模电-模电第一章
模电第1章
(3)设v12=f(i1+i2)，试问v12是否等于(v1+v2) ？
例题求解(1)
(1) i1=5A时, v1=1005+53=625V
i2=10A时, v2=10010+103=2000V
i3=0.01A时, v3=1000.01+(0.01)3=(1+10-6)V i4=0.001A时, v4=1000.001+(0.001)3=(0.1+10-9)V • 从上述计算可以看出，如果把这个电阻作为 100W的线性电阻，当电流不同时，引起的误差
v12 v1 v2
所以叠加定理不适用于非线性电路。
非线性电阻元件串联或并联
当非线性电阻元件串联或并联时，只有所有非线性 电阻元件的控制类型相同，才有可能得出其等效电 阻伏安特性的解析表达式。 如果把非线性电阻串联或并联为一个单端口网络， 则网络端口的电压电流关系被称为此端口的驱动点 特性。
电磁感应现象（1831年），电磁学得到了飞速发展。
另一方面，电路的研究也在发展。欧姆发现了欧姆
定律（1826年），基尔霍夫发现了电路网络的定律
（1849年），从而确立了电工学。
电子技术的发展
当代是电子学繁荣昌盛的时代，与电子电路元器件(电
子管-晶体管-集成电路)的不断发展有着密切的关系。
电子管：
1903年，爱迪生发现从电灯泡的热丝上飞溅出来的电
根据KCL有
v f i f1 i f 2 i
这表明两个电流控制的非线性电阻串联组合的等效电 阻还是一个电流控制的非线性电阻
图解方法分析非线性电阻的串联电路
i1
i2
v
v f i v f2i2 2 v f1i1 1
模电第1章复习精简版
第一章
半导体器件
价电子
(a) 硅、锗原子结构 最外层电子称价电子 4 价元素
+4
惯性核
4 价元素的原子常常用 + 4 电荷的正离子和周围 4 个价电子表示。
(b) 简化模型
图 1-1 原子结构及简化模型
第一章
半导体器件
2）
本征半导体的原子结构
完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导 体称为本征半导体。
带负电的自由电子 带正电的空穴
2. 本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现， 称为 电子 - 空穴对。
3. 本征半导体中自由电子和空穴的浓度用 ni 和 pi 表示，显然 ni = pi 。 4. 由于物质的运动，自由电子和空穴不断的产生又 不断的复合。在一定的温度下，产生与复合运动会达到 平衡，载流子的浓度就一定了。 5. 载流子的浓度与温度密切相关（它随着温度的升 高，基本按指数规律增加）。
I / mA
60 40 死区 20 电压
0 0.4 0.8 U / V
正向特性
第一章
半导体器件
I / mA
–50 –25
– 0.02
2. 反向特性 二极管加反向电压，反 向电流很小； 当电压超过零点几伏后， 反向电流不随电压增加而增 大，即饱和；
0U / V
反向饱 和电流
– 0.04
反向特性
如果反向电压继续升高，大到一定数值时，反向电 流会突然增大；
(a)N 型半导体
(b) P 型半导体
杂质半导体的的简化表示法
第一章
半导体器件
1.2 半导体二极管
1）PN 结的形成
在一块半导体单晶上一侧掺杂成为 P 型半导体，另 一侧掺杂成为 N 型半导体，两个区域的交界处就形成了 一个特殊的薄层，称为 PN 结。
模电第一章14节
1.4 放大电路的基本知识∙输入电阻∙输出电阻∙电压放大模型∙电流放大模型1.4.1模拟信号的放大1.4.2放大电路模型1.5放大电路的主要性能指标∙增益∙互阻放大模型∙互导放大模型∙隔离放大电路模型∙频率响应及带宽∙非线性失真1.4.1模拟信号的放大电压增益（电压放大倍数）R s放大电路I o I i +–V o +–V s+–V i R Lio V V A V =电流增益io I I A I =互阻增益)(o Ω=I V A R 互导增益)S (o V I A G =信号源负载A放大电路是一个双口网络。
从端口特性来研究放大电路，可将其等效成具有某种端口特性的等效电路（即端口用一些基本元件等效）。
R s放大电路I oI i +–V o +–V s+–V i R L信号源负载☞输入端口特性可以等效为一个输入电阻☞输出端口特性可以根据不同情况等效成不同的电路形式（信号源）。
——负载开路时的电压增益1.电压放大模型R s+––V i +–V o +R LV sR i– + V iA V O R o OV A i R ——输入电阻o R ——输出电阻由输出回路得Lo L iO o R R R V A V V += 则电压增益为io V V A V =L o L OR R R A V += 可见↓L R ↓VA 即负载的大小会影响增益的大小要想减小负载的影响，则希望…？（考虑改变放大电路的参数）另一方面，考虑到输入回路对信号源的衰减R s+ –V s –V i + R o–V+ – + R iR LV i A V O si R R >>理想情况有s is i i V R R R V +=要想减小衰减，则希望…？∞=i R 适用于R S 较小R L 较大场合R s放大电路I oI i+–V o+–V s+–V i R L R s + –V s –V i +R o–V+ –+R i R LV i A V O 电压放大模型电流放大模型关心输出电流与输入电流的关系,可变换为电流放大模型如下：2.电流放大模型——负载短路时的电流增益SI A 图中2.电流放大模型由输出回路得Lo o iS o R R R I A I I += 则电流增益为i o I I A I =Lo o S R R R A I += 由此可见↑L R ↓IA 要想减小负载的影响，则希望…？L o R R >>理想情况∞=oR 由输入回路得is s si R R R I I += 要想减小对信号源的衰减，则希望…？si R R <<适用于R S 较大R L 较小场合3.互阻放大模型（自学）输入输出回路没有公共端4.互导放大模型（自学）5.隔离放大电路模型R o– + R iV i A V O –V o + –V i + 值得注意的是，各种模型端口中的等效信号源是受控源，而不是独立信号源。
《模电》第一章重点掌握内容
《模电》第一章重点掌握内容：一、概念1、半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物质。
2、半导体奇妙特性：热敏性、光敏性、掺杂性。
3、本征半导体：完全纯净的、结构完整的、晶格状的半导体。
4、本征激发：环境温度变化或光照产生本征激发，形成电子和空穴，电子带负电，空穴带正电。
它们在外电场作用下均能移动而形成电流，所以称载流子。
5、P型半导体：在纯净半导体中掺入三价杂质元素，便形成P型半导体，使导电能力大大加强，此类半导体，空穴为多数载流子（称多子）而电子为少子。
6、N型半导体：在纯净半导体中掺入五价杂质元素，便形成N型半导体，使导电能力大大加强，此类半导体，电子为多子、而空穴为少子。
7、PN结具有单向导电性：P接正、N接负时（称正偏），PN结正向导通，P接负、N接正时（称反偏），PN结反向截止。
所以正向电流主要由多子的扩散运动形成的，而反向电流主要由少子的漂移运动形成的。
8、二极管按材料分有硅管(S i管)和锗管(G e管)，按功能分有普通管，开关管、整流管、稳压管等。
9、二极管由一个PN结组成，所以二极管也具有单向导电性：正偏时导通，呈小电阻，大电流，反偏时截止，呈大电阻，零电流。
其死区电压：S i管约0。
5V，G e管约为0。
1 V ，其死区电压：S i管约0.5V，G e管约为0.1 V 。
其导通压降：S i管约0.7V，G e管约为0.2 V 。
这两组数也是判材料的依据。
10、稳压管是工作在反向击穿状态的：①加正向电压时，相当正向导通的二极管。
（压降为0.7V，）②加反向电压时截止，相当断开。
③加反向电压并击穿（即满足U﹥U Z）时便稳压为U Z。
11、二极管主要用途：整流、限幅、继流、检波、开关、隔离（门电路）等。
二、应用举例：（判二极管是导通或截止、并求有关图中的输出电压U0。
三极管复习完第二章再判）参考答案：a、因阳极电位比阴极高，即二极管正偏导通。
是硅管。
b 、二极管反偏截止。
f 、因V的阳极电位比阴极电位高，所以二极管正偏导通，（将二极管短路）使输出电压为U0=3V 。
模电chapter1lw精品文档
1.2.5 温度对PN结特性的影响
i
温度升高，正向特
性曲线左移，反向
UBR
特性曲线下移。
O
u
1.3 半导体二极管
1.3.1 二极管的结构和符号 1.3.2 二极管的伏安特性 1.3.3 二极管的主要参数 1.3.4 二极管的等效模型 1.3.5 二极管应用电路举例
1.4.1 稳压二极管
1 稳压管的伏安特性与等效电路
i
负极 正极
（a）
Δu UZ
O IZmin
Δi
IZmax
（b）
u
D1
rZ D2 UZ
（c）
1.4.1 稳压二极管
2 稳压管的主要参数 （1）稳定电压UZ （2）稳定电流Iz （3）最大稳定电流Izmax （4）额定功率Pz （5）动态电阻rz （6）温度系数α
1.2.2 PN结的单向导电性
（1）外加正向电压
扩散运动>漂移运动
空间电荷区
P
N
IF
+
U
内电场 -
U0-U
R
E
1.2.2 PN结的单向导电性
（2）外加反向电压
漂移运动>扩散运动
空间电荷区
P
N
IR
内电场
-
U
+
U0+U
R
E
1.2.2 PN结的单向导电性
综上所述，PN结外加正向电压时，外电场削弱内 电场，多子扩散占主导地位，正向电流较大，并随外加 电压的变化有显著变化；PN结外加反向电压时，外电 场加强内电场，少子漂移占主导地位，反向电流极小， 且不随外加电压变化。因此，PN结具有单向导电性。
模电第一章习题解答
压上升，在 VGS 和 VDS 不变的情况下，漏极电流变小。
1.17
已知某 NMOS 器件的参数：VTH=2V，NCOX=20A/V2，W=100m，L=10m，
源极电位 VS=0，栅极电位 VG=3V。试问：①当漏极电位 VD 分别为 0.5V，1V 和 5V 时，器件分别工作在什么状态？②若饱和状态工作时忽略 vDS 对 iD 的影响，试确 定在 VD 等于 0.5V，1V 和 5V 三种情况下的漏极电流 iD 大小。 解答：① ，线性区； ，线性区与饱和区的临界状态； ，饱和区。 ②
图 P1.5
解答：由于二极管的单向导电性，当 vi 处于正半周且幅度大于 5V 时，二极 管 D2 正向导通，使得 vo 被约束在 V=5V；当 vi 处于正半周且幅度小于 2V 或者处 于负半周期时，二极管 D1 正向导通，使得 vo 被约束在 V=2V，其波形如图所示：
5V 2V
1.6
稳压电路如图 P1.6 所示。①试近似写出稳压管的耗散功率 PZ 的表达
5V 2V
1.7 图。
图 P1.7 所示为具有电容滤波的桥式整流电路，试分析画出 vo 的波形
+ v1 _
v2 C
图 P1.7
+ vo RL _
解答：如图所示，由于四个整流二极管的作用，加到电容 C 上的电压 vo 一 直处在正弦波形的正半周期。设 C 上初始电压为零，在未接 RL 时，v2 的正半周期 和负半周期分别通过不同的两对二极管向 C 充电， 使得 C 上电压达到正弦波的最 大值，即图中的第二象限所示。设在 a 点处开始接入负载电阻 RL，因 C 上已经充 电，刚接入 RL 时，有 到 ，故 向 RL 放电， ，如 ab 段所示；当 上升
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)
模电第一章课件
图1.6 PN结的形成过程
空间电荷区：在交界面附近出现的带电离子集中 的薄层，又称耗尽层、阻挡层。
内电场：空间电荷区的左半部是带负电的杂质离 子，右半部是带正电的杂质离子，空间电荷区中 就形成一个N区指向P区的内建电场。
接触电位差 U ：达到动态平衡后的PN结， 内建电场的方向由N区指向P区的电位差。
1.1 半导体的基础知识 1.2 PN结与半导体二极管 1.3 特殊二极管
1.4 半导体三极管
1.5 场效应晶体管
1.1 半导体的基础知识
1.1.1 导体、绝缘体、和半导体 1.1.2 本征半导体 1.1.3 杂质半导体
1.1.1 导体、绝缘体和半导体
导体:导电的物质，如铜、铝、铁、银等。 绝缘体:不导电的物质，石英、橡胶等。 半导体：导电性能介于导体和绝缘体之 间。常用的半导体材料有硅(Si)、锗 (Ge)、砷化镓(GaAs)等。
4．最大反向工作电压UFM：二极管安全运行时所能承受的最大反向电压。一 般取击穿电压U(BR)的一半作为UFM 。
5．反向电流：指二极管未击穿时反向电流。IR 值越小，二极管单向导电性越 好。随温度变化而改变。 6. 最高工作频率fM ：fM 由PN结的结电容大小决定。二极管的工作频率超过 fM，单向导电性变差。
1.2.3
PN结的电容效应
PN结的结电容:在外加电压发生变化时，PN结耗尽层内的空间电 荷量和耗尽层外的载流子数目均发生变化的电容效应。 按产生的机理不同结电容可分为：
一是势垒电容CB 二是扩散电容CD
一、势垒电容CB
指阻挡层中电荷量随外加电压变化而改变所呈 现的电容效应,用CB表示。CB的大小与PN结面积、 阻挡层宽度、半导体材料的介电常数有关， 且随外加反向电压变化而 变化。反向电压越大，CB 越小。 利用PN结的势垒电容 效应，可制造变容二极 管(压控可变电容器)
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2) 当vi <= 5.7V时，二极管截止，电流为0。
vo= 5V
t
*** 特殊二极管
稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊二极管
＋+
UZ －
-
反偏电压≥UZ
DZ
反向击穿
限流电阻
稳定 电压
UZ
当稳压二极管工作在
反向击穿状态下,工作
电流IZ在Izmax和Izmin 之间变化时,其两端电
压近似为常数
△I
二极管的V—A特性
i
0
u
导通压降
+
ui
-
1.理想二极管模型
正偏 反偏
i
+
ui
-
u
2.恒压降模型（串联电压源模型）
i
u UD u <UD
+
i
u
UD
UD
u
- UD
U D 二极管的导通压降。硅管 0.7V；锗管 0.3V。
二极管的V—A特性
i
0
u
导通压降
+
ui
-
3.折线模型
i
u≥Uth
u<Uth
+
i
u
Uth
在本征半导体中掺入某些微量杂质元素后的 半导体称为杂质半导体。
1. N型半导体
在本征半导体中掺入五价杂质元素，例 如磷，砷等，称为N型半导体。
N型半导体---电子型半导体
硅原子 +4
多余电子
+4
磷原子
+4
+4
+4
电子空穴对 自由电子
N型半导体
+5 +4
++ + + ++ + +
+4 +4
++ + +
(4) 最高工作频率fM: 由于PN结存在结电容,当频率 升高到一定值时,二极管失去单向导电性.
*** 二极管的基本电路及分析方法
一、简单二极管电路的图解分析方法
Ri
1kΩ +
E
vD
10V
–
端口左边为线性器件
i = ( E–vD)/ R
i E /R
端口右边为非线性器件
i
vD
vD
E
图解分析
i
Q
vD
二、二极管的简 化模型分析方法
17．电路如题图所示，当vi1、vi2、vi3分别输入0V或5V电压时， 求输出电压vo的值，用表格的形式给出。
U th rD=200W
u
- Uth
rD
U th 二极管的门坎电压。硅管 0.5V；锗管 0.1V。
rD=(0.7V-0.5V)/1mA=200W
如果信号在静态工作Q
4.小信号2.模恒型压降（模v=型VD（,i=串ID）联附电近压工源作模，可型）
i
以把与Q点处相切直线的斜率
i
的倒数u 作 U用D微变u电< U阻DrD
少子漂移电流
耗尽层
多子扩散电流
少子飘移
－
补充耗尽层失去的多子，耗尽层窄，E
多子扩散
又失去多子，耗尽层宽，E
内电场E
P型半导体 耗尽层 N型半导体
－ －－ ++ + +
－ － －－
++ ++
－ － －－ ++ + +
少子漂移电流
动态平衡： 扩散电流 ＝ 漂移电流
多子扩散电流
总电流＝0
3. PN结的单向导电性
想
10KW
二
10kΩ
相对误差
极
E
管
10V
模
I
d
=
1- 0.932 0.932
×100 00
=
7 00
型
R
恒 压
10kΩ
I = (10 - 0.7)V =0.93 mA 10KW
降
E
模 型
10V
I
相对误差
0.7V d
=
0.932-0.93×100 0.932
0
0
=
0.2 00
R 10kΩ
I = (10 - 0.5)V 0.931mA 10.2KW
• PN结的V-I 特性
*** 半导体二极管
1 结构 二极管 = PN结 + 管壳 + 引线
符号
P
+
阳极
N
-
阴极
二极管按结构分两大类：
(1) 点接触型二极管
正 极引 线
金 属触 丝
PN结面积小，结电容小， 用于检波和变频等高频电路。 但不能承受高的反向电压和 大电流
负 极引 线
外壳
N型 锗
(2) 面接触型二极管`
vCC
vi1
+5V
5V
R
D1 vi1
vo
vi2 5V
vi2
D2 (a)
vo 5V
t t (b)
t
例:电路如图所示，设vi=10sinωt ，二极管使用恒 压降模型（0.7V），试画出输出电压vo的波形。
vi 4.3V
R
t
vi
vo
5V
解:
vO
1) 当vi<4.3V时，二极管导通。 vo= 5 -0.7=4.3V
4. PN结的伏安特性曲线及表达式
根据理论推导，PN结的伏安特性曲线如图
反向饱和电流 反向击穿电压
IF（多子扩散） 正偏
反偏
反向击穿
IR（少子漂移）
电击穿——可逆。分为雪崩击穿和齐纳击穿两种 热击穿——烧坏PN结
u
根据理论分析： i = IS (e nVT -1)
u 为PN结两端的电压降
当 u>0 当 u<0
作业
第1章 习题 2、4、5、6、9、10、 13（b、d、f）、 14 ( b ) 15、17
13.分析题中各二极管的工作状态（导通或截止），并求出输出 电压，设二极管是理想的。
14．分析题图中各二极管的工作状态（导通或截止），并求出 输出电压的值
15．电路如下图，输入电压如题图（b），在0 < t < 5ms的时间 周期内，给出输出电压的波形。用恒压降模型，管压降为0.7V。
常温300K时：
硅：1.4 1010
电子空穴对的浓度
cm3
锗：2.5 1013
cm3
导电机制
－ +4
E
＋
+4
+4 自由电子
+4
+4 +4
+4
+4
+4
自由电子 带负电荷 电子流
载流子
空穴 带正电荷 空穴流
本征半导体的导电性取决于外加能量：
温度变化，导电性变化；光照变化，导电性变化。
二. 杂质半导体
自由电子产生的 同时，在其原来的共 价键中就出现了一个 空位，称为空穴。
这一现象称为本征激发，也称热激发。
+4
+4
空穴
+4
电子空穴对
可见本征激发同时产生
电子空穴对。
+4
+4
外加能量越高（温度
越高），产生的电子空
穴对越多。
+4
+4
与本征激发相反的 现象——复合
自由电子
+4 +4
在一定温度下，本征激 发和复合同时进行，达 到动态平衡。电子空穴 对的浓度一定。
R
(2) 加反向电压——电源正极接N区，负极接P区
外电场的方向与内电场方向相同。 外电场加强内电场 →耗尽层变宽 →漂移运动＞扩散运动
→少子漂移形成反向电流I R(10-8至10-14A)
P
空间电 荷区
N
在一定的温度－ 下，－ 由－本 － + + + +
征激发产生的少－子浓－度是－ － + + + +
(1) 加正向电压（正偏）——电源正极接P区，负极接N区 外电场的方向与内电场方向相反。
外电场削弱内电场 →耗尽层变窄 →扩散运动＞漂移运动
→多子扩散形成正向电流I F
P型半导体 空间电荷区 N型半导体
－ － －－
++ ++
－ － － 正－向电流 + + + +
－ － －－ ++ + +
内电场 E
EW
多数载流子——自由电子 少数载流子—— 空穴
施主离子
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
+4 +4 +3 +4
电子空穴对 P型半导体
空穴
－ － －－
－ － －－
+4 +4
－ － －－ 受主离子
多数载流子—— 空穴 少数载流子——自由电子
杂质半导体的示意图
锗：0.3V
硅：0.5 V 锗： 0.1 V
E
3
二极管的主要参数
二极管长期连续工
(1) 最大整流电流IF——
作时，允许通过二 极管的最大整流
电流的平均值。
(2) 反向击穿电压UBR———
(3) 反向电流IR——
二极管反向电流 急剧增加时对应的反向 电压值称为反向击穿