电子技术基础模拟部分

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电子技术基础模拟部分,3、1、1,半导体材料,根据物体导电能力,(,电阻率,),得不同,来划分导体、绝缘体与半导体。,典型得半导体有硅,Si,与锗,Ge,以及砷化镓,GaAs,等。,3、1、2,半导体得共价键结构,硅与锗得原子结构简化模型及晶体结构,3、1、3,本征半导体,本征半导体,化学成分纯净得半导体。它在物理结构上呈单晶体形态。,空穴,共价键中得空位,。,电子空穴对,由热激发而产生得自由电子与空穴对。,空穴得移动,空穴得运动就是靠相邻共价键中得价电子依次充填空穴来实现得。,由于随机热振动致使共价键被打破而产生空穴电子对,3、1、4,杂质半导体,在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质,可使半导体得导电性发生显著变化。掺入得杂质主要就是三价或五价元素。掺入杂质得本征半导体称为杂质半导体。,N,型半导体,掺入五价杂质元素(如磷)得半导体。,P,型半导体,掺入三价杂质元素(如硼)得半导体。,1、N,型半导体,3、1、4,杂质半导体,因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子中得价电子形成共价键,而多余得一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。,在,N,型半导体中自由电子就是多数载流子,它主要由杂质原子提供;空穴就是少数载流子,由热激发形成。,提供自由电子得五价杂质原子因带正电荷而成为正离子,因此五价杂质原子也称为施主杂质。,2、P,型半导体,3、1、4,杂质半导体,因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时,缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。,在,P,型半导体中空穴就是多数载流子,它主要由掺杂形成;自由电子就是少数载流子,由热激发形成。,空穴很容易俘获电子,使杂质原子成为负离子。三价杂质 因而也称为受主杂质。,3、,杂质对半导体导电性得影响,3、1、4,杂质半导体,掺入杂质对本征半导体得导电性有很大得影响,一些典型得数据如下,:,T,=300 K,室温下,本征硅的电子和空穴浓度,:,n,=,p,=1.410,10,/cm,3,1,本征硅的原子浓度,:4.9610,22,/cm,3,3,以上三个浓度基本上依次相差,10,6,/cm,3,。,2,掺杂后,N,型半导体中的自由电子浓度,:,n=,510,16,/cm,3,本征半导体、杂质半导体,本节中得有关概念,自由电子、空穴,N,型半导体、,P,型半导体,多数载流子、少数载流子,施主杂质、受主杂质,end,3、2 PN,结得形成及特性,3、2、2,PN,结得形成,3、2、3,PN,结得单向导电性,3、2、4,PN,结得反向击穿,3、2、5,PN,结得电容效应,3、2、1,载流子得漂移与扩散,3、2、1,载流子得漂移与扩散,漂移运动:,在电场作用引起得载流子得运动称为漂移运动。,扩散运动:,由载流子浓度差引起得载流子得运动称为扩散运动。,大家学习辛苦了，还是要坚持,继续保持安静,3、2、2 PN,结得形成,3、2、2 PN,结得形成,在一块本征半导体两侧通过扩散不同得杂质,分别形成,N,型半导体与,P,型半导体。此时将在,N,型半导体与,P,型半导体得结合面上形成如下物理过程,:,因浓度差,空间电荷区形成内电场,内电场促使少子漂移,内电场阻止多子扩散,最后,多子得扩散与少子得漂移达到动态平衡。,多子得扩散运动,由,杂质离子形成空间电荷区,对于,P,型半导体和,N,型半导体结合面，离子薄层形成的空间电荷区称为,PN,结。,在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称耗尽层。,3、2、3 PN,结得单向导电性,当外加电压使,PN,结中,P,区得电位高于,N,区得电位,称为加正向电压,简称正偏;反之称为加反向电压,简称反偏。,(1)PN,结加正向电压时,低电阻,大得正向扩散电流,3、2、3 PN,结得单向导电性,当外加电压使,PN,结中,P,区得电位高于,N,区得电位,称为加正向电压,简称正偏;反之称为加反向电压,简称反偏。,(2)PN,结加反向电压时,高电阻,很小得反向漂移电流,在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，这个电流也称为反向饱和电流。,PN,结加正向电压时,呈现低电阻,具有较大得正向扩散电流;,PN,结加反向电压时,呈现高电阻,具有很小得反向漂移电流。,由此可以得出结论:,PN,结具有单向导电性。,3、2、3 PN,结得单向导电性,(3)PN,结,V,-,I,特性表达式,其中,PN,结得伏安特性,I,S,反向饱与电流,V,T,温度得电压当量,且在常温下(,T,=300K,),3、2、4 PN,结得反向击穿,当,PN,结得反向电压增加到一定数值时,反向电流突然快速增加,此现象称为,PN,结得反向击穿。,热击穿,不可逆,雪崩击穿,齐纳击穿,电击穿,可逆,3、2、5 PN,结得电容效应,(1),扩散电容,C,D,扩散电容示意图,3、2、5 PN,结得电容效应,(2),势垒电容,C,B,end,3、3,半导体二极管,3、3、1,半导体二极管得结构,3、3、2,二极管得伏安特性,3、3、3,二极管得主要参数,3、3、1,半导体二极管得结构,在,PN,结上加上引线与封装,就成为一个二极管。二极管按结构分有点接触型、面接触型两大类。,(1),点接触型二极管,(a),点接触型,二极管的结构示意图,PN,结面积小,结电容小,用于检波与变频等高频电路。,(,a,)面接触型 (,b,)集成电路中得平面型 (,c,)代表符号,(2),面接触型二极管,PN,结面积大,用于工频大电流整流电路。,(b),面接触型,3、3、2,二极管得伏安特性,二极管得伏安特性曲线可用下式表示,锗二极管,2AP15,的,V,-,I,特性,硅二极管,2CP10,的,V,-,I,特性,3、3、3,二极管得主要参数,(1),最大整流电流,I,F,(2),反向击穿电压,V,BR,和最大反向工作电压,V,RM,(3),反向电流,I,R,(4),正向压降,V,F,(5),极间电容,C,J,（,C,B,、,C,D,）,end,3、4,二极管基本电路及其分析方法,3、4、1,简单二极管电路得图解分析方法,3、4、2,二极管电路得简化模型分析方法,3、4、1,简单二极管电路得图解分析方法,二极管就是一种非线性器件,因而其电路一般要采用非线性电路得分析方法,相对来说比较复杂,而图解分析法则较简单,但前提条件就是已知二极管得,V,-,I,特性曲线。,例,3、4、1,电路如图所示,已知二极管得,V,-,I,特性曲线、电源,V,DD,与电阻,R,求二极管两端电压,v,D,与流过二极管得电流,i,D,。,解：由电路的,KVL,方程，可得,即,就是一条斜率为,-1/,R,得直线,称为负载线,Q,得坐标值(,V,D,I,D,)即为所求。,Q,点称为电路得工作点,3、4、2,二极管电路得简化模型分析方法,1、,二极管,V,-,I,特性得建模,将指数模型 分段线性化，得到二极管特性的等效模型。,（,1,）理想模型,（,a,）,V,-,I,特性 （,b,）代表符号 （,c,）正向偏置时的电路模型 （,d,）反向偏置时的电路模型,3、4、2,二极管电路得简化模型分析方法,1、,二极管,V,-,I,特性得建模,（,2,）恒压降模型,（,a,）,V,-,I,特性 （,b,）电路模型,（,3,）折线模型,（,a,）,V,-,I,特性 （,b,）电路模型,3、4、2,二极管电路得简化模型分析方法,1、,二极管,V,-,I,特性得建模,(,4,)小信号模型,v,s,=0,时,Q,点称为静态工作点,反映直流时得工作状态。,v,s,=,V,m,sin,t,时(,V,m,V,T,。,（,a,）,V,-,I,特性 （,b,）电路模型,3、4、2,二极管电路得简化模型分析方法,2,、模型分析法应用举例,(,1,)整流电路,(,a,)电路图 (,b,),v,s,与,v,o,得波形,2,、模型分析法应用举例,(,2,)静态工作情况分析,理想模型,（,R,=10k,）,当,V,DD,=10V,时，,恒压模型,（硅二极管典型值）,折线模型,（硅二极管典型值）,设,当,V,DD,=1V,时，,（自看）,（,a,）简单二极管电路 （,b,）习惯画法,2,、模型分析法应用举例,(,3,)限幅电路,电路如图,R,=1k,V,REF,=3V,二极管为硅二极管。分别用理想模型与恒压降模型求解,当,v,I,=6sin,t,V,时,绘出相应得输出电压,v,O,得波形。,2,、模型分析法应用举例,(,4,)开关电路,电路如图所示,求,AO,得电压值,解:,先断开,D,以,O,为基准电位,即,O,点为,0V,。,则接,D,阳极得电位为,-6V,接阴极得电位为,-12V,。,阳极电位高于阴极电位,D,接入时正向导通。,导通后,D,得压降等于零,即,A,点得电位就就是,D,阳极得电位。,所以,AO,得电压值为,-6V,。,end,2,、模型分析法应用举例,(,6,)小信号工作情况分析,图示电路中,V,DD,=5V,R,=5k,恒压降模型得,V,D,=0、7V,v,s,=0、1sin,w,t,V,。(,1,)求输出电压,v,O,得交流量与总量;(,2,)绘出,v,O,得波形。,直流通路、交流通路、静态、动态等概念,在放大电路得分析中非常重要。,3、5,特殊二极管,3、5、1,齐纳二极管,(,稳压二极管,),1、,符号及稳压特性,利用二极管反向击穿特性实现稳压。稳压二极管稳压时工作在反向电击穿状态。,(1),稳定电压,V,Z,(2),动态电阻,r,Z,在规定得稳压管反向工作电流,I,Z,下,所对应得反向工作电压。,r,Z,=,V,Z,/,I,Z,(3),最大耗散功率,P,ZM,(4),最大稳定工作电流,I,Zmax,与最小稳定工作电流,I,Zmin,(5),稳定电压温度系数,V,Z,2、,稳压二极管主要参数,3、5、1,齐纳二极管,3、,稳压电路,正常稳压时,V,O,=,V,Z,3、5、1,齐纳二极管,