模拟电子技术基础课件

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,*,第一章常用半导体器件,赣南师范学院物电学院电工电子教研室模拟电路多媒体课件,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,*,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,*,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,*,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,*,多媒体,教,教学课,件,件,模拟电,子,子技术,基,基础,FundamentalsofAnalogElectronics,童诗白,、,、华成,英,英,主,主编,第四版,童,童诗白,1,1.,本课程,的,的性质,电子技,术,术基础,课,课,2.,特点,非纯理,论,论性课,程,程,实践性,很,很强,以工程,实,实践的,观,观点来,处,处理电,路,路中的,一,一些问,题,题,3.,研究内,容,容,以器件,为,为基础,、,、以电,信,信号为,主,主线，,研,研究各,种,种模拟,电,电子电,路,路的工,作,作原理,、,、特点,及,及性能,指,指标等,。,。,4.,教学目,标,标,能够对,一,一般性,的,的、常,用,用的模,拟,拟电子,电,电路进,行,行分析,，,，同时,对,对较简,单,单的单,元,元电路,进,进行设,计,计。,导,言,言,第四版,童,童诗白,2,5.,学习方,法,法,重点掌,握,握基本,概,概念；,基,基本电,路,路的结,构,构、性,能,能特点,；,；基本,分,分析估,算,算方法,。,。,6.,课时及,成,成绩评,定,定标准,课时：,80,学时,=64(,理论）,+16,（实验,）,）,平时,10%+,实验,30%+,卷面,60%,7.,教学参,考,考书,康华光,主,主编，,电子技,术,术基础,模拟部,分,分,第,第三版,，,，高教,出,出版社,陈大钦,主,主编，,模拟电,子,子技术,基,基础问,答,答：例,题,题,试题,，,华科大,出,出版社,陈,洁,洁主编,，,，,EDA,软件仿,真,真技术,快,快速入,门,门,-,Protel99SE+Multisim10+Proteus7,中国电,力,力出版,社,社,导,言,言,第四版,童,童诗白,3,目录,1,常用半导体器件,（,10,学时）,2,基本放大电路,（,8,学时）,3,多级放大电路,4,集成运算放大电路,（,4,学时）,5,放大电路的频率响应,（,6,学时）,6,放大电路中的反馈,（,6,学时）,7,信号的运算和处理,（,6,学时）,8,波形的发生和信号的转换,（,6,学时）,9,功率放大电路,（,4,学时）,10,直流稳压电源,（,8,学时）,第四版,童,童诗白,（,6,学时）,4,第四版,童,童诗白,电子技,术,术,:,通常我,们,们把由,电,电阻、,电,电容、,三,三极管,、,、二极,管,管、集,成,成电路,等,等电子,元,元器件,组,组成并,具,具有一,定,定功能,的,的电路,称,称为电,子,子电路,，,，简称,为,为电路,。,。,一个完,整,整的电,子,子电路,系,系统通,常,常由若,干,干个功,能,能电路,组,组成，,功,功能电,路,路主要,有,有：放,大,大器、,滤,滤波器,、,、信号,源,源、波,形,形发生,电,电路、,数,数字逻,辑,辑电路,、,、数字,存,存储器,、,、电源,、,、模拟,/,数字转,换,换器等,。,。,电子技,术,术就是,研,研究,电子器,件,件,及,电路系,统,统,设计、,分,分析及,制,制造的,工,工程实,用,用技术,。,。目前,电,电子技,术,术主要,由,由,模拟电,子,子技术,和,数字电,子,子技术,两部分,组,组成。,在电子,技,技术迅,猛,猛发展,的,的今天,，,，电子,电,电路的,应,应用在,日,日常生,活,活中无,处,处不在,，,，小到,门,门铃、,收,收音机,、,、,DVD,播放机,、,、电话,机,机等，,大,大到全,球,球定位,系,系统,GPS,（,GlobalPositioningSystems,）、雷,达,达、导,航,航系统,等,等。,5,第四版,童,童诗白,模拟电,子,子技术,：,：,模拟电,子,子技术,主,主要研,究,究处理,模,模拟信,号,号的电,子,子电路,。,。,模拟信,号,号就是,幅,幅度连,续,续的信,号,号，如,温,温度、,压,压力、,流,流量等,。,。,数字电,子,子技术,主,主要研,究,究处理,数,数字信,号,号的电,子,子电路,。,。,数字信,号,号通常,是,是指时,间,间和幅,度,度均离,散,散的信,号,号，如,电,电报信,号,号、计,算,算机数,据,据信号,等,等等。,时间,时间,幅度,幅度,T,2,T,3,T,4,T5T6T,数字电,子,子技术,：,：,6,第四版,童,童诗白,第一章,常,常用,半,半导体,器,器件,1.1,半导,体,体基,础,础知,识,识,1.2,半导,体,体二,极,极管,1.3,双极,型,型晶,体,体管,1.4,场效,应,应管,1.5,单结,晶,晶体,管,管和,晶,晶闸,管,管,1.6,集成,电,电路,中,中的,元,元件,7,本章,讨,讨论,的,的问,题,题：,2.,空穴,是,是一,种,种载,流,流子,吗,吗？,空,空穴,导,导电,时,时电,子,子运,动,动吗,？,？,3.,什么,是,是,N,型半,导,导体,？,？什,么,么是,P,型半,导,导体,？,？,当二,种,种半,导,导体,制,制作,在,在一,起,起时,会,会产,生,生什,么,么现,象,象？,4.PN,结上,所,所加,端,端电,压,压与,电,电流,符,符合,欧,欧姆,定,定律,吗,吗？,它,它为,什,什么,具,具有,单,单向,性,性？,在,在,PN,结中,另,另反,向,向电,压,压时,真,真的,没,没有,电,电流,吗,吗？,5.,晶体,管,管是,通,通过,什,什么,方,方式,来,来控,制,制集,电,电极,电,电流,的,的？,场,场效,应,应,管,管是,通,通过,什,什么,方,方式,来,来控,制,制漏,极,极电,流,流的,？,？为,什,什么,它,它,们,们都,可,可以,用,用于,放,放大,？,？,1.,为什,么,么采,用,用半,导,导体,材,材料,制,制作,电,电子,器,器件,？,？,第四,版,版童,诗,诗白,8,1.1,半导,体,体的,基,基础,知,知识,1.1.1,本征,半,半导,体,体,纯净,的,的具,有,有晶,体,体结,构,构的,半,半导,体,体,导体,：,：自然,界,界中,很,很容,易,易导,电,电的,物,物质,称,称为导体，金,属,属一,般,般都,是,是导,体,体。,绝缘,体,体：有的,物,物质,几,几乎,不,不导,电,电，,称,称为绝缘,体,体，如,橡,橡皮,、,、陶,瓷,瓷、,塑,塑料,和,和石,英,英。,半导,体,体：另有,一,一类,物,物质,的,的导,电,电特,性,性处,于,于导,体,体和,绝,绝缘,体,体之,间,间，,称,称为半导,体,体，如,锗,锗、,硅,硅、,砷,砷化,镓,镓和,一,一些,硫,硫化,物,物、,氧,氧化,物,物等,。,。,一、,导体,、,、半,导,导体,和,和绝,缘,缘体,第四,版,版童,诗,诗白,9,半导,体,体的导,电,电机,理,理不,同,同于,其,其它,物,物质,，,，所,以,以它,具,具有,不,不同,于,于其,它,它物,质,质的,特,特点,。,。例,如,如：,当受,外,外界,热,热和,光,光的,作,作用,时,时，,它的,导,导电,能,能力,明,明显,变,变化,。,。,往纯,净,净的,半,半导,体,体中,掺,掺入,某,某些,杂,杂质,，,，会,使,使它,的,的导,电,电能,力,力明,显,显改,变,变。,光敏器件,二极管,第四,版,版童,诗,诗白,10,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,完全,纯,纯净,的,的、,不,不含,其,其他,杂,杂质,且,且具,有,有晶,体,体结,构,构的,半,半导,体,称,称,为,为本,征,征半,导,导体,将硅,或,或锗,材,材料,提,提纯,便,便形,成,成单,晶,晶体,，,，它,的,的原,子,子结,构,构为,共,共价,键,键结,构,构。,价电子,共价键,图,1.1.1,本征半导,体,体结构示,意,意图,二、本征,半,半导体的,晶,晶体结构,当温度,T,= 0K,时，半导,体,体不导电,，,，如同绝,缘,缘体。,第四版童,诗,诗白,第四版童,诗,诗白,11,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,图,1.1.2,本征半导,体,体中的,自由电子,和,和空穴,自由电子,空穴,若,T,，将有少,数,数价电子,克,克服共价,键,键的束缚,成,成为自由电子，在原来,的,的共价键,中,中留下一,个,个空位,空穴。,T,自由电子和空穴使本征半导,体,体具有导,电,电能力，,但,但很微弱,。,。,空穴可看,成,成带正电,的,的载流子,。,。,三、本征,半,半导体中,的,的两种载,流,流子,（动画,1-1,）,（动画,1-2,）,第四版童,诗,诗白,12,四、,本征半导,体,体中载流,子,子的浓度,在一定温,度,度下,本征半导,体,体中,载流子的,浓,浓度是一,定,定的，并,且,且自由电,子,子与空穴,的,的浓度相,等,等。,本征半导,体,体中,载流子的,浓,浓度公式,：,：,T,=300K,室温下,本征硅的,电,电子和空,穴,穴浓度,:,n,=,p,=1.4310,10,/cm,3,本征锗的,电,电子和空,穴,穴浓度,:,n,=,p,=2.3810,13,/cm,3,n,i,=p,i,=K,1,T,3/2,e,-E,GO,/,(2KT),本征激发,复合,动态平衡,第四版童,诗,诗白,13,1.,半导体中,两,两种载流,子,子,带负电的,自由电子,带正电的,空穴,2.,本征半导,体,体中，自,由,由电子和,空,空穴总是,成,成对出现,，,，,称为电子,-,空穴对。,3.,本征半导,体,体中自由电子和空穴的浓度用,n,i,和,p,i,表示，显,然,然,n,i,=,p,i,。,4.,由于物质,的,的运动，,自,自由电子,和,和空穴不,断,断的产生,又,又,不,不断的复,合,合。在一定的,温,温度下，,产,产生与复,合,合运动,会,会达,到,到平衡，,载,载流子的,浓,浓度就一,定,定了。,5.,载流子的,浓,浓度与温,度,度密切相,关,关，它随,着,着温度的,升,升,高,，,，,基,基,本,本,按,按,指,指,数,数,规,规,律,律,增,增,加,加,。,。,小,结,结,：,：,第,四,四,版,版,童,童,诗,诗,白,白,14,1.1.2,杂,质,质,半,半,导,导,体,体,杂,质,质,半,半,导,导,体,体,有,有,两,两,种,种,N,型,半,半,导,导,体,体,P,型,半,半,导,导,体,体,一,、,、,N,型,半,半,导,导,体,体,(Negative),在,硅,硅,或,或,锗,锗,的,的,晶,晶,体,体,中,中,掺,掺,入,入,少,少,量,量,的,的,5,价杂,质,质,元,元,素,素,，,，,如,如,磷,磷,、,、,锑,锑,、,、,砷,砷,等,等,，,，,即,即,构,构,成,成,N,型,半,半,导,导,体,体,(,或,称,称,电,电,子,子,型,型,半,半,导,导,体,体,),。,常,用,用,的,的,5,价,杂,杂,质,质,元,元,素,素,有,有,磷,磷,、,、,锑,锑,、,、,砷,砷,等,等,。,。,第,四,四,版,版,童,童,诗,诗,白,白,15,本,征,征,半,半,导,导,体,体,掺,掺,入,入,5,价,元,元,素,素,后,后,，,，,原,原,来,来,晶,晶,体,体,中,中,的,的,某,某,些,些,硅,硅,原,原,子,子,将,将,被,被,杂,杂,质,质,原,原,子,子,代,代,替,替,。,。,杂,杂,质,质,原,原,子,子,最,最,外,外,层,层,有,有,5,个,价,价,电,电,子,子,，,，,其,其,中,中,4,个,与,与,硅,硅,构,构,成,成,共,共,价,价,键,键,，,，,多,多,余,余,一,一,个,个,电,电,子,子,只,只,受,受,自,自,身,身,原,原,子,子,核,核,吸,吸,引,引,，,，,在,在,室,室,温,温,下,下,即,即,可,可,成,成,为,为,自,自,由,由,电,电,子,子,。,。,自,由,由,电,电,子,子,浓,浓,度,度,远,远,大,大,于,于,空,空,穴,穴,的,的,浓,浓,度,度,，,，,即,即,n,p,。,电,子,子,称,称,为,为,多,多,数,数,载,载,流,流,子,子,(,简,称,称,多,多,子,子,),，,空,穴,穴,称,称,为,为,少,少,数,数,载,载,流,流,子,子,(,简,称,称,少,少,子,子,),。,5,价,杂,杂,质,质,原,原,子,子,称,称,为,为施,主,主,原,原,子,子,。,。,第,四,四,版,版,童,童,诗,诗,白,白,16,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+5,自由电子,施主原子,图,1.1.3,N,型半导体,第,四,四,版,版,童,童,诗,诗,白,白,17,二,、,、,P,型,半,半,导,导,体,体,在,硅,硅,或,或,锗,锗,的,的,晶,晶,体,体,中,中,掺,掺,入,入,少,少,量,量,的,的,3,价杂,质,质,元,元,素,素,，,，,如,如,硼,硼,、,、,镓,镓,、,、,铟,铟,等,等,，,，,即,即,构,构,成,成,P,型,半,半,导,导,体,体。,空,穴,穴,浓,浓,度,度,多,多,于,于,电,电,子,子,浓,浓,度,度,，,，,即,即,p,n,。空,穴,穴,为,为,多,多,数,数,载,载,流,流,子,子，,电,电,子,子,为,为,少,少,数,数,载,载,流,流,子,子,。,。,3,价,杂,杂,质,质,原,原,子,子,称,称,为,为受,主,主,原,原,子,子,。,。,第,四,四,版,版,童,童,诗,诗,白,白,18,图,1.1.4P,型,半,半,导,导,体,体,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+3,受,主,主,原,原,子,子,空,穴,穴,第,四,四,版,版,童,童,诗,诗,白,白,19,说,明,明,：,：,1.,掺,入,入,杂,杂,质,质,的,的,浓,浓,度,度,决,决,定,定,多,多,数,数,载,载,流,流,子,子,浓,浓,度,度,；,；,温,温,度,度,决,决,定,定,少,少,数,数,载,载,流,流,子,子,的,的,浓,浓,度,度,。,。,3.,杂,质,质,半,半,导,导,体,体,总,总,体,体,上,上,保,保,持,持,电,电,中,中,性,性,。,。,4.,杂,质,质,半,半,导,导,体,体,的,的,表,表,示,示,方,方,法,法,如,如,下,下,图,图,所,所,示,示,。,。,2.,杂,质,质,半,半,导,导,体,体载,流,流,子,子,的,的,数,数,目,目要,远,远,远,远,高,高,于,于,本,本,征,征,半,半,导,导,体,体,，,，,因,因,而,而,其,其,导,导,电,电,能,能,力,力,大,大,大,大,改,改,善,善,。,。,(,a,),N,型,半,半,导,导,体,体,(,b,),P,型,半,半,导,导,体,体,图,杂,杂,质,质,半,半,导,导,体,体,的,的,的,的,简,简,化,化,表,表,示,示,法,法,第,四,四,版,版,童,童,诗,诗,白,白,20,在,一,一,块,块,半,半,导,导,体,体,单,单,晶,晶,上,上,一,一,侧,侧,掺,掺,杂,杂,成,成,为,为,P,型,半,半,导,导,体,体,，,，,另,另,一,一,侧,侧,掺,掺,杂,杂,成,成,为,为,N,型,半,半,导,导,体,体,，,，,两,两,个,个,区,区,域,域,的,的,交,交,界,界,处,处,就,就,形,形,成,成,了,了,一,一,个,个,特,特,殊,殊,的,的,薄,薄,层,层,，,，称,为,为,PN,结。,P,N,PN,结,图,PN,结,的,的,形,形,成,成,一,、,、,PN,结,的,的,形,形,成,成,1.1.3PN,结,第,四,四,版,版,童,童,诗,诗,白,白,21,PN,结,中,中,载,载,流,流,子,子,的,的,运,运,动,动,耗,尽,尽,层,层,空间电荷区,P,N,1.,扩,散,散,运,运,动,动,2.,扩,散,散,运,运,动,动,形,形,成,成,空,空,间,间,电,电,荷,荷,区,区,电,子,子,和,和,空,空,穴,穴,浓,浓,度,度,差,差,形,形,成,成多,数,数,载,载,流,流,子,子,的,的,扩,扩,散,散,运,运,动,动,。,。,PN,结,，,，,耗,耗,尽,尽,层,层,。,。,P,N,（,动,画,画,1-3,）,第,四,四,版,版,童,童,诗,诗,白,白,22,3.,空,间,间,电,电,荷,荷,区,区,产,产,生,生,内,内,电,电,场,场,P,N,空间电荷区,内电场,U,ho,空,间,间,电,电,荷,荷,区,区,正,正,负,负,离,离,子,子,之,之,间,间,电,电,位,位,差,差,U,ho,电,位,位,壁,壁,垒,垒；,内,电,电,场,场；,内,内,电,电,场,场,阻,阻,止,止,多,多,子,子,的,的,扩,扩,散,散,阻,挡,挡,层,层。,4.,漂,移,移,运,运,动,动,内,电,电,场,场,有,有,利,利,于,于,少,少,子,子,运,运,动,动,漂,移,移,。,。,少,子,子,的,的,运,运,动,动,与,与,多,多,子,子,运,运,动,动,方,方,向,向,相,相,反,反,阻挡层,第,四,四,版,版,童,童,诗,诗,白,白,23,5.,扩,散,散,与,与,漂,漂,移,移,的,的,动,动,态,态,平,平,衡,衡,扩,散,散,运,运,动,动,使,使,空,空,间,间,电,电,荷,荷,区,区,增,增,大,大,，,，,扩,扩,散,散,电,电,流,流,逐,逐,渐,渐,减,减,小,小,；,；,随,着,着,内,内,电,电,场,场,的,的,增,增,强,强,，,，,漂,漂,移,移,运,运,动,动,逐,逐,渐,渐,增,增,加,加,；,；,当,扩,扩,散,散,电,电,流,流,与,与,漂,漂,移,移,电,电,流,流,相,相,等,等,时,时,，,，,PN,结,总,总,的,的,电,电,流,流,等,等,于,于,零,零,，,，,空,空,间,间,电,电,荷,荷,区,区,的,的,宽,宽,度,度,达,达,到,到,稳,稳,定,定,。,。,对,称,称,结,结,即扩,散,散,运,运,动,动,与,与,漂,漂,移,移,运,运,动,动,达,达,到,到,动,动,态,态,平,平,衡,衡,。,。,P,N,不对称结,第四版童诗,白,白,24,二、,PN,结的单向导,电,电性,1.PN,结外加正向电,压,压时处于导,通,通状态,又称正向偏,置,置，简称正,偏,偏。,外电场方向,内电场方向,耗尽层,V,R,I,空间电荷区变窄，有利于扩散运动，电路中有较大的正向电流。,图,1.1.6,P,N,什么是,PN,结的单向导电性？,有什么作用？,第四版童诗,白,白,25,在,PN,结加上一个,很,很小的正向,电,电压，即可,得,得到较大的,正,正向电流，,为,为防止电流,过,过大，可接,入,入电阻,R,。,2.PN,结外加反向电,压,压时处于截,止,止状态,(,反偏,),反向接法时,，,，外电场与,内,内电场的方,向,向一致，增,强,强了内电场,的,的作用；,外电场使空,间,间电荷区变,宽,宽；,不利于扩散,运,运动，有利,于,于漂移运动,，,，漂移电流,大,大于扩散电,流,流，电路中,产,产生反向电,流,流,I,；,由于少数载,流,流子浓度很,低,低，反向电,流,流数值非常,小,小。,第四版童诗,白,白,26,耗尽层,图,1.1.7PN,结加反相电,压,压时截止,反向电流又,称,称反向饱和电,流,流。对温度十分,敏,敏感，,随着温度升,高,高，,I,S,将急剧增大。,P,N,外电场方向,内电场方向,V,R,I,S,第四版童诗,白,白,27,当,PN,结正向偏置,时,时，回路中,将,将产生一个,较,较大的正向,电,电流，,PN,结处于导通状态；,当,PN,结反向偏置,时,时，回路中,反,反向电流非,常,常小，几乎,等,等于零，,PN,结处于截止状态。,（动画,1-4,）,（动画,1-5,）,综上所述：,可见，,PN,结具有单向导电性。,第四版童诗,白,白,28,I,S,：反向饱和,电,电流,U,T,：温度的电,压,压当量,在常温,(,300 K,),下，,U,T,26 mV,三、,PN,结的电流方,程,程,PN,结所加端电,压,压,u,与流过的电,流,流,i,的关系为,公式推导过,程,程略,第四版童诗,白,白,29,四、,PN,结的伏安特,性,性,i,=,f,(,u,),之间的关系,曲,曲线。,60,40,20, 0.002, 0.004,0,0.5,1.0,25,50,i,/ mA,u,/ V,正向特性,死区电压,击穿电压,U,(BR),反向特性,图,1.1.10PN,结的伏安特,性,性,反向击穿,齐纳击穿,雪崩击穿,第四版童诗,白,白,30,五、,PN,结的电容效,应,应,当,PN,上的电压发,生,生变化时，,PN,结中储存的,电,电荷量将随,之,之发生变化,，,，使,PN,结具有电容,效,效应。,电容效应包,括,括两部分,势垒电容,扩散电容,1.,势垒电容,C,b,是由,PN,结的空间电,荷,荷区变化形,成,成的。,(,a,),PN,结加正向电,压,压,（,b,),PN,结加反向电,压,压,-,N,空间,电荷区,P,V,R,I,+,U,N,空间,电荷区,P,R,I,+,-,U,V,第四版童诗,白,白,31,空间电荷区,的,的正负离子,数,数目发生变,化,化，如同电,容,容的放电和,充,充电过程。,势垒电容的,大,大小可用下,式,式表示：,由于,PN,结宽度,l,随外加电压,u,而变化，因,此,此势垒电容,C,b,不是一个常,数,数。其,C,b,=,f,(,U,),曲线如图示,。,。,：半导体材,料,料的介电比,系,系数；,S,：结面积；,l,：耗尽层宽,度,度。,O,u,C,b,图,1.1.11,（,b),第四版童诗,白,白,32,2.,扩散电容,C,d,Q,是由多数载,流,流子在扩散,过,过程中积累,而,而引起的。,在某个正向,电,电压下，,P,区中的电子,浓,浓度,n,p,(,或,N,区的空穴浓,度,度,p,n,),分布曲线如,图,图中曲线,1,所示。,x,= 0,处为,P,与 耗尽层,的,的交界处,当电,压,压加,大,大，,n,p,(,或,p,n,),会升,高,高，,如,如曲,线,线,2,所示,(,反之,浓,浓度,会,会降,低,低,),。,O,x,n,P,Q,1,2,Q,当加,反,反向,电,电压,时,时，,扩,扩散,运,运动,被,被削,弱,弱，,扩,扩散,电,电容,的,的作,用,用可,忽,忽略,。,。,Q,正向,电,电压,变,变化,时,时，,变,变化,载,载流,子,子积,累,累电,荷,荷量,发,发生,变,变化,，,，相,当,当于,电,电容,器,器充,电,电和,放,放电,的,的过,程,程,扩散,电,电容,效,效应,。,。,图,1.1.12,P,N,PN,结,第四,版,版童,诗,诗白,33,综上,所,所述,：,：,PN,结总,的,的结,电,电容,C,j,包括,势,势垒,电,电容,C,b,和扩,散,散电,容,容,C,d,两部,分,分。,C,b,和,C,d,值都,很,很小,，,，通,常,常为,几,几个,皮,皮法,几十,皮,皮法,，,，,有,有,些,些结,面,面积,大,大的,二,二极,管,管可,达,达几,百,百皮,法,法。,当反,向,向偏,置,置时,，,，势,垒,垒电,容,容起,主,主要,作,作用,，,，可,以,以认,为,为,C,j,C,b,。,一般,来,来说,，,，当,二,二极,管,管正,向,向偏,置,置时,，,，扩,散,散电,容,容起,主,主要,作,作用,，,，即,可,可以,认,认为,C,j,C,d,；,在信,号,号频,率,率较,高,高时,，,，须,考,考虑,结,结电,容,容的,作,作用,。,。,第四,版,版童,诗,诗白,34,1.2,半导,体,体二,极,极管,在,PN,结上,加,加上,引,引线,和,和封,装,装，,就,就成,为,为一,个,个二,极,极管,。,。,二极,管,管按,结,结构,分,分有点接,触,触型,、,、面,接,接触,型,型和,平,平面,型,型,图,1.2.1,二极,管,管的,几,几种,外形,第四,版,版童,诗,诗白,35,1,点接,触,触型,二,二极,管,管,(a),点接触型,二极管的结构示意图,1.2.1,半导,体,体二,极,极管,的,的几,种,种常,见,见结,构,构,PN,结面,积,积小,，,，结,电,电容,小,小，,用,用于,检,检波,和,和变,频,频等,高,高频,电,电路,。,。,第四,版,版童,诗,诗白,36,3,平面,型,型二,极,极管,往往,用,用于,集,集成,电,电路,制,制造,工,工艺,中,中。,PN,结面,积,积可,大,大可,小,小，,用,用于,高,高频,整,整流,和,和开,关,关电,路,路中,。,。,2,面接,触,触型,二,二极,管,管,PN,结面,积,积大,，,，用,于,于工,频,频大,电,电流,整,整流,电,电路,。,。,(b),面接触型,(c),平面型,4,二极,管,管的,代,代表,符,符号,D,第四,版,版童,诗,诗白,37,1.2.2,二极,管,管的,伏,伏安,特,特性,二极,管,管的,伏,伏安,特,特性,曲,曲线,可,可用,下,下式,表,表示,硅二极管,2CP10,的,伏安,特性,正向,特,特性,反向,特,特性,反向,击,击穿,特,特性,开启,电,电压,：,：,0.5V,导通,电,电压,：,：,0.7,一,、,、,伏,伏,安,安,特,特,性,性,锗二极管,2AP15,的,伏安,特性,U,on,U,(BR),开,启,启,电,电,压,压,：,：,0.1V,导,通,通,电,电,压,压,：,：,0.2V,第,四,四,版,版,童,童,诗,诗,白,白,38,二,、,、,温,温,度,度,对,对,二,二,极,极,管,管,伏,伏,安,安,特,特,性,性,的,的,影,影,响,响,在,环,环,境,境,温,温,度,度,升,升,高,高,时,时,，,，,二,二,极,极,管,管,的,的,正,正,向,向,特,特,性,性,将,将,左,左,移,移,，,，,反,反,向,向,特,特,性,性,将,将,下,下,移,移,。,。,二,极,极,管,管,的,的,特,特,性,性,对,对,温,温,度,度,很,很,敏,敏,感,感,，,，具,有,有,负,负,温,温,度,度,系,系,数,数,。,。, 50,I,/ mA,U,/ V,0.2,0.4, 25,5,10,15,0.01,0.02,0,温度增加,第,四,四,版,版,童,童,诗,诗,白,白,39,1.2.3,二,极,极,管,管,的,的,参,参,数,数,(1),最,大,大,整,整,流,流,电,电,流,流,I,F,(2),反,向,向,击,击,穿,穿,电,电,压,压,U,（,BR,）,和,最,最,高,高,反,反,向,向,工,工,作,作,电,电,压,压,U,RM,(3),反,向,向,电,电,流,流,I,R,(4),最,高,高,工,工,作,作,频,频,率,率,f,M,(5),极,间,间,电,电,容,容,C,j,在,实,实,际,际,应,应,用,用,中,中,，,，,应,应,根,根,据,据,管,管,子,子,所,所,用,用,的,的,场,场,合,合,，,，,按,按,其,其,所,所,承,承,受,受,的,的,最,最,高,高,反,反,向,向,电,电,压,压,、,、,最,最,大,大,正,正,向,向,平,平,均,均,电,电,流,流,、,、,工,工,作,作,频,频,率,率,、,、,环,环,境,境,温,温,度,度,等,等,条,条,件,件,，,，,选,选,择,择,满,满,足,足,要,要,求,求,的,的,二,二,极,极,管,管,。,。,第,四,四,版,版,童,童,诗,诗,白,白,40,1.2.4,二,极,极,管,管,等,效,效,电,电,路,路,一,、,、,由,由,伏,伏,安,安,特,特,性,性,折,折,线,线,化,化,得,得,到,到,的,的,等,等,效,效,电,电,路,路,1.,理想模型,第,四,四,版,版,童,童,诗,诗,白,白,41,1.2.4,二,极,极,管,管,等,效,效,电,电,路,路,一,、,、,由,由,伏,伏,安,安,特,特,性,性,折,折,线,线,化,化,得,得,到,到,的,的,等,等,效,效,电,电,路,路,2.,恒压降模型,第,四,四,版,版,童,童,诗,诗,白,白,42,1.2.4,二,极,极,管,管,等,效,效,电,电,路,路,一,、,、,由,由,伏,伏,安,安,特,特,性,性,折,折,线,线,化,化,得,得,到,到,的,的,等,等,效,效,电,电,路,路,3.,折线模型,第,四,四,版,版,童,童,诗,诗,白,白,43,二,、,、,二,二,极,极,管,管,的,的,微,微,变,变,等,等,效,效,电,电,路,路,二,极,极,管,管,工,工,作,作,在,在,正,正,向,向,特,特,性,性,的,的,某,某,一,一,小,小,范,范,围,围,内,内,时,时,，,，,其,其,正,正,向,向,特,特,性,性,可,可,以,以,等,等,效,效,成,成,一,一,个,个,微,微,变,变,电,电,阻,阻,。,。,即,根据,得,Q,点,处,处,的,的,微,微,变,变,电,电,导,导,则,常,温,温,下,下,（,（,T,=300K,）,图,1.2.7,二极管的微变等效电路,第,四,四,版,版,童,童,诗,诗,白,白,44,应,用,用,举,举,例,例,二,极,极,管,管,的,的,静,静,态,态,工,工,作,作,情,情,况,况,分,分,析,析,理,想,想,模,模,型,型,（,R,=10k,）,V,DD,=10V,时,恒,压,压,模,模,型,型,（硅二极管典型值）,折,线,线,模,模,型,型,（硅二极管典型值）,设,第,四,四,版,版,童,童,诗,诗,白,白,45,1.2.5,稳,压,压,二,二,极,极,管,管,一,、,、,稳,稳,压,压,管,管,的,的,伏,伏,安,安,特,特,性,性,(a),符号,(b)2CW17,伏安特性,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，反向电压应大于稳压电压。,D,Z,第,四,四,版,版,童,童,诗,诗,白,白,46,(1),稳,定,定,电,电,压,压,U,Z,(2),动,态,态,电,电,阻,阻,r,Z,在,规,规,定,定,的,的,稳,稳,压,压,管,管,反,反,向,向,工,工,作,作,电,电,流,流,I,Z,下,，,，,所,所,对,对,应,应,的,的,反,反,向,向,工,工,作,作,电,电,压,压,。,。,r,Z,=,V,Z,/,I,Z,(3),最,大,大,耗,耗,散,散,功,功,率,率,P,ZM,(4),最,大,大,稳,稳,定,定,工,工,作,作,电,电,流,流,I,Zmax,和,最,最,小,小,稳,稳,定,定,工,工,作,作,电,电,流,流,I,Zmin,(5),温,度,度,系,系,数,数,V,Z,二,、,、,稳,稳,压,压,管,管,的,的,主,主,要,要,参,参,数,数,第,四,四,版,版,童,童,诗,诗,白,白,47,稳,压,压,电,电,路,路,正,常,常,稳,稳,压,压,时,时,U,O,=,U,Z,#,不,加,加,R,可,以,以,吗,吗,？,？,#,上,述,述,电,电,路,路,U,I,为,正,正,弦,弦,波,波,，,，,且,且,幅,幅,值,值,大,大,于,于,U,Z,，,U,O,的,波,波,形,形,是,是,怎,怎,样,样,的,的,？,？,（,1,）,.,设电源,电,电压波,动,动,(,负载不,变,变,),U,I,U,O,U,Z,I,Z,U,O,U,R, I,R,（,2,）,.,设负载,变,变化,(,电源不,变,变,)I,O,P25,例,1.2.2,U,O,U,I,第四版,童,童诗白,R,L,如电路,参,参数变,化,化？,48,例,1,：稳压,二,二极管,的,的应用,R,L,u,i,u,O,R,D,Z,i,i,z,i,L,U,Z,稳压二,极,极管技,术,术数据,为,为：稳,压,压值,U,Z,=10V,，,I,zmax,=12mA,，,I,zmin,=2mA,，负载,电,电阻,R,L,=2k,，输入,电,电压,u,i,=12V,，限流,电,电阻,R=200,，求,i,Z,。,若,负载电,阻,阻,变化范,围,围为,1.5,k, - 4,k,，是否,还,还能稳,压,压？,第四版,童,童诗白,49,R,L,u,i,u,O,R,D,Z,i,i,z,i,L,U,Z,U,Z,=10V,u,i,=12V,R=200,I,zmax,=12mAI,zmin,=2mA,R,L,=2k, (1.5,k, 4,k,),i,L,=u,o,/R,L,=U,Z,/R,L,=10/2=5,（,mA,）,i=,（,u,i,-,U,Z,）,/R=,（,12-10,）,/0.2=10,（,mA,）,i,Z,= i-i,L,=10-5=5,（,mA,）,R,L,=,1.5,k, ,i,L,=10/1.5=6.7,（,mA,）, i,Z,=10-6.7=3.3,（,mA,）,R,L,=,4,k, ,i,L,=10/4=2.5,（,mA,）,i,Z,=10-2.5=7.5,（,mA,）,负载变,化,化,但,i,Z,仍在,12mA,和,2mA,之间,所以稳,压,压管仍,能,能起稳压作,用,用,第四版,童,童诗白,50,例,2,：稳压,二,二极管,的,的应用,解：,u,i,和,u,o,的波形,如,如图所,示,示,（,U,Z,3V,）,u,i,u,O,D,Z,R,(a),(b),u,i,u,O,R,D,Z,第四版,童,童诗白,51,一、发,光,光二极,管,管,LED,(,LightEmittingDiode,),1.,符号和,特,特性,工作条,件,件：正向偏置,一般工作电,流,流几十,mA,，,导通电压,(1,2) V,符号,u,/V,i,/mA,O,2,特性,1.2.6,其它类型的,二,二极管,第四版童诗,白,白,52,发光类型：,可见光：红、黄、绿,显示类型：普通,LED,，,不可见光：红外光,点阵,LED,七段,LED ,第四版童诗,白,白,53,二、光电二,极,极管,符号和特性,符号,特性,u,i,O,E,= 200 lx,E,= 400 lx,工作原理：,三、变容二,极,极管,四、隧道二,极,极管,五、肖特基,二,二极管,无光照时，,与,与普通二极,管,管一样。,有光照时，,分,分布在第三,、,、四象限。,第四版童诗,白,白,54,1.3,双极型晶体,管,管,(,BJT,),又称半导体,三,三极管、晶,体,体三极管，,或,或简称晶体,管,管。,(,Bipolar Junction Transistor,),三极管的外,形,形如下图所,示,示。,三极管有两,种,种类型：,NPN,型和,PNP,型。,主要以,NPN,型为例进行,讨,讨论。,图,1.3.1,三极管的外,形,形,X,：低频小功,率,率管,D,：低频大功,率,率管,G,：高频小功,率,率管,A,：高频大功,率,率管,第四版童诗,白,白,55,1.3.1,晶体管的结,构,构及类型,常用的三极,管,管的结构有,硅,硅平面管和,锗,锗合金管两,种,种类型。,图,1.3.2a,三极管的结,构,构,(,a,),平面型,(,NPN,),(,b,),合金型,(,PNP,),N,e,c,N,P,b,二氧化硅,b,e,c,P,N,P,e,发射极，,b,基极，,c,集电极。,发射区,集电区,基区,基区,发射区,集电区,第四版童诗,白,白,56,图,1.3.2(b),三极管结构,示,示意图和符,号,号,NPN,型,e,c,b,符号,集电区,集电结,基区,发射结,发射区,集电极,c,基极,b,发射极,e,N,N,P,第四版童诗,白,白,57,集电区,集电结,基区,发射结,发射区,集电极,c,发射极,e,基极,b,c,b,e,符号,N,N,P,P,N,图,1.3.2,三极管结构示意图和符号,(,b,),PNP,型,第四版童诗,白,白,58,1.3.2,晶体管的电,流,流放大作用,以,NPN,型三极管,为,为例讨论,c,N,N,P,e,b,b,e,c,表面看,三极管若,实,实现放大,，,，必须从三极管内,部,部结构和外部所加,电,电源的极,性,性来保证。,不具备放,大,大作用,第四版童,诗,诗白,59,三极管内,部,部结构要,求,求：,N,N,P,e,b,c,N,N,N,P,P,P,1.,发射区高,掺,掺杂。,2.,基区做得,很,很薄。通常只,有,有几微米,到,到几十微,米,米，而且掺杂较少。,三极管放,大,大的外部,条,条件：外加电,源,源的极性,应,应使发射结处,于,于正向偏,置,置状态，而集电结处,于,于反向偏,置,置状态。,3.,集电结面,积,积大。,第四版童,诗,诗白,60,b,e,c,R,c,R,b,一、晶体,管,管内部载,流,流子的运,动,动,I,E,I,B,发射结加,正,正向电压,，,，扩散运,动,动形成发,射,射极电流,发射区的,电,电子越过,发,发射结扩,散,散到基区,，,，基区的,空,空穴扩散,到,到发射区,形成发射,极,极电流,I,E,(,基区多子,数,数目较少,，,，空穴电,流,流可忽略,),。,2.,扩散到基,区,区的自由,电,电子与,空,空穴的复,合,合运动形,成,成基极,电,电流,电子到达,基,基区，少,数,数与空穴,复,复合形,成,成基极电,流,流,I,bn,，复合掉的,空,空穴由,V,BB,补充,。,多数电子,在,在基区继,续,续扩散，,到,到达集电,结,结的一侧,。,。,晶体管内,部,部载流子,的,的运动,第四版童,诗,诗白,61,b,e,c,I,E,I,B,R,c,R,b,3.,集电结加,反,反向电压,，,，漂移运,动,动形成集,电,电极电流,I,c,集电结反,偏,偏，有利,于,于收集基,区,区扩散过,来,来的电子,而,而形成集,电,电极电流,I,cn,。,其能量来,自,自外接电,源,源,V,CC,。,I,C,另外，集,电,电区和基,区,区的少子,在,在外电场,的,的作用下,将,将进行漂,移,移运动而,形,形成反向饱和电流，用,I,CBO,表示。,I,CBO,晶体管内,部,部载流子,的,的运动,第四版童,诗,诗白,62,b,e,c,e,R,c,R,b,二、晶体,管,管的电流,分,分配关系,I,Ep,I,CBO,I,E,I,C,I,B,I,En,I,Bn,I,Cn,I,C,=,I,Cn,+,I,CBO,I,E,=,I,Cn,+,I,Bn,+,I,Ep,=,I,En,+,I,Ep,I,B,=,I,EP,+,I,BN,I,CBO,I,E,=,I,C,+,I,B,图,1.3.4,晶体管内,部,部载流子,的,的运动与,外,外部电流,第四版童,诗,诗白,63,三、晶体,管,管的共射,电,电流放大,系,系数,整理可得,：,：,I,CBO,称反向饱,和,和电流,I,CEO,称穿透电,流,流,1,、共射直,流,流电流放,大,大系数,2,、共射交,流,流电流放,大,大系数,V,CC,R,b,+,V,BB,C,1,T,I,C,I,B,C,2,R,c,+,共发射极接法,第四版童,诗,诗白,64,3,、共基直,流,流电流放,大,大系数,或,4,、共基交,流,流电流放,大,大系数,直流参数 与交流参数,、,的含义是不同的，但是，对于大多数三极管来说，,与 ，,与 的数值却差别不大，计算中，可不将它们严格区分。,5.,与,的关系,I,C,I,E,+,C,2,+,C,1,V,EE,R,e,V,CC,R,c,共基极接法,第四版童,诗,诗白,65,1.3.3,晶体管的,共,共射特性,曲,曲线,u,CE,= 0V,u,BE,/,V,i,B,=,f,(,u,BE,),U,CE,=const,(2),当,u,CE,1V,时，,u,CB,=,u,CE,-,u,BE,0,，集电结,已,已进入反,偏,偏状态，,开,开始收,集电子，,基,基区复合,减,减少，在,同,同样的,u,BE,下,I,B,减小，特,性,性曲线右,移,移。,(1),当,u,CE,=0V,时,，,，,相,相,当,当,于,于,发,发,射,射,结,结,的,的,正,正,向,向,伏,伏,安,安,特,特,性,性,曲,曲,线,线,。,。,一,.,输,入,入,特,特,性,性,曲,曲,线,线,u,CE,= 0V,u,CE,1V,u,BE,/,V,+,-,b,c,e,共射极放大电路,U,BB,U,CC,u,BE,i,C,i,B,+,-,u,CE,第,四,四,版,版,童,童,诗,诗,白,白,66,饱和区：,i,C,明显受,u,CE,控制的区域，该区域内，一般,u,CE,0.7V(,硅管,),。此时，,发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小,。,i,C,=,f,(,u,CE,),I,B,=const,二,、,、,输,输,出,出,特,特,性,性,曲,曲,线,线,输,出,出,特,特,性,性,曲,曲,线,线,的,的,三,三,个,个,区,区,域,域,:,截止区：,i,C,接近零的区域，相当,i,B,=0,的曲线的下方。此时，,u,BE,小于死区电压，集电结反偏,。,放大区：,i,C,平行于,u,CE,轴的区域，曲线基本平行等距。此时，,发射结正偏，集电结反偏,。,第,四,四,版,版,童,童,诗,诗,白,白,67,三,极,极,管,管,的,的,参,参,数,数,分,分,为,为,三,三,大,大,类,类,:,直,流,流,参,参,数,数,、,、,交,交,流,流,参,参,数,数,、,、,极,极,限,限,参,参,数,数,一,、,、,直,直,流,流,参,参,数,数,1.,共,发,发,射,射,极,极,直,直,流,流,电,电,流,流,放,放,大,大,系,系,数,数,=,（,I,C,I,CEO,）,/,I,B,I,C,/,I,B,v,CE,=const,1.3.4,晶,体,体,管,管,的,主,主,要,要,参,参,数,数,2.,共基直流电流放大系数,3.,集,电,电,极,极,基,基,极,极,间,间,反,反,向,向,饱,饱,和,和,电,电,流,流,I,CBO,集,电,电,极,极,发,发,射,射,极,极,间,间,的,的,反,反,向,向,饱,饱,和,和,电,电,流,流,I,CEO,I,CEO,=,（,1+,）,I,CBO,第,四,四,版,版,童,童,诗,诗,白,白,68,二,、,、,交,交,流,流,参,参,数,数,1.,共,发,发,射,射,极,极,交,交,流,流,电,电,流,流,放,放,大,大,系,系,数,数,=,i,C,/,i,B,U,CE,=const,2.,共基极,交,交流电,流,流放大,系,系数,=,i,C,/,i,E,U,CB,=const,3.,特征频,率,率,f,T,值下降,到,到,1,的信号,频,频率,第四版,童,童诗白,69,1.,最大集,电,电极耗,散,散功率,P,CM,P,CM,=,i,C,u,CE,三、,极限参,数,数,2.,最大集,电,电极电,流,流,I,CM,3.,反向击,穿,穿电压, U,CBO,发射极,开,开路时,的,的集电,结,结反,向,向,击,击穿电,压,压。, U,EBO,集电极,开,开路时,发,发射结,的,的反,向,向击穿,电,电压。,U,CEO,基极开,路,路时集,电,电极和,发,发射,极间的,击,击穿电,压,压。,几个击,穿,穿电压,有,有如下,关,关系,U,CBO,U,CEO,U,EBO,第四版,童,童诗白,70,由,P,CM,、,I,CM,和,U,CEO,在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区。,输出特性曲线上的过损耗区和击穿区,P,CM,=,i,C,u,CE,U,(BR) CEO,U,CE,/V,第四版,童,童诗白,71,1.3.5