电子技术基础模拟部分康华光版ppt课件

第一章半导体二极管和三极管本章主要内容：半导体基础知识；半导体二极管；晶体三极管；场效应管重点掌握：1.半导体器件的外特性；2.器件的主要参数.§1半导体基础知识一、本征半导体二、杂质半导体三、PN结的形成及其单向导电性四、PN结的电容效应.一、本征半导体导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。本征半导体是纯净（99.99999%的晶体结构的半导体。1、什么是半导体？什么是本征半导体？导体－－铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层电子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。绝缘体－－惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导电。半导体－－硅（Si）、锗（Ge），均为四价元素，它们原子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。四价单晶Si、Ge.2、本征半导体的结构由于热运动，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。共价键一定温度下，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。（补充浓度公式）补充内容：.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。为什么要将半导体变成导电性很差的本征半导体？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。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。.二杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。P型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为（空穴半导体）。N型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为（电子半导体）。.（一）、N型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个电子，称为施主原子。.多余电子磷原子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）。.？问题：磷（P）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。多数载流子空穴比未加杂质时的数目多了？少了？为什么？.（二）、P型半导体空穴硼原子P型半导体中空穴是多子，电子是少子。.？问题：硼（B）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，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？.结论：对于杂质半导体，多子的浓度越高，少子的浓度就越低。多子的浓度约等于所掺杂质原子的浓度，故受温度变化的影响很小；少子由本征激发而成，尽管其浓度很低，但温度变化时，其浓度的变化很大。故少子对器件性能的影响却不“少”。.（三）、杂质半导体的示意示法杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。.问题：杂质半导体为何呈现电中性?N型：自由电子数目=空穴数目+正离子数目P型：空穴数目=自由电子数目+负离子数目.按一定的制造，将P、N型半导体制作在同一块硅片上，其界面形成PN结、三、PN结的形成及其单向导电性.物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气体、液体、固体均有之。P区空穴浓度远高于N区。N区自由电子浓度远高于P区。扩散运动使靠近接触面P区的空穴浓度降低、靠近接触面N区的自由电子浓度降低，产生内电场。1.PN结的形成：.PN结的形成因电场作用所产生的运动称为漂移运动。参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同，达到动态平衡，就形成了PN结。由于扩散运动使P区与N区的交界面缺少多数载流子，形成内电场，从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从N区向P区、自由电子从P区向N区运动。.P型半导体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。内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。.所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。.空间电荷区N型区P型区电位VV0.1.空间电荷区中载流子很少，可忽略，又称该区为耗尽层。2.空间电荷区中内电场阻碍P中的空穴.N区中的电子（都是多子）向对方运动（扩散运动）。3.P区中的电子和N区中的空穴（都是少子），数量有限，因此由它们形成的电流很小。注意:.2.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。PN结的单向导电性.PN结加正向电压导通：耗尽层变窄，扩散运动加剧，由于外电源的作用，形成多子扩散电流（几个mA-几A），PN结处于导通状态。PN结加反向电压截止：耗尽层变宽，阻止扩散运动，有利于漂移运动，形成少子漂移电流Is（也称反向饱和电流：温度一定，少子浓度一定，Is一定。一般情况下：Si为nA级；Ge为μA级）由于电流很小，故可近似认为其截止。必要吗？.结论：PN结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻，PN结导通；PN结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，呈现高电阻，PN结截止。由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。.3.PN结的伏安特性曲线及伏安方程根据实际测试数据，PN结的伏安特性曲线如图正偏IR（少子漂移）反偏反向饱和电流反向击穿电压反向击穿热击穿——烧坏PN结电击穿——可逆补充：.根据理论分析：u为PN结两端的电压降i为流过PN结的电流IS为反向饱和电流UT=kT/q称为温度的电压当量其中k为玻耳兹曼常数1.38×10－23J/Kq为电子电荷量1.6×10－19CT为热力学温度对于室温（相当T=300K）则有UT=26mV。.四、PN结的电容效应1.势垒电容PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电相同，其等效电容称为势垒电容Cb。2.扩散电容PN结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流子的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的过程，其等效电容称为扩散电容Cd。结电容不是常量！若PN结外加电压频率高到一定程度，则失去单向导电性！.问题为什么将自然界导电性能中等的半导体材料制成本征半导体，导电性能极差，又将其掺杂，改善导电性能？为什么半导体器件的温度稳定性差？是多子还是少子是影响温度稳定性的主要因素？为什么半导体器件有最高工作频率？.§2半导体二极管一、二极管的组成二、二极管的伏安特性及电流方程三、二极管的主要参数四、二极管的等效电路五、稳压二极管.一、二极管的组成将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。小功率二极管大功率二极管稳压二极管发光二极管.一、二极管的组成点接触型：结面积小，结电容小，故结允许的电流小，最高工作频率高。面接触型：结面积大，结电容大，故结允许的电流大，最高工作频率低。平面型：结面积可小、可大，小的工作频率高，大的结允许的电流大。.二、二极管的伏安特性及电流方程开启电压反向饱和电流击穿电压温度的电压当量二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。.从二极管的伏安特性可以反映出：1.单向导电性2.伏安特性受温度影响T（℃）↑→在电流不变情况下管压降u↓→反向饱和电流IS↑，U(BR)↓T（℃）↑→正向特性左移，反向特性下移正向特性为指数曲线反向特性为横轴的平行线增大1倍/10℃下降约2mv/1℃！！.三、主要参数1.最大整流电流IF二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。超过该值，可导致热损坏。2.最高反向工作电压UR二极管长期运行时，允许的最高反向工作电压。手册上：.3.反向电流IR指二极管加反向电压未击穿时的反向电流。反向电流越小越好。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。4.最高工作频率fM：二极管工作的上限频率，与Cj有关.5.直流电阻RDQ点:二极管在直流偏置电路中所确定的静态工作点。几何意义：ｏＱ割线斜率之倒数。注：ＲD　值与Ｑ点位置有关。一般小功率管的值：几百～几ｋΩ可用万用表的欧姆档粗判管子性能好坏、极性、及ＲＤ.以上均是二极管的直流参数，二极管的应用是主要利用它的单向导电性，主要应用于整流、限幅、保护等等。下面介绍两个交流参数。.６.微变（或交流）电阻rｄuDｒｄ是二极管特性曲线上工作点Q附近电压的变化与电流的变化之比：法解析法几何意义：Ｑ点切线斜率之倒数.７二极管的极间电容显然，rD是对Q附近的微小变化区域内的电阻。ｒｄ的值很小，约几Ω～几十Ω势垒电容和扩散电容的综合效应.补充：二极管电路的图解分析法.四、二极管的等效电路理想二极管近似分析中最常用导通时△i与△u成线性关系应根据不同情况选择不同的等效电路！1.将伏安特性折线化（指导思想）100V？5V？1V？.2.微变等效电路Q越高，rd越小。当二极管在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极管等效为一个电阻，称为动态电阻，也就是微变等效电路。ui=0时直流电源作用小信号作用静态电流【补充：】.二极管电路分析举例：1.静态分析例1：求VDD=10V时，二极管的电流ID、电压VD值。解：1.理想模型正向偏置时：管压降为0，电阻也为0。反向偏置时：电流为0，电阻为∞。2.恒压降模型当iD≥1mA时，vD=0.7V。.3.实际模型.2.限幅电路Vi>VR时，二极管导通，vo=vi。ViV1时，D1导通、D2截止，Vo=V1。Vi25V，D1导通，D2截止。③VI>137.5V，D1、D2均导通。VO=25VVO=100V137.5.例8：画出理想二极管电路的传输特性（Vo~VI）。当VI<0时D1导通D2截止当VI>0时D1截止D2导通.已知二极管D的正向导通管压降VD=0.6V，C为隔直电容，vi(t)为小信号交流信号源。试求二极管的静态工作电流IDQ，以及二极管的直流导通电阻R直。求在室温300K时，D的小信号交流等效电阻r交。解：例10：.例3：二极管限幅电路:已知电路的输入波形为vi,二极管的VD为0.6伏，试画出其输出波形。解：Vi>3.6V时，二极管导通，vo=3.6V。Vi<3.6V时，二极管截止，vo=Vi。.五、稳压二极管1.伏安特性进入稳压区的最小电流不至于损坏的最大电流由一个PN结组成，反向击穿后在一定的电流范围内端电压基本不变，为稳定电压。若稳压管的电流太小则不稳压，若稳压管的电流太大则会因功耗过大而损坏，因而稳压管电路中必需有限制稳压管电流的限流电阻！限流电阻斜率？.UIZ稳压误差曲线越陡，电压越稳定。-UZ.（4）稳定电流IZ、最大、最小稳定电流Izmax、Izmin。稳压二极管的参数:（1）稳定电压UZ(参数分散性，型号参数（3.8-4.2v）的含义）（3）动态电阻（5）最大允许功耗.负载电阻。要求当输入电压由正常值发生20%波动时，负载电压基本不变。稳压二极管的应用举例稳压管的技术参数:解：令输入电压达到上限时，流过稳压管的电流为Izmax。求：电阻R和输入电压ui的正常值。——方程1.令输入电压降到下限时，流过稳压管的电流为Izmin。——方程2联立方程1、2，可解得：.1.3.2光电二极管反向电流随光照强度的增加而上升。.1.3.3发光二极管有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的电特性与一般二极管类似。.LEDLCD的区别：LCD为LiquidCrystalDisplay的缩写，即液晶显示器，是一种数字显示技术，可以通过液晶和彩色过滤器过滤光源，在平面面板上产生图象。与传统的阴极射线管（CRT）相比，LCD占用空间小，低功耗，低辐射，无闪烁，降低视觉疲劳。LED为LightEmittingDiode（发光二极管）的缩写，广泛见于日常生活中，如家用电器的指示灯，汽车后防雾灯等。LED显示器也属于液晶显示器的一种，LED液晶技术用LED代替了传统的液晶背光模组。LED的最显著特点是使用寿命长，光电转换效能高。与LCD显示器相比，LED在亮度、功耗、可视角度和刷新速率等方面，都更具优势。.§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.一、晶体管的结构和符号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。中功率管大功率管.晶体管的e、c两极能否对换使用？.二、晶体管的放大原理扩散运动形成发射极电流IE，复合运动形成基极电流IB，漂移运动形成集电极电流IC。少数载流子的运动因发射区多子浓度高使大量电子从发射区扩散到基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基区空穴的扩散共e组态.组态：三极管在电路中是以“双口”网络的形式出现故：必有一个电极被共用，若被共用的电极为e，则称共e组态或共射组态。同理，还有共b组态；共c组态注：组态一般是指三极管在交流通路的形式而言的。.电流分配：IE＝IB＋ICIE－扩散运动形成的电流IB－复合运动形成的电流IC－漂移运动形成的电流穿透电流集电结反向电流直流电流放大系数交流电流放大系数在忽略穿透电流的情况下：可以认为：.例：一般取20~200之间2.31.5共发射极电流放大系数：.共基组态的电流放大系数：定义：直流电流放大系数：交流电流放大系数：a与β的关系：因通常β>>1，故a≈1同理也有：.三、晶体管的共射输入特性和输出特性1.输入特性.为什么UCE增大曲线右移？对于小功率晶体管，UCE大于1V的一条输入特性曲线可以取代UCE大于1V的所有输入特性曲线。为什么像PN结的伏安特性？为什么UCE增大到一定值曲线右移就不明显了？1.输入特性.2输出特性曲线iC=f(uCE)iB=const现以iB=60uA一条加以

说明

关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书

。（1）当uCE=0V时，因集电极无收集作用，iC=0。（2）uCE↑→Ic↑。（3）当uCE＞1V后，收集电子的能力足够强。这时，发射到基区的电子都被集电极收集，形成iC。所以uCE再增加，iC基本保持不变。同理，可作出iB=其他值的曲线。.输出特性曲线可以分为三个区域:饱和区——iC受uCE显著控制的区域，该区域内uCE＜0.7V。此时发射结正偏，集电结也正偏。截止区——iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时，发射结反偏，集电结反偏。放大区——曲线基本平行等距。此时，发射结正偏，集电结反偏。该区中有：饱和区放大区截止区.晶体管的三个工作区域晶体管工作在放大状态时，输出回路的电流iC几乎仅仅决定于输入回路的电流iB，即可将输出回路等效为电流iB控制的电流源iC。补充.如何由管子的静态偏置电位判断管子的极性、种类？先判b、e电极-------找出相差0.7v（si）或0.2v（锗）的两电极，余下电极必为c极；若c极电位高于b、e两极的电位，该管必为NPN型；若c极电位低于b、e两极电位，则该管必为PNP型类型也可由电流方向判定：两入一出—NPN;一入两出---PNP.例题：.判断饱和还是放大：1.电位判别法NPN管UC>UB>UE放大UEUCUB饱和2.电流判别法IB>IBS则饱和IBUGS（off）uGD>IB，即I1≈I2；因此基本不随温度变化。设UBEQ＝UBE＋ΔUBE，若UBQ－UBE>>ΔUBE，则IEQ稳定。.Re的作用T(℃)↑→IC↑→UE↑→UBE↓（UB基本不变）→IB↓→IC↓Re起直流负反馈作用，其值越大，反馈越强，Q点越稳定。关于反馈的一些概念：将输出量通过一定的方式引回输入回路影响输入量的措施称为反馈。直流通路中的反馈称为直流反馈。反馈的结果使输出量的变化减小的称为负反馈，反之称为正反馈。Re有上限值吗？.3.Q点分析分压式电流负反馈工作点稳定电路Rb上静态电压是否可忽略不计？.4.动态分析利?弊?无旁路电容Ce时：如何提高电压放大能力？.三、稳定静态工作点的方法引入直流负反馈温度补偿：利用对温度敏感的元件，在温度变化时直接影响输入回路。例如，Rb1或Rb2采用热敏电阻。它们的温度系数？.讨论一图示两个电路中是否采用了措施来稳定静态工作点？若采用了措施，则是什么措施？.§2.5晶体管放大电路的三种接法一、基本共集放大电路二、基本共基放大电路三、三种接法放大电路的比较.一、基本共集放大电路1.静态分析.2.动态分析：电压放大倍数故称之为射极跟随器.2.动态分析：输入电阻的分析Ri与负载有关！.2.动态分析：输出电阻的分析Ro与信号源内阻有关！3.特点：输入电阻大，输出电阻小；只放大电流，不放大电压；在一定条件下有电压跟随作用！.二、基本共基放大电路1.静态分析.2.动态分析3.特点：输入电阻小，频带宽！只放大电压，不放大电流！.三、三种接法的比较：空载情况下接法共射共集共基Au大小于1大Aiβ1＋βαRi中大小Ro大小大频带窄中宽.讨论一：图示电路为哪种基本接法的放大电路？它们的静态工作点有可能稳定吗？求解静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻的表达式。.电路如图，所有电容对交流信号均可视为短路。1.Q为多少？2.Re有稳定Q点的作用吗？3.电路的交流等效电路？4.V变化时，电压放大倍数如何变化？讨论二.讨论二改变电压放大倍数.§2.6场效应管及其基本放大电路一、场效应管二、场效应管放大电路静态工作点的设置方法三、场效应管放大电路的动态分析.一、场效应管（以N沟道为例）场效应管有三个极：源极（s）、栅极（g）、漏极（d），对应于晶体管的e、b、c；有三个工作区域：截止区、恒流区、可变电阻区，对应于晶体管的截止区、放大区、饱和区。1.结型场效应管导电沟道单极型管∶噪声小、抗辐射能力强、低电压工作.栅-源电压对导电沟道宽度的控制作用沟道最宽uGS可以控制导电沟道的宽度。为什么g-s必须加负电压？UGS（off）.漏-源电压对漏极电流的影响uGS＞UGS（off）且不变，VDD增大，iD增大。预夹断uGD＝UGS（off）VDD的增大，几乎全部用来克服沟道的电阻，iD几乎不变，进入恒流区，iD几乎仅仅决定于uGS。场效应管工作在恒流区的条件是什么？uGD>UGS（off）uGD>IB，即I1≈I2；因此基本不随温度变化。.Re的作用T(℃)↑→IC↑→UE↑→UBE↓（UB基本不变）→IB↓→IC↓Re起直流负反馈作用，其值越大，反馈越强，Q点越稳定。关于反馈的一些概念：将输出量通过一定的方式引回输入回路影响输入量的措施称为反馈。直流通路中的反馈称为直流反馈。反馈的结果使输出量的变化减小的称为负反馈，反之称为正反馈。Re有上限值吗？.3.Q点分析分压式电流负反馈工作点稳定电路Rb上静态电压是否可忽略不计？.4.动态分析利?弊?无旁路电容Ce时：如何提高电压放大能力？.三、稳定静态工作点的方法引入直流负反馈温度补偿：利用对温度敏感的元件，在温度变化时直接影响输入回路。例如，Rb1(-)或Rb2(+)采用热敏电阻。它们的温度系数？.讨论一图示两个电路中是否采用了措施来稳定静态工作点？若采用了措施，则是什么措施？.§2.5晶体管放大电路的三种接法一、基本共集放大电路二、基本共基放大电路三、三种接法放大电路的比较.一、基本共集放大电路1.静态分析.2.动态分析：电压放大倍数故称之为射极跟随器.2.动态分析：输入电阻的分析Ri与负载有关！.2.动态分析：输出电阻的分析Ro与信号源内阻有关！3.特点：输入电阻大，输出电阻小；只放大电流，不放大电压；在一定条件下有电压跟随作用！.(2-*)例：已知射极输出器的参数如下：RB=570k，RE=5.6k，RL=5.6k，=100，EC=12V求Au、ri和ro;设：RS=1k，求：Aus、ri和ro;3.RL=1k时，求Au。.(2-*)RB=570k，RE=5.6k，RL=5.6k，=100，EC=12V.RB=570k，RE=5.6k，RL=5.6k，=100，EC=12V1.求Au、ri和ro。rbe=2.9k，RS=0.2.设：RS=1k，求：Aus、ri和roRB=570k，RE=5.6k，RL=5.6k，=100，EC=12Vrbe=2.9k，RS=1k.(2-*)RL=1k时3.RL=1k和时，求Au。比较：空载时,Au=0.995RL=5.6k时,Au=0.990RL=1k时,Au=0.967RL=时可见：射极输出器带负载能力强。.所谓带负载能力强，是指当负载变化时，放大倍数基本不变。.(2-*)射极输出器的使用1.将射极输出器放在电路的首级，可以提高输入电阻。2.将射极输出器放在电路的末级，可以降低输出电阻，提高带负载能。3.将射极输出器放在电路的两级之间，可以起到电路的匹配作用。.二、基本共基放大电路1.静态分析.2.动态分析3.特点：输入电阻小，频带宽！只放大电压，不放大电流！.三、三种接法的比较：空载情况下接法共射共集共基Au大小于1大Aiβ1＋βαRi中大小Ro大小大频带窄中宽.讨论一：图示电路为哪种基本接法的放大电路