模拟电路基础课件
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《模拟集成电路基础》PPT课件
h
20
P
N
V
PN结的接触电位
(二)PN结的接触电位：
(1).内电场的建立，使PN结 中产生电位差。从而形成接 触电位V(又称为位垒)。
(2).接触电位 V决定于材 料及掺杂浓度：
硅： V=0.7 锗： V=0.2 (3).其电位差用 表示
h
21
（三）PN结的单向导电性
U
I
P
N
扩散
Q(V-U)
1.PN结加正向电压时：
第四节 二极管的应用
h
8
第一节 半导体基础知识
一1.、什半么导是体导的体特、性绝：缘体导、电半导率量导电1级0体率-2，2：为-如110：0-154s金.sc.、mc-m1-1
(1).导体：导电性能良好导量的电级物率，质为银如。1、：0-铜橡9-、胶10铝、2 s。云.c母m-、1 (2).绝缘体：几乎不导电量砷塑的级化料物，镓等质如等。。：。硅、锗、 (3).半导体：导电能力介于导体和半导体之间。
生载流子的扩散运用动下的定结向果移产动生称空
间电荷区耗尽层为（漂多移子运运动动）。
空穴 P
(2).空间电荷区产生建立了内电场 产生载流子定向运动（漂移运动）
N
•当扩散运动↑内电场↑漂移运
动↑扩散运动↓动态平衡。
(3).扩散运动产生扩散电流；漂移运动 产生漂移电流。
•动态平衡时：扩散电流=漂移电流。 PN结内总电流=0。 PN结的宽度一定 。
1.电子空穴对： 电子和空穴是成对产生的.
h
12
两种载流子——电子和空穴
外电场E 的方向
电子流
2.自由电子——载流子：
自由电子
• 在外电场作用下形成电子流（在 导带内运动），
模拟电子技术基础(第4版)ppt课件
多子浓度高
多子浓度很 低，且很薄
面积大
晶体管有三个极、三个区、两个PN结。
华成英 hchya@
二、晶体管的放大原理
（发射结正偏） uBE U on 放大的条件 （集电结反偏） uCB 0，即 uCE uBE
少数载流 子的运动 因集电区面积大，在外电场作用下大 部分扩散到基区的电子漂移到集电区 因基区薄且多子浓度低，使极少 数扩散到基区的电子与空穴复合 因发射区多子浓度高使大量 电子从发射区扩散到基区 基区空穴 的扩散
华成英 hchya@
§1.3
晶体三极管
一、晶体管的结构和符号 二、晶体管的放大原理 三、晶体管的共射输入特性和输出特性 四、温度对晶体管特性的影响
五、主要参数
华成英 hchya@
一、晶体管的结构和符号
为什么有孔？
小功率管
中功率管
大功率管
华成英 hchya@
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。
指数曲线
若正向电压 UT，则i ISe u
u UT
若反向电压u UT，则i IS
2. 伏安特性受温度影响
反向特性为横轴的平行线
T（℃）↑→在电流不变情况下管压降u↓ →反向饱和电流IS↑，U(BR) ↓ 增大1倍/10℃
T（℃）↑→正向特性左移，反向特性下移
华成英 hchya@
华成英 hchya@
《模拟电路》课件
详细描述
模拟电路是处理模拟信号的电子电路，这些信号在时间和幅 度上都是连续变化的。在模拟电路中，电路元件的参数通常 是连续变化的，这使得模拟电路的分析方法与数字电路有所 不同。
模拟电路的应用
总结词
模拟电路广泛应用于通信、音频处理、图像处理、控制系统等领域。
详细描述
模拟电路在许多领域都有广泛的应用，包括通信、音频处理、图像处理、控制系统等。在通信领域，模拟电路用 于信号的传输和处理；在音频处理领域，模拟电路用于音频信号的放大和处理；在图像处理领域，模拟电路用于 图像信号的处理和传输；在控制系统中，模拟电路用于控制信号的生成和传输。
准备必要的调试工具和测试设备，搭 建调试环境。
功能调试
对电路的功能进行测试和验证，确保 各功能正常工作。
性能优化
根据测试结果，对电路的性能进行优 化，提高各项技术指标。
问题分析与解决
针对调试过程中发现的问题，进行深 入分析并采取有效措施解决。
05
模拟电路实验与实践
实验设备与器材
信号发生器
产生各种频率和幅 度的正弦波、方波 和三角波等信号。
电路的性能也不断提高。
02
模拟电路基础知识
电阻
总结词
电阻是模拟电路中最重要的元件之一 ，用于限制电流的流动。
详细描述
电阻由导电材料制成，其阻值取决于 材料、长度和横截面积。在电路中， 电阻用于控制电流的大小，从而实现 电压的调节和信号的处理。
电容
总结词
电容是存储电荷的元件，具有隔直流通交流的特性。
详细描述
交流分析是模拟电路分析的重要环节，主要 研究电路在交流信号下的响应。通过交流分 析，可以了解电路的动态性能，如增益、带 宽、失真等。交流分析通常采用小信号模型 进行分析，以简化计算过程。
模拟电路是处理模拟信号的电子电路，这些信号在时间和幅 度上都是连续变化的。在模拟电路中，电路元件的参数通常 是连续变化的，这使得模拟电路的分析方法与数字电路有所 不同。
模拟电路的应用
总结词
模拟电路广泛应用于通信、音频处理、图像处理、控制系统等领域。
详细描述
模拟电路在许多领域都有广泛的应用，包括通信、音频处理、图像处理、控制系统等。在通信领域，模拟电路用 于信号的传输和处理；在音频处理领域，模拟电路用于音频信号的放大和处理；在图像处理领域，模拟电路用于 图像信号的处理和传输；在控制系统中，模拟电路用于控制信号的生成和传输。
准备必要的调试工具和测试设备，搭 建调试环境。
功能调试
对电路的功能进行测试和验证，确保 各功能正常工作。
性能优化
根据测试结果，对电路的性能进行优 化，提高各项技术指标。
问题分析与解决
针对调试过程中发现的问题，进行深 入分析并采取有效措施解决。
05
模拟电路实验与实践
实验设备与器材
信号发生器
产生各种频率和幅 度的正弦波、方波 和三角波等信号。
电路的性能也不断提高。
02
模拟电路基础知识
电阻
总结词
电阻是模拟电路中最重要的元件之一 ，用于限制电流的流动。
详细描述
电阻由导电材料制成，其阻值取决于 材料、长度和横截面积。在电路中， 电阻用于控制电流的大小，从而实现 电压的调节和信号的处理。
电容
总结词
电容是存储电荷的元件，具有隔直流通交流的特性。
详细描述
交流分析是模拟电路分析的重要环节，主要 研究电路在交流信号下的响应。通过交流分 析，可以了解电路的动态性能，如增益、带 宽、失真等。交流分析通常采用小信号模型 进行分析，以简化计算过程。
模拟电路基础ppt课件可编辑全文
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1.4.3 三极管的工作状态
1. 放大状态 在上面一部分中分析了三极管的放大原理。为了使三极管有放大能力，在输入回路加基极直流电源VBB，在输出回路加集电极直流电源VCC，且VCC大于VBB，使发射结正向偏置、集电结反向偏置。此时称三极管处于放大状态，条件是发射结正向偏置、集电结反向偏置。 2. 饱和状态 如果输出回路的集电极直流电源VCC小于输入回路的基极直流电源VBB，则发射结和集电结都是正向偏置。由于发射结和集电结都是正向偏置，在开始发射结和集电结上的势垒都变窄，使发射区和集电区的自由电子同时涌入基区，但是由于基区面积很小，且掺杂浓度很低，涌入到基区的电子中只有极少部分与空穴复合，形成基极电流IB，绝大部分扩散到基区的电子堆积在发射结和集电结附近，使发射结和集电结上的势垒加宽，阻止了发射区和集电区的自由电子进一步扩散到基区，由此可见，此时三极管没有放大能力。 此种状态称三极管处于饱和状态，条件是发射结和集电结都是正向偏置。 3. 截止状态 如果在输入回路的基极直流电源VBB小于发射结的开启电压，则发射结处于零偏置或反偏置。由于外加电压没有达到发射结的开启电压，使发射区的自由电子不能越过发射结达到基区，不能形成电流，从而发射极、集电极和基极的电流都很小，也就谈不上放大了。此时称三极管处于截止状态，条件是发射结零偏置或反偏置、集电结反向偏置。
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1.3.3 二极管的等效电阻
直流等效电阻也称静态等效电阻。如图1-9所示，在二极管的两端加直流电压UQ、产生直流电流IQ，此时直流等效电阻RD定义为 交流等效电阻表示，在二极管直流工作点确定后，交流小信号作用于二极管所产生的交流电流与交流电压的关系。在直流工作点Q一定，在二极管加有交流电压u，产生交流电流i，交流等效电阻r定义为
*
例1-1 图10(a)是由理想二极管D组成的电路，理想二极管是指二极管的导通电压U为0、反向击穿电压U为，设电路的输入电压u如图10(b)所示，试画出输出uo的波形 解：由二极管的单向导电特性，输入信号正半周时二极管导通，负半周截止，故输出uo的波形如右图所示。
1.4.3 三极管的工作状态
1. 放大状态 在上面一部分中分析了三极管的放大原理。为了使三极管有放大能力，在输入回路加基极直流电源VBB，在输出回路加集电极直流电源VCC，且VCC大于VBB，使发射结正向偏置、集电结反向偏置。此时称三极管处于放大状态，条件是发射结正向偏置、集电结反向偏置。 2. 饱和状态 如果输出回路的集电极直流电源VCC小于输入回路的基极直流电源VBB，则发射结和集电结都是正向偏置。由于发射结和集电结都是正向偏置，在开始发射结和集电结上的势垒都变窄，使发射区和集电区的自由电子同时涌入基区，但是由于基区面积很小，且掺杂浓度很低，涌入到基区的电子中只有极少部分与空穴复合，形成基极电流IB，绝大部分扩散到基区的电子堆积在发射结和集电结附近，使发射结和集电结上的势垒加宽，阻止了发射区和集电区的自由电子进一步扩散到基区，由此可见，此时三极管没有放大能力。 此种状态称三极管处于饱和状态，条件是发射结和集电结都是正向偏置。 3. 截止状态 如果在输入回路的基极直流电源VBB小于发射结的开启电压，则发射结处于零偏置或反偏置。由于外加电压没有达到发射结的开启电压，使发射区的自由电子不能越过发射结达到基区，不能形成电流，从而发射极、集电极和基极的电流都很小，也就谈不上放大了。此时称三极管处于截止状态，条件是发射结零偏置或反偏置、集电结反向偏置。
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1.3.3 二极管的等效电阻
直流等效电阻也称静态等效电阻。如图1-9所示，在二极管的两端加直流电压UQ、产生直流电流IQ，此时直流等效电阻RD定义为 交流等效电阻表示，在二极管直流工作点确定后，交流小信号作用于二极管所产生的交流电流与交流电压的关系。在直流工作点Q一定，在二极管加有交流电压u，产生交流电流i，交流等效电阻r定义为
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例1-1 图10(a)是由理想二极管D组成的电路，理想二极管是指二极管的导通电压U为0、反向击穿电压U为，设电路的输入电压u如图10(b)所示，试画出输出uo的波形 解：由二极管的单向导电特性，输入信号正半周时二极管导通，负半周截止，故输出uo的波形如右图所示。
模拟电路基础第四章二PPT课件
1. 为了稳定静态工作点， 应引入直流负反馈；为改善 电路的动态性能，应引入交流负反馈。
2. 根据信号源的性质决定引入串联负反馈，或者并联负
反馈。当信号源为恒压源或内阻较小的电压源时，为
减小信号源输出的电流和信号源内阻压降，应引入串
联负反馈。反之，应引入并联反馈。
3. 根据负载对放大电路的需要引入电压负反馈，或者电
其中
AufAu/1 (AuB)
fHf(1AuB)f
6
20lg A Au Auf
f H f Hf
AufAu/1 (AuB)
fHf(1AuB)f
7
f
4-2-4 输入电阻
Ii
1、串联负反馈
Uid
ri A
（提高输入电阻,减小 Ui 从信号源索取的电流）
rif
Ui Ii
ri
U id Ii
Uf B
rif
U id U f Ii
问题提问与解答
HERE COMES THE QUESTION AND ANSWER SESSION 18
结束语
感谢参与本课程，也感激大家对我们工作的支 持与积极的参与。课程后会发放课程满意度评 估表，如果对我们课程或者工作有什么建议和
意见，也请写在上边
19
感谢您的观看与聆听
本课件下载后可根据实际情况进行调整
流负反馈。当负载要求有稳定的电压信号时，应引入
电压负反馈；当负载要求有稳定的电流信号时，应引
入电流负反馈；
12
4. 若需要进行信号变换时，选择合适的组态，如将电
流信号转换为电压信号，应引入
； 如将电
压信号转换为电流信号，应引入
例：根据需要引入负反馈，并连接好电路 1. 减小放大电路从信号源索取的电流并增强带负载的能力 2. 将输入电流转换为与之成线性关系的输出电流 3. 将输入电流转换为稳定的输出电压
模拟电路ppt课件
(4-10)
例：求Au =?
i2 R2 M R4 i4
i3 R3
i1 ui
R1
_ +
+
RP
虚短路
u u 0
i1= i2
虚开路
uo
uo
vM
1
R4 1
1
R2 R3 R4
i2
vM R2
i1
ui R1
(4-11)
uo
vM
1
R4 1
1
R2 R3 R4
i2
vM R2
i1
ui R1
Au
uo ui
)
RF
2
RF1 R4
( ui1 R1
ui 2 R2
)
ui3 R5
(4-29)
五、三运放电路
ui1 +
A+
+
ui2
A+
uo1
R
R1
a
RW b
R
R1
uo2
R2
+
uo
A+
R2
(4-30)
ui1 +
A+
+
ui2
A+
uo1
R a
RW b
ua ui1 ub ui2
uo1 uo2 ua ub
t
思考：如果输入是正弦波，输出波形怎样，请 自己计算。运放实验中请自己验证。
(4-36)
积分电路的主要用途： 1. 在电子开关中用于延迟。 2. 波形变换。例：将方波变为三角波。 3. A/D转换中，将电压量变为时间量。 4. 移相。
其他一些运算电路：对数与指数运算电路、乘 法与除法运算电路等，由于课时的限制，不作 为讲授内容。
例：求Au =?
i2 R2 M R4 i4
i3 R3
i1 ui
R1
_ +
+
RP
虚短路
u u 0
i1= i2
虚开路
uo
uo
vM
1
R4 1
1
R2 R3 R4
i2
vM R2
i1
ui R1
(4-11)
uo
vM
1
R4 1
1
R2 R3 R4
i2
vM R2
i1
ui R1
Au
uo ui
)
RF
2
RF1 R4
( ui1 R1
ui 2 R2
)
ui3 R5
(4-29)
五、三运放电路
ui1 +
A+
+
ui2
A+
uo1
R
R1
a
RW b
R
R1
uo2
R2
+
uo
A+
R2
(4-30)
ui1 +
A+
+
ui2
A+
uo1
R a
RW b
ua ui1 ub ui2
uo1 uo2 ua ub
t
思考：如果输入是正弦波，输出波形怎样，请 自己计算。运放实验中请自己验证。
(4-36)
积分电路的主要用途： 1. 在电子开关中用于延迟。 2. 波形变换。例：将方波变为三角波。 3. A/D转换中，将电压量变为时间量。 4. 移相。
其他一些运算电路：对数与指数运算电路、乘 法与除法运算电路等，由于课时的限制，不作 为讲授内容。
模电课件第一章
+ Vi –
放大电路
+ Vo –
RL
AV AV ( ) ( )
Vo ( j ) AV ( ) V ( j )
i
Av为什么是 f 的函数？
原因：放大电路存在电抗
称为幅频响应 元件，如电容、电感。
称为相频响应
( ) o ( ) i ( )
1.5 放大电路的主要性能指标
九、联系方式
•姓名：张华
•单位：电子信息教研室 408
•Email: 8755166@
课程介绍 部分结束
进入绪论部分学习
1.1 信号 1.2 信号的频谱
1.3 模拟信号与数字信号 1.4 放大电路模型
1.5 放大电路的主要性能指标
1.1 信号
1. 信号： 信息的载体
T/℃ 2 200.5 2 200.0 2 199.5
在输入正弦信号情况下，输出随输入信号频率连续变化的 稳态响应，称为放大电路的频率响应。 电压增益可表示为
Vo ( j ) AV ( j ) V ( j )
i
Ii
Io
+ Vs –
Rs
Vo ( j ) [ o ( ) i ( )] Vi ( j )
或写为 其中
课程介绍
一、课程名称及教材 模拟电子技术基础
二、课程的性质
工程性、 实践性强 是一门技术基础课
三、课程的特点
1）规律性 基本电子电路的组成具有规律性
2）非线性 3）工程性
4）实践性
半导体器件具有非线性 即近似性。抓主要矛盾
实验和设计－实验课
四、课程研究内容
器件 二极管(chap3)
三极管(chap4)
模拟电路基础教程PPT完整全套教学课件全
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透彻掌握器 件特性
1
重视对电路 构成原理的
学习
2
理论与实践 的关系
3
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目前国内使用较多的电路设计仿真软件有PSPICE、Proteus和Multisim 等。就模拟电路仿真来说,Multisim 以其界面友好、功能强大、易于学习 的优点而受到高校电类专业师生和工程技术人员的青睐。Multisim13.0版 本已上市,但目前使用比较稳定、用户数较多的还是10.0版本。对于使用 者来说,只要有一台计算机和Multisim 软件,就相当于拥有了一间设备齐全 的电路实验室,可以调用元器件,搭建电路,利用虚拟仪器进行测量,对电路 进行仿真测试,可以实时修改各类电路参数,实时仿真,从而帮助使用者了解 各种电路变化对电路性能的影响,对电路的测量直观、智能,是进行电路分 析和设计的有效辅助工具。使用者在学习和解题的过程中,可以通过 Multisim 对电路中某个节点的电压波形、某条支路的电流波形、电路结构 变化产生的影响等方方面面问题快速仿真而得到答案。
模拟电路基础教程PPT课件
1.1.4 一般电子系统的构成 1.电子系统的分类
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模拟电子 系统
数字电子 系统
模拟电路基础教程PPT课件
2.电子系统的构成
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模拟电路基础教程PPT课件
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1.1.5 模拟电子技术的发展
在式(1-1-1)中,K 为常数,使u(t)和T(t)之间形成如图1-1-1所示的相 似形关系。如果K 不能保持为常数,则称模拟信号发生了失真。失真问 题是模拟电路中始终需要引起注意和克服的重要问题。
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北京邮电大学出版社
1.2 PN结及其特性
1.2.1 PN结的原理 采用不同的掺杂工艺，将P型半导体与N
型半导体制作在一起，使这两种杂质半 导体在接触处保持晶格连续，在它们的 交界面就形成PN结。
北京邮电大学出版社
1.2 PN结及其特性
在PN结中，由于P区的空 穴浓度远远高于N区，P 区的空穴越过交界面向N 区移动；同时N区的自由 电子浓度也远远高于P区， N区的电子越过交界面向 P区移动；在半导体物理 中，将这种移动称作扩 散运动
北京邮电大学出版社
PNP型三极管组成的基本共射 放大电路如图1-17所示。比 较图1-17和图1-16可以看到， 为了使三极管工作处在放大 状态，要求发射结正向偏置、 集电结反向偏置，为此在图117中，在输入回路所加基极 直流电源VBB及输出回路所加 集电极直流电源VCC反向了， 相应的直流电流IB、IC和IE也 都反向了，这也是NPN型和 PNP型三极管符号中发射极指 示方向不同的含义所在。对 于交流信号，这两种电路没 有任何区别
在无外电场和无其它激发作用下，参与扩散运动的多 子数目等于参与漂移运动的少子数目，从而达到动态 平衡。
北京邮电大学出版社
1.2 PN结及其特性
1.2.2 PN结的导电特性
PN结外加正向电压时 处于导通状态
PN结外加反向电压时 处于截止状态
势垒区
⊝ ⊝ ⊝ ⊝⊕ ⊕ ⊕ ⊕
⊝ ⊝ ⊝ ⊝⊕ ⊕ ⊕ ⊕
北京邮电大学出版社
1.4.2 三极管的电流放大原理
放大电路的组成 图所示的是由NPN型三极管组
成的基本共射放大电路。ui为 交流输入电压信号，它接入 基极-发射极回路，称为输入 回路；放大后的信号在集电 极-发射极回路，称为输出回 路。由于发射极是两个回路 的公共端，故称该电路为共 射放大电路。为了使三极管 工作处在放大状态，在输入 回路加基极直流电源VBB，在 输出回路加集电极直流电源 VCC，且VCC大于VBB，使发射 结正向偏置、集电结反向偏 置。
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1.3.5 稳压二极管
稳压二极管是一种硅材料制成的面接触型晶体二极管，简 称稳压管。稳压管在反向击穿时，在一定的电流范围内(或 者说在一定的功率损耗范围内)，端电压几乎不变，表现出 稳压特性，因而广泛用于稳压电源与限幅电路之中。
稳 压 管 的 伏 安 特 性 及 符 号
北京邮电大学出版社
空穴 负离子
正离子
自由电子
⊝ ⊝ ⊝ ⊝⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊝ ⊝ ⊝ ⊝⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊝ ⊝ ⊝ ⊝⊕ ⊕ ⊕ ⊕
P区
N区
图1-4a PN结载流子扩散运动
北京邮电大学出版社
1.2 PN结及其特性
扩散到P区的自由电子与 空穴复合，而扩散到N区 的空穴与自由电子复合， 在PN结的交界面附近多 子的浓度下降，P区出现 负离子区，N区出现正离 子区，它们是不能移动 的，人们称此正负电荷 区域为势垒区总的电位 差称为势垒高度
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1.3.2 二极管特性的解析式
理论分析得到二极管的伏安特性表达式为:
qu
i I S (e kT 1)
式中IS为反向饱和电流，q为电子的电量，其值为1.602×10-19库仑；k是为玻耳 兹曼常数，其值为1.38×10-23J/K；T为绝对温度，在常温（20C）相当于K＝ 293K
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第一章 半导体器件基础
1.1 半导体及其特性 1.2 PN结及其特性 1.3 半导体二极管 1.4 半导体三极管及其工作原理 1.5 三极管的共射特性曲线及主要参数北京邮电大学ຫໍສະໝຸດ 版社1.1 半导体及其特性
1.1.1本征半导体及其特性
定义：纯净的半导体经过一定 的工艺过程制成单晶体，称为 本征半导体。
势垒区
⊝ ⊝ ⊝ ⊝ ⊕⊕ ⊕ ⊕
⊝ ⊝ ⊝ ⊝ ⊕⊕ ⊕ ⊕
⊝ ⊝ ⊝ ⊝ ⊕⊕ ⊕ ⊕
P区
N区
图1-4b PN结势垒形成示意图
Ψ
0
x
势垒高度
图1-4c PN结势垒分布示意图
北京邮电大学出版社
1.2 PN结及其特性
在势垒区两侧半导体中的少数载流子，由于杂乱无章 的运动而进入势垒区时，势垒区的电场使这些少子作 定向运动。少子在电场作用下的定向运动称作漂移运 动。
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1.4.2 三极管的电流放大原理
电流放大原理 三极管的电流放大表现为小的基极电流变化，引起较
大的集电极电流变化。
北京邮电大学出版社
当交流输入电压信号ui 0时，直流电源VBB和VCC分别作用于放大电路 的输入回路和输出回路，使发射结正向偏置、集电结反向偏置。因为发 射结加正向电压，并且大于发射结的开启电压，使发射结的势垒变窄， 又因为发射区杂质浓度高，所以有大量自由电子因扩散运动源源不断地 越过发射结到达基区，从而形成了发射极电流IE。
(1) 最大整流电流IM：IM是二极管长期运行时允许通过的最大正向 平均电流，其值与PN结面积及外部散热条件等有关。在规定散热 条件下，二极管正向平均电流若超过此值，则将因为PN结的温度 过高而烧坏。
(2) 反向击穿电压UBR：UBR是二极管反向电流明显增大，超过某个 规定值时的反向电压。
(3) 反向电流IS：IS是二极管未击穿时的反向饱和电流。IS愈小，二 极管的单向导电性愈好，IS对温度非常敏感。
U
R2 R1 R2
U i、R＝R1
//
R2
当 U UZ时，稳压管稳压，输
出 Uo UZ ；
当 U UZ时，稳压管截止，输
出 Uo
U
。所以，Ui
时， R1
R2 R2
U
Z
输出
U o ；U Z否
则，U o
R2 R1 R2
Ui
。
北京邮电大学出版社
1.4 半导体三极管及其工作原理
1.4.1三极管的结构及符号
北京邮电大学出版社
1.1 半导体及其特性
N型半导体 ： 在本征半导体中掺入少
量的五价元素，如磷、 砷和钨，使每一个五价 元素取代一个四价元素 在晶体中的位置，形成N 型半导体。 由于五价元素很容易贡 献出一个电子，称之为 施主杂质。
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1.1 半导体及其特性
在N型半导体中，由于掺入了五价元素， 自由电子的浓度大于空穴的浓度。半导 体中导电以电子为主，故自由电子为多 数流子，简称为多子；空穴为少数载流 子，简称为少子。
晶体中的共价键具有很强的结 合力，在常温下仅有极少数的 价电子受热激发得到足够的能 量，挣脱共价键的束缚变成为 自由电子。与此同时，在共价 键中留下一个空穴。
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1.1 半导体及其特性
运载电流的粒子称为载流子。在本征半 导体中，自由电子和空穴都是载流子， 这是半导体导电的特殊性质。
令
UT
kT q
26mV
则二极管的伏安特性表达式为：
u
i I S (eUT 1)
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1.3.3 二极管的等效电阻
直流等效电阻也称静态等效电阻。如图1-9所示，在二极管的两端 加直流电压UQ、产生直流电流IQ，此时直流等效电阻RD定义为
RD
UQ IQ
交流等效电阻表示，在二极管直流工作点确定后，交流小信号作 用于二极管所产生的交流电流与交流电压的关系。在直流工作点 Q一定，在二极管加有交流电压u，产生交流电流i，交流等效 电阻rD定义为
一般来说，有三种方法来定量 地分析一个电子器件的特性， 即特性曲线图示法、解析式表 示法和参数表示法
＋
－
二极管符号
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1.3 半导体二极管
1.3.1二极管的特性曲线
在二极管加有反向电压， 当电压值较小时，电流极 小，其电流值为反向饱和 电流IS。当反向电压超过 超过某个值时，电流开始 急剧增大，称之为反向击 穿，称此电压为二极管的 反向击穿电压，用符号 UER表示。
半导体在受热激发下产生自由电子和空 穴对的现象称为本征激发。
在一定温度下，本征半导体中载流子的 浓度是一定的，并且自由电子与空穴的 浓度相等。
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1.1 半导体及其特性
1.1.2杂质半导体及其特性 定义：掺入杂质的本征半导体称为杂质
半导体。 根据掺入杂质元素的不同，可形成N
（Negative）型半导体和P（Positive）型 半导体。
⊝ ⊝ ⊝ ⊝⊕ ⊕ ⊕ ⊕
P区
N区
I
V
R
图1-5 PN结加正向电压处于导通状态
势垒区
⊝ ⊝ ⊝ ⊝⊕⊕⊕ ⊕
⊝ ⊝ ⊝ ⊝⊕⊕⊕ ⊕
⊝ ⊝ ⊝ ⊝⊕⊕⊕ ⊕
P区
N区
IS
V
R
图1-6 PN结加反向电压处于截止状态
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1.3 半导体二极管
将PN结用外壳封装起来，并加 上电极引线就构成了半导体二 极管，简称二极管。由P区引出 的电极为正极，由N区引出的电 极为负极
由于杂质原子可以供电子，故称之为施 主原子。
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1.1 半导体及其特性
P型半导体： 在本征半导体中掺入少
量的三价元素，如硼、 铝和铟，使之取代一个 四价元素在晶体中的位 置，形成P型半导体。 由于杂质原子中的空位 吸收电子，故称之为受 主杂质。 在P型半导体中，空穴为 多子，自由电子为少子， 主要靠空穴导电。
电流变化量之比。rD愈小，稳压管的稳压特性愈好。对于不同型 号的管子，rD将不同，从几欧到几十欧。对于同一只管子来说， 工作电流愈大，rD愈小。
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例 1-3 图13是由稳压二极管 DZ组成的电路，其稳压值为 UZ。设电路的直流输入电压Ui， 试讨论输出Uo的值。
解：由戴维南电源等效定理， 图13等效的等效定理如右图 所示，其中
1.2 PN结及其特性
1.2.1 PN结的原理 采用不同的掺杂工艺，将P型半导体与N
型半导体制作在一起，使这两种杂质半 导体在接触处保持晶格连续，在它们的 交界面就形成PN结。
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1.2 PN结及其特性
在PN结中，由于P区的空 穴浓度远远高于N区，P 区的空穴越过交界面向N 区移动；同时N区的自由 电子浓度也远远高于P区， N区的电子越过交界面向 P区移动；在半导体物理 中，将这种移动称作扩 散运动
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PNP型三极管组成的基本共射 放大电路如图1-17所示。比 较图1-17和图1-16可以看到， 为了使三极管工作处在放大 状态，要求发射结正向偏置、 集电结反向偏置，为此在图117中，在输入回路所加基极 直流电源VBB及输出回路所加 集电极直流电源VCC反向了， 相应的直流电流IB、IC和IE也 都反向了，这也是NPN型和 PNP型三极管符号中发射极指 示方向不同的含义所在。对 于交流信号，这两种电路没 有任何区别
在无外电场和无其它激发作用下，参与扩散运动的多 子数目等于参与漂移运动的少子数目，从而达到动态 平衡。
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1.2 PN结及其特性
1.2.2 PN结的导电特性
PN结外加正向电压时 处于导通状态
PN结外加反向电压时 处于截止状态
势垒区
⊝ ⊝ ⊝ ⊝⊕ ⊕ ⊕ ⊕
⊝ ⊝ ⊝ ⊝⊕ ⊕ ⊕ ⊕
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1.4.2 三极管的电流放大原理
放大电路的组成 图所示的是由NPN型三极管组
成的基本共射放大电路。ui为 交流输入电压信号，它接入 基极-发射极回路，称为输入 回路；放大后的信号在集电 极-发射极回路，称为输出回 路。由于发射极是两个回路 的公共端，故称该电路为共 射放大电路。为了使三极管 工作处在放大状态，在输入 回路加基极直流电源VBB，在 输出回路加集电极直流电源 VCC，且VCC大于VBB，使发射 结正向偏置、集电结反向偏 置。
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1.3.5 稳压二极管
稳压二极管是一种硅材料制成的面接触型晶体二极管，简 称稳压管。稳压管在反向击穿时，在一定的电流范围内(或 者说在一定的功率损耗范围内)，端电压几乎不变，表现出 稳压特性，因而广泛用于稳压电源与限幅电路之中。
稳 压 管 的 伏 安 特 性 及 符 号
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空穴 负离子
正离子
自由电子
⊝ ⊝ ⊝ ⊝⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊝ ⊝ ⊝ ⊝⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊝ ⊝ ⊝ ⊝⊕ ⊕ ⊕ ⊕
P区
N区
图1-4a PN结载流子扩散运动
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1.2 PN结及其特性
扩散到P区的自由电子与 空穴复合，而扩散到N区 的空穴与自由电子复合， 在PN结的交界面附近多 子的浓度下降，P区出现 负离子区，N区出现正离 子区，它们是不能移动 的，人们称此正负电荷 区域为势垒区总的电位 差称为势垒高度
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1.3.2 二极管特性的解析式
理论分析得到二极管的伏安特性表达式为:
qu
i I S (e kT 1)
式中IS为反向饱和电流，q为电子的电量，其值为1.602×10-19库仑；k是为玻耳 兹曼常数，其值为1.38×10-23J/K；T为绝对温度，在常温（20C）相当于K＝ 293K
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第一章 半导体器件基础
1.1 半导体及其特性 1.2 PN结及其特性 1.3 半导体二极管 1.4 半导体三极管及其工作原理 1.5 三极管的共射特性曲线及主要参数北京邮电大学ຫໍສະໝຸດ 版社1.1 半导体及其特性
1.1.1本征半导体及其特性
定义：纯净的半导体经过一定 的工艺过程制成单晶体，称为 本征半导体。
势垒区
⊝ ⊝ ⊝ ⊝ ⊕⊕ ⊕ ⊕
⊝ ⊝ ⊝ ⊝ ⊕⊕ ⊕ ⊕
⊝ ⊝ ⊝ ⊝ ⊕⊕ ⊕ ⊕
P区
N区
图1-4b PN结势垒形成示意图
Ψ
0
x
势垒高度
图1-4c PN结势垒分布示意图
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1.2 PN结及其特性
在势垒区两侧半导体中的少数载流子，由于杂乱无章 的运动而进入势垒区时，势垒区的电场使这些少子作 定向运动。少子在电场作用下的定向运动称作漂移运 动。
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1.4.2 三极管的电流放大原理
电流放大原理 三极管的电流放大表现为小的基极电流变化，引起较
大的集电极电流变化。
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当交流输入电压信号ui 0时，直流电源VBB和VCC分别作用于放大电路 的输入回路和输出回路，使发射结正向偏置、集电结反向偏置。因为发 射结加正向电压，并且大于发射结的开启电压，使发射结的势垒变窄， 又因为发射区杂质浓度高，所以有大量自由电子因扩散运动源源不断地 越过发射结到达基区，从而形成了发射极电流IE。
(1) 最大整流电流IM：IM是二极管长期运行时允许通过的最大正向 平均电流，其值与PN结面积及外部散热条件等有关。在规定散热 条件下，二极管正向平均电流若超过此值，则将因为PN结的温度 过高而烧坏。
(2) 反向击穿电压UBR：UBR是二极管反向电流明显增大，超过某个 规定值时的反向电压。
(3) 反向电流IS：IS是二极管未击穿时的反向饱和电流。IS愈小，二 极管的单向导电性愈好，IS对温度非常敏感。
U
R2 R1 R2
U i、R＝R1
//
R2
当 U UZ时，稳压管稳压，输
出 Uo UZ ；
当 U UZ时，稳压管截止，输
出 Uo
U
。所以，Ui
时， R1
R2 R2
U
Z
输出
U o ；U Z否
则，U o
R2 R1 R2
Ui
。
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1.4 半导体三极管及其工作原理
1.4.1三极管的结构及符号
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1.1 半导体及其特性
N型半导体 ： 在本征半导体中掺入少
量的五价元素，如磷、 砷和钨，使每一个五价 元素取代一个四价元素 在晶体中的位置，形成N 型半导体。 由于五价元素很容易贡 献出一个电子，称之为 施主杂质。
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1.1 半导体及其特性
在N型半导体中，由于掺入了五价元素， 自由电子的浓度大于空穴的浓度。半导 体中导电以电子为主，故自由电子为多 数流子，简称为多子；空穴为少数载流 子，简称为少子。
晶体中的共价键具有很强的结 合力，在常温下仅有极少数的 价电子受热激发得到足够的能 量，挣脱共价键的束缚变成为 自由电子。与此同时，在共价 键中留下一个空穴。
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1.1 半导体及其特性
运载电流的粒子称为载流子。在本征半 导体中，自由电子和空穴都是载流子， 这是半导体导电的特殊性质。
令
UT
kT q
26mV
则二极管的伏安特性表达式为：
u
i I S (eUT 1)
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1.3.3 二极管的等效电阻
直流等效电阻也称静态等效电阻。如图1-9所示，在二极管的两端 加直流电压UQ、产生直流电流IQ，此时直流等效电阻RD定义为
RD
UQ IQ
交流等效电阻表示，在二极管直流工作点确定后，交流小信号作 用于二极管所产生的交流电流与交流电压的关系。在直流工作点 Q一定，在二极管加有交流电压u，产生交流电流i，交流等效 电阻rD定义为
一般来说，有三种方法来定量 地分析一个电子器件的特性， 即特性曲线图示法、解析式表 示法和参数表示法
＋
－
二极管符号
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1.3 半导体二极管
1.3.1二极管的特性曲线
在二极管加有反向电压， 当电压值较小时，电流极 小，其电流值为反向饱和 电流IS。当反向电压超过 超过某个值时，电流开始 急剧增大，称之为反向击 穿，称此电压为二极管的 反向击穿电压，用符号 UER表示。
半导体在受热激发下产生自由电子和空 穴对的现象称为本征激发。
在一定温度下，本征半导体中载流子的 浓度是一定的，并且自由电子与空穴的 浓度相等。
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1.1 半导体及其特性
1.1.2杂质半导体及其特性 定义：掺入杂质的本征半导体称为杂质
半导体。 根据掺入杂质元素的不同，可形成N
（Negative）型半导体和P（Positive）型 半导体。
⊝ ⊝ ⊝ ⊝⊕ ⊕ ⊕ ⊕
P区
N区
I
V
R
图1-5 PN结加正向电压处于导通状态
势垒区
⊝ ⊝ ⊝ ⊝⊕⊕⊕ ⊕
⊝ ⊝ ⊝ ⊝⊕⊕⊕ ⊕
⊝ ⊝ ⊝ ⊝⊕⊕⊕ ⊕
P区
N区
IS
V
R
图1-6 PN结加反向电压处于截止状态
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1.3 半导体二极管
将PN结用外壳封装起来，并加 上电极引线就构成了半导体二 极管，简称二极管。由P区引出 的电极为正极，由N区引出的电 极为负极
由于杂质原子可以供电子，故称之为施 主原子。
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1.1 半导体及其特性
P型半导体： 在本征半导体中掺入少
量的三价元素，如硼、 铝和铟，使之取代一个 四价元素在晶体中的位 置，形成P型半导体。 由于杂质原子中的空位 吸收电子，故称之为受 主杂质。 在P型半导体中，空穴为 多子，自由电子为少子， 主要靠空穴导电。
电流变化量之比。rD愈小，稳压管的稳压特性愈好。对于不同型 号的管子，rD将不同，从几欧到几十欧。对于同一只管子来说， 工作电流愈大，rD愈小。
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例 1-3 图13是由稳压二极管 DZ组成的电路，其稳压值为 UZ。设电路的直流输入电压Ui， 试讨论输出Uo的值。
解：由戴维南电源等效定理， 图13等效的等效定理如右图 所示，其中