当V＞Vth时，开始出现正向电流，并按指数规 律增长。 硅二极管的死区电压Vth=0.5 V左右， 锗二极管的死区电压Vth=0.1 V左右。
2) 反向特性
当V＜0时，即处于反向特性区域。 反向区也分两个区域： 当VBR＜V＜0时，反向电流很小，且基本 不随反向电压的变化而变化，此时的反向电 流也称反向饱和电流IS 。 当V≥VBR时，反向电流急剧增加，VBR称 为反向击穿电压 。
第二代电子器件——晶体管
1948年，肖克利（W.Shckly）等发明了半导体三极管，其性 能明显优于电子管，从而大大促进了电子技术的应用与发展。 晶体管的发明是电子学历史上的第二个里程碑。 尽管晶体管在体积、重量等方面性能优于电子管，但由成百 上千只晶体管和其他元件组成的分立电路体积大、焊点多，可 靠性差。
电子技术的应用
(1)典型应用--简单测控系统 被测 对象
温度 压力
非电量 电量
显示 记录 控制 执行
传感器
信号调 理电路
放大 滤波 线性化 变换
流量
液位 等等
等等
信号检测
• 压力、温度、水位、流量的测量与调节 （水位控制系统） • 电子仪器（稳压电源、示波器、信号源） • 医疗仪器（CT、X光机、B超等） • …
1）N型半导体
N型半导体结构示意图
在N型半导体中自由电子是多数载流子,它主要由 杂质原子提供；空穴是少数载流子, 由热激发形成。
(2) P型半导体
P型半导体的结构示意图
P型半导体中空穴是多数载流子，主要由掺杂形成； 电子是少数载流子，由热激发形成。
P型半导体的结构示意图
1.2 PN结和二极管
1 PN结 2 二极管
半导体二极管的参数
二极管反向电流 二极管长期连续工 急剧增加时对应的反向 作时，允许通过二 电压值称为反向击穿 极管的最大整流 电压VBR。 电流的平均值。
1) 最大整流电流IF——
2) 反向击穿电压VBR———
和最大反向工作电压VRM 为安全计，在实际
工作时，最大反向工作电压 VRM一般只按反向击穿电压 VBR的一半计算。
（2）家用电器
• • • • • • 电子计算机的发展 通讯工具（手机、电话） 广播电视 冰箱、洗衣机 VCD/DVD, MP3/MP4， MP5？？ …
（3）智能安防控制系统
（4）汽车电子
• • • • • • 电源 轮胎压力监测系统 车身控制 报警与安全装置 仪表 …
轮胎压力监测系统
美国法律规定，从 2003年11月份起在美国的新车需装备轮胎压力过低指示器。
第三代电子器件——集成电路
1958年，基尔白等提出将管子、元件和线路集成封装在一起的设 想，三年后，集成电路实现了商品化。 第一片集成电路只有4个晶体管，而1997年一片集成电路上有40亿个晶 体管。 集成电路的发展促进了电子学、特别是数字电路和微型计算机 的发展，人类社会开始迈进信息时代。 集成电路按集成度可分作 (1)小规模集成电路（SSI）＜102 (2)中规模集成电路（MSI）＜103 (3)大规模集成电路（LSI）＜105 (4)超大规模集成电路(VLSI)＞105
本征半导体的共价键结构
硅原子共价键结构平面示意图
(c)
本征激发和复合的过程（动画1-1）
空穴的移动
空穴在晶格中的移动
（动画1-2）
杂质半导体
1) N型半导体 2) P型半导体
在本征半导体中掺入某些微量元素作 为杂质，可使半导体的导电性发生显著变 化。掺入的杂质主要是三价或五价元素。 掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。
数字信号：离散性
f(t)
时间离散，幅度离散
0
t1 t2 t3 t4 t5
...
t
学习的基本方法 1.基本内容的处理原则
电子器件——管——掌握外特性 基本电路——路——课程重点 应用电路——用——广泛了解 原则：三者结合，管为路用，以路为主。
2.注意点
1）牢固掌握三基（基本概念、基本电路、 基本分析方法）； 2）逐步树立工程观点； 3）重视实验。
3) 反向电流IR
4) 动态电阻rd 反映了二极管正向特性曲线斜率的倒数。 显然， rd与工作电流的大小有关，即 rd =VF /IF
微型卫星和纳米卫星应用， 一片单芯片系统＝一颗卫星
0.2 课程性质、任务和重点内容
电子技术方面入门性质的基础技术课 模拟电路
按照处理信号的不同
数字电路 模拟信号：信号波形是连续变化的。 电路中信号
数字信号：信号波形是跃变的。
模拟信号：连续性，大多数物理量，如温度、 压力、流量、液面……均为模拟量。
1 PN结
PN结的形成过程 （动画1-3）
PN结加正向电压 时的导电情况
（动画1-4）
PN结加反向电压时的导电 情况
（动画1-5）
PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较 大的正向扩散电流；
PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很
小的反向漂移电流。
结论：PN结具有单向导电性—
PN结正向电阻小，反向电阻大。
报警与安全装置
（5）网络技术
• IBT (Internet Based Test，网上考试） • 网上视频（Skype, MSN, Netmeeting) • ……
蓬勃发展的研究方向
纳米电子学
纳米空间电子所表现出来的特性（波动性）和功能
生物电子学
生物芯片、计算机
单芯片系统(system on chip)
(第四版)》 康华光 编著
3.《模拟电子技术基础
华中科技大学出版社
问答· 例题· 试题》陈大钦
主编
4.《模拟电子技术基础解题指南》 唐竟新 编著 清华大学出版社
1.1 半导体的基本知识 1.2 PN结和二极管
1.3 特殊二极管
1.4 双极型三极管
1.1 半导体的基本知识
根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分 导体、绝缘体和半导体。 典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。