模擬電子技術(shù)第一章 徐安靜主編

1、(1-1) 主講主講 陳明輝陳明輝 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) (1-2) 緒 論 一、電子技術(shù)的內(nèi)容一、電子技術(shù)的內(nèi)容 電子技術(shù)電子技術(shù) 電子元器件電子元器件 二極管、三極管二極管、三極管 集成電路集成電路 電子電路及其應(yīng)用電子電路及其應(yīng)用 放大放大 濾波濾波 電源電源 電子技術(shù)電子技術(shù) 自動(dòng)控制技術(shù)自動(dòng)控制技術(shù) 計(jì)算機(jī)技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù) 家用電器家用電器 (1-3) 二、本課程的性質(zhì)、任務(wù)和重點(diǎn)內(nèi)容二、本課程的性質(zhì)、任務(wù)和重點(diǎn)內(nèi)容 性質(zhì)：技術(shù)基礎(chǔ)課性質(zhì)：技術(shù)基礎(chǔ)課 基本電子電路的原理、分析方法、典型應(yīng)基本電子電路的原理、分析方法、典型應(yīng) 用用 任務(wù)：獲得電子技術(shù)方面的基本理論、任務(wù)：獲得電子技術(shù)

2、方面的基本理論、 基本知識(shí)和基本技能?；局R(shí)和基本技能。 重點(diǎn)內(nèi)容：重點(diǎn)內(nèi)容： 常用電子元器件的外特性及應(yīng)用常用電子元器件的外特性及應(yīng)用 電子技術(shù)電子技術(shù) 模擬電子技術(shù)（本課程）模擬電子技術(shù)（本課程） 數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù) (1-4) 三、本課程的特點(diǎn)和學(xué)習(xí)方法三、本課程的特點(diǎn)和學(xué)習(xí)方法 技術(shù)基礎(chǔ)課，比基礎(chǔ)理論課更接近工程實(shí)際。技術(shù)基礎(chǔ)課，比基礎(chǔ)理論課更接近工程實(shí)際。 采用工程觀點(diǎn)采用工程觀點(diǎn) 實(shí)踐性強(qiáng)，要重視實(shí)驗(yàn)課。實(shí)踐性強(qiáng)，要重視實(shí)驗(yàn)課。 學(xué)習(xí)方法：學(xué)習(xí)方法： 注重物理概念注重物理概念 重視實(shí)驗(yàn)重視實(shí)驗(yàn) (1-5) 第1章 半導(dǎo)體器件 (1-6) 1.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)

3、 1.2 PN結(jié)及半導(dǎo)體二極管結(jié)及半導(dǎo)體二極管 1.3 半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管 1.4 光電器件光電器件 第一章第一章 半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件 (1-7) 導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體 導(dǎo)體：導(dǎo)體：自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體導(dǎo)體，金屬，金屬 一般都是導(dǎo)體。一般都是導(dǎo)體。 絕緣體：絕緣體：有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為絕緣體絕緣體，如橡，如橡 皮、陶瓷、塑料和石英。皮、陶瓷、塑料和石英。 半導(dǎo)體：半導(dǎo)體：另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣 體之間，稱為體之間，稱為半導(dǎo)體半導(dǎo)體，如鍺、硅、砷化鎵，

4、如鍺、硅、砷化鎵 和一些硫化物、氧化物等。和一些硫化物、氧化物等。 1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí) (1-8) 半導(dǎo)體半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理不同于其它物質(zhì)，所以它具有的導(dǎo)電機(jī)理不同于其它物質(zhì)，所以它具有 不同于其它物質(zhì)的特點(diǎn)。例如：不同于其它物質(zhì)的特點(diǎn)。例如： 當(dāng)受外界熱和光的作用時(shí)，它的導(dǎo)電能當(dāng)受外界熱和光的作用時(shí)，它的導(dǎo)電能 力明顯變化。力明顯變化。 往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會(huì)使往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會(huì)使 它的導(dǎo)電能力明顯改變。它的導(dǎo)電能力明顯改變。 (1-9) 1.1.1本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體 本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) Ge Si 通過一定的工藝過程，可以將半導(dǎo)

5、體制成通過一定的工藝過程，可以將半導(dǎo)體制成晶體晶體。 現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們 的最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)。的最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)。 (1-10) 本征半導(dǎo)體：本征半導(dǎo)體：完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。 在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶 體點(diǎn)陣，每個(gè)原子都處在正四面體的中心，而四體點(diǎn)陣，每個(gè)原子都處在正四面體的中心，而四 個(gè)其它原子位于四面體的頂點(diǎn)，每個(gè)原子與其相個(gè)其它原子位于四面體的頂點(diǎn)，每個(gè)原子與其相 鄰的原子之間形成鄰的原子之間形成

6、共價(jià)鍵共價(jià)鍵，共用一對(duì)價(jià)電子。，共用一對(duì)價(jià)電子。 硅和鍺的晶硅和鍺的晶 體結(jié)構(gòu)：體結(jié)構(gòu)： (1-11) 硅和鍺的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)硅和鍺的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu) 共價(jià)鍵共共價(jià)鍵共 用電子對(duì)用電子對(duì) +4+4 +4+4 +4+4表示除表示除 去價(jià)電子去價(jià)電子 后的原子后的原子 (1-12) 共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中，稱為共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中，稱為 束縛電子束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價(jià)鍵成為，常溫下束縛電子很難脫離共價(jià)鍵成為自自 由電子由電子，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，所以，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，所以 本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。 形成共

7、價(jià)鍵后，每個(gè)原子的最外層電子是形成共價(jià)鍵后，每個(gè)原子的最外層電子是 八個(gè)，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。八個(gè)，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。 共價(jià)鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使原子規(guī)共價(jià)鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使原子規(guī) 則排列，形成晶體。則排列，形成晶體。 +4+4 +4+4 (1-13) 本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理 在絕對(duì)在絕對(duì)0度度（T=0K）和沒有外界激發(fā)時(shí)和沒有外界激發(fā)時(shí), ,價(jià)價(jià) 電子完全被共價(jià)鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒有電子完全被共價(jià)鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒有 可以運(yùn)動(dòng)的帶電粒子（即可以運(yùn)動(dòng)的帶電粒子（即載流子載流子），它的導(dǎo)電），它的導(dǎo)電 能力為能力為 0，相當(dāng)于絕緣體。，相當(dāng)于絕緣體。 在常溫下，由于熱激發(fā)，使一

8、些價(jià)電子獲在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價(jià)電子獲 得足夠的能量而脫離共價(jià)鍵的束縛，成為得足夠的能量而脫離共價(jià)鍵的束縛，成為自由自由 電子電子，同時(shí)共價(jià)鍵上留下一個(gè)空位，稱為，同時(shí)共價(jià)鍵上留下一個(gè)空位，稱為空穴空穴。 (1).(1).載流子、自由電子和空穴載流子、自由電子和空穴 (1-14) +4+4 +4+4 自由電子自由電子 空穴空穴 束縛電子束縛電子 (1-15) (2).本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理 +4+4 +4+4 在其它力的作用下，空在其它力的作用下，空 穴吸引附近的電子來填穴吸引附近的電子來填 補(bǔ)，這樣的結(jié)果相當(dāng)于補(bǔ)，這樣的結(jié)果相當(dāng)于 空穴的遷移，而空穴的空穴的遷移，而

9、空穴的 遷移相當(dāng)于正電荷的移遷移相當(dāng)于正電荷的移 動(dòng)，因此可以認(rèn)為空穴動(dòng)，因此可以認(rèn)為空穴 是載流子。是載流子。 本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即 自由電子自由電子和和空穴空穴。 (1-16) 溫度越高，載流子的濃度越高。因此本征半溫度越高，載流子的濃度越高。因此本征半 導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)，溫度是影響半導(dǎo)體性導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)，溫度是影響半導(dǎo)體性 能的一個(gè)重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一能的一個(gè)重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一 大特點(diǎn)。大特點(diǎn)。 本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。 本征半導(dǎo)體中電流由兩部分

10、組成：本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成： 1. 自由電子移動(dòng)產(chǎn)生的電流。自由電子移動(dòng)產(chǎn)生的電流。 2. 空穴移動(dòng)產(chǎn)生的電流?？昭ㄒ苿?dòng)產(chǎn)生的電流。 (1-17) 1.1.2 雜質(zhì)雜質(zhì)（摻雜）半導(dǎo)體（摻雜）半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會(huì)在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會(huì) 使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻 雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加。雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加。 P 型半導(dǎo)體：型半導(dǎo)體：空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也 稱為（空穴半導(dǎo)體）。稱為（空穴半導(dǎo)體）。 N 型半導(dǎo)體：型半導(dǎo)體：自由

11、電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體， 也稱為（電子半導(dǎo)體）。也稱為（電子半導(dǎo)體）。 (1-18) N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 在硅或鍺晶體中摻入少量的五價(jià)元素磷在硅或鍺晶體中摻入少量的五價(jià)元素磷 （或銻），晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被（或銻），晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被 雜質(zhì)取代，磷原子的最外層有五個(gè)價(jià)電子，雜質(zhì)取代，磷原子的最外層有五個(gè)價(jià)電子， 其中四個(gè)與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵，其中四個(gè)與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵， 必定多出一個(gè)電子，這個(gè)電子幾乎不受束縛，必定多出一個(gè)電子，這個(gè)電子幾乎不受束縛， 很容易被激發(fā)而成為自由電子，這樣磷原子很容易被激發(fā)而成為自由電子，

12、這樣磷原子 就成了不能移動(dòng)的帶正電的離子。每個(gè)磷原就成了不能移動(dòng)的帶正電的離子。每個(gè)磷原 子給出一個(gè)電子，稱為子給出一個(gè)電子，稱為施主原子施主原子。 (1-19) +4+4 +5+4 多余多余 電子電子 磷原子磷原子 N 型半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體中 的多數(shù)載流子的多數(shù)載流子 是什么？是什么？ 1 1、由施主原子提供的電子，濃度與施主原子相同。、由施主原子提供的電子，濃度與施主原子相同。 2 2、本征半導(dǎo)體中成對(duì)產(chǎn)生的電子和空穴。、本征半導(dǎo)體中成對(duì)產(chǎn)生的電子和空穴。 摻雜濃度遠(yuǎn)大于本征半導(dǎo)體中載流子濃度，所以，自摻雜濃度遠(yuǎn)大于本征半導(dǎo)體中載流子濃度，所以，自 由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度。自由電子稱為由電

13、子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度。自由電子稱為多數(shù)載流多數(shù)載流 子子（多子多子），空穴稱為），空穴稱為少數(shù)載流子少數(shù)載流子（少子少子）。）。 (1-20) P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 在硅或鍺晶體中摻入少量的三價(jià)元素，如硼在硅或鍺晶體中摻入少量的三價(jià)元素，如硼 （或銦），晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)（或銦），晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì) 取代，硼原子的最外層有三個(gè)價(jià)電子，與相鄰的取代，硼原子的最外層有三個(gè)價(jià)電子，與相鄰的 半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵時(shí)，半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵時(shí)， 產(chǎn)生一個(gè)空穴。這個(gè)空穴產(chǎn)生一個(gè)空穴。這個(gè)空穴 可能吸引束縛電子來填補(bǔ)，可能吸引束縛電子來填補(bǔ)， 使得硼原子成為不能移動(dòng)使得硼原子成為不

14、能移動(dòng) 的帶負(fù)電的離子。由于硼的帶負(fù)電的離子。由于硼 原子接受電子，所以稱為原子接受電子，所以稱為 受主原子受主原子。 +4+4 +3+4 空穴空穴 硼原子硼原子 P 型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子。 (1-21) 雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法 P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 雜質(zhì)雜質(zhì)型半導(dǎo)體多子和少子的移動(dòng)都能形成電流。型半導(dǎo)體多子和少子的移動(dòng)都能形成電流。 但由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主要是多子但由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主要是多

15、子。 近似認(rèn)為多子與雜質(zhì)濃度相等。近似認(rèn)為多子與雜質(zhì)濃度相等。 (1-22) 1.2.1 PN結(jié)的形成結(jié)的形成 在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造P 型半導(dǎo)型半導(dǎo) 體和體和N 型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流子的擴(kuò)散，在它們的型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流子的擴(kuò)散，在它們的 交界面處就形成了交界面處就形成了PN 結(jié)。結(jié)。 1.2 PN結(jié)及半導(dǎo)體二極管結(jié)及半導(dǎo)體二極管 (1-23) P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)E 漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng) 擴(kuò)散的結(jié)果是使空間電擴(kuò)散的結(jié)

16、果是使空間電 荷區(qū)逐漸加寬，空間電荷區(qū)逐漸加寬，空間電 荷區(qū)越寬。荷區(qū)越寬。 內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，就使漂移內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，就使漂移 運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移使空運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移使空 間電荷區(qū)變薄。間電荷區(qū)變薄。 空間電荷區(qū)，空間電荷區(qū)， 也稱耗盡層。也稱耗盡層。 (1-24) 漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng) P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)E 所以擴(kuò)散和漂移這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到平衡，所以擴(kuò)散和漂移這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到平衡， 相當(dāng)于兩個(gè)區(qū)之間沒有電荷運(yùn)動(dòng)，空間電荷區(qū)的厚相當(dāng)于兩個(gè)區(qū)之間沒有

17、電荷運(yùn)動(dòng)，空間電荷區(qū)的厚 度固定不變。度固定不變。 (1-25) + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 空間空間 電荷電荷 區(qū)區(qū) N型區(qū)型區(qū)P型區(qū)型區(qū) 電位電位U U0 (1-26) 1 1、空間電荷區(qū)中沒有載流子。、空間電荷區(qū)中沒有載流子。 2 2、空間電荷區(qū)中內(nèi)電場(chǎng)阻礙、空間電荷區(qū)中內(nèi)電場(chǎng)阻礙P P區(qū)區(qū)中的空穴、中的空穴、N區(qū)區(qū) 中的電子（中的電子（都是多子都是多子）向?qū)Ψ竭\(yùn)動(dòng)（）向?qū)Ψ竭\(yùn)動(dòng)（擴(kuò)散擴(kuò)散 運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)）。）。 3 3、P 區(qū)中的電子和區(qū)中的電子和 N區(qū)中的空穴（區(qū)中的空穴（都是少子都是少子），）， 數(shù)量有限，因此由它們形成

18、的電流很小。數(shù)量有限，因此由它們形成的電流很小。 注意注意: : (1-27) 1.2.2 PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?PN 結(jié)結(jié)加上正向電壓加上正向電壓、正向偏置正向偏置的意思都是的意思都是： P 區(qū)區(qū) 加正、加正、N 區(qū)加負(fù)電壓。區(qū)加負(fù)電壓。 PN 結(jié)結(jié)加上反向電壓加上反向電壓、反向偏置反向偏置的意思都是：的意思都是： P區(qū)區(qū) 加負(fù)、加負(fù)、N 區(qū)加正電壓。區(qū)加正電壓。 (1-28) + + + + RU 1.1.PN 結(jié)正向偏置結(jié)正向偏置 內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng) 外電場(chǎng)外電場(chǎng) 變薄變薄 PN + _ 內(nèi)電場(chǎng)被削弱，多子內(nèi)電場(chǎng)被削弱，多子 的擴(kuò)散加強(qiáng)能夠形成的擴(kuò)散加強(qiáng)能夠形成 較大的擴(kuò)散電流。較

19、大的擴(kuò)散電流。 (1-29) 2.2.PN 結(jié)反向偏置結(jié)反向偏置 + + + + 內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng) 外電場(chǎng)外電場(chǎng) 變寬變寬 NP + _ 內(nèi)電場(chǎng)被加強(qiáng)，多子的內(nèi)電場(chǎng)被加強(qiáng)，多子的 擴(kuò)散受抑制。少子漂移擴(kuò)散受抑制。少子漂移 加強(qiáng)，但少子數(shù)量有限，加強(qiáng)，但少子數(shù)量有限， 只能形成較小的反向電只能形成較小的反向電 流。流。 RU (1-30) PN PN 結(jié)的擊穿結(jié)的擊穿 齊納擊穿：齊納擊穿：在電場(chǎng)作用下，直接將載流子從半導(dǎo)體材料的在電場(chǎng)作用下，直接將載流子從半導(dǎo)體材料的 原子中拉出來，使載流子劇增。原子中拉出來，使載流子劇增。 雪崩擊穿雪崩擊穿：載流子在強(qiáng)電場(chǎng)下高速運(yùn)動(dòng)，具有很大動(dòng)能，在載流子在強(qiáng)電場(chǎng)

20、下高速運(yùn)動(dòng)，具有很大動(dòng)能，在 與硅（或鍺）原子碰撞時(shí)，將載流子打出來，新的載流子在與硅（或鍺）原子碰撞時(shí)，將載流子打出來，新的載流子在 強(qiáng)電場(chǎng)下高速運(yùn)動(dòng)，與硅（或鍺）原子碰撞，仍會(huì)打出新的強(qiáng)電場(chǎng)下高速運(yùn)動(dòng)，與硅（或鍺）原子碰撞，仍會(huì)打出新的 載流子，這樣一變二，二變四載流子，這樣一變二，二變四，載流子劇增。，載流子劇增。 PN結(jié)的反向電壓加到某一數(shù)值時(shí)，反向電流急劇結(jié)的反向電壓加到某一數(shù)值時(shí)，反向電流急劇 增加，這種現(xiàn)象稱為擊穿。增加，這種現(xiàn)象稱為擊穿。 (1-31) 1.2.3 PN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng) 二極管的兩極之間有電容，此電容由兩部分組成：二極管的兩極之間有電容，此電容由兩部分組

21、成： 勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容Cb和和擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容Cd。 勢(shì)壘電容：勢(shì)壘電容：勢(shì)壘區(qū)（阻擋層）是積累空間電荷的區(qū)域，當(dāng)勢(shì)壘區(qū)（阻擋層）是積累空間電荷的區(qū)域，當(dāng) 外加電壓變化時(shí)，引起阻擋層厚度變化，從而引起阻擋層外加電壓變化時(shí)，引起阻擋層厚度變化，從而引起阻擋層 內(nèi)電荷的變化，這樣所表現(xiàn)出的電容是內(nèi)電荷的變化，這樣所表現(xiàn)出的電容是勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容Cb 。 擴(kuò)散電容：擴(kuò)散電容：當(dāng)外加電壓變化，載當(dāng)外加電壓變化，載 流子擴(kuò)散也變化，從而引起阻擋流子擴(kuò)散也變化，從而引起阻擋 層外層外電荷變化。電荷變化。這樣所產(chǎn)生的電這樣所產(chǎn)生的電 容就是擴(kuò)散電容容就是擴(kuò)散電容Cd。 P +- N PNPN結(jié)正偏時(shí)主要考慮

22、結(jié)正偏時(shí)主要考慮擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容Cd ， PNPN結(jié)反偏時(shí)主要考慮結(jié)反偏時(shí)主要考慮勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容Cb。 (1-32) Cb在正向和反向偏置時(shí)均不能忽略。而反向偏置在正向和反向偏置時(shí)均不能忽略。而反向偏置 時(shí)，由于載流子數(shù)目很少，擴(kuò)散電容可忽略。時(shí)，由于載流子數(shù)目很少，擴(kuò)散電容可忽略。 PN結(jié)高頻小信號(hào)時(shí)的等效電路：結(jié)高頻小信號(hào)時(shí)的等效電路： 勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電 容的綜合效應(yīng)容的綜合效應(yīng) rd (1-33) 1. 1. 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào) PN 結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。 引線引線外殼外殼 觸絲線觸絲

23、線 基片基片 點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型 PN結(jié)結(jié) 面接觸型面接觸型 PN二極管的電路符號(hào)：二極管的電路符號(hào)： 1.2.4 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管(Semiconductor Diode) (1-34) U I 死區(qū)電壓死區(qū)電壓 硅管硅管 0.6V,鍺管鍺管0.2V。 導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降: : 硅硅 管管0.60.7V,鍺鍺 管管0.20.3V。 反向擊穿反向擊穿 電壓電壓UBR 2.2.半導(dǎo)體二極管的半導(dǎo)體二極管的伏安特性伏安特性 (1-35) 溫度上升溫度上升,二極管的死區(qū)縮小二極管的死區(qū)縮小,死區(qū)死區(qū) 電壓電壓 和正向壓降將降低。和正向壓降將降低。 3. 3. 溫度對(duì)半導(dǎo)體二極管特性的影響溫度對(duì)半

24、導(dǎo)體二極管特性的影響 二極管的反向電流由少子漂移形成二極管的反向電流由少子漂移形成,少子濃度少子濃度 又受溫度影響又受溫度影響,溫度上升溫度上升,二極管的反向飽和電二極管的反向飽和電 流將增加。流將增加。 (1-36) 1). 最大整流電流最大整流電流 IF 二極管工作于整流電路中，長(zhǎng)期運(yùn)行所允許二極管工作于整流電路中，長(zhǎng)期運(yùn)行所允許 流過的電流平均值。流過的電流平均值。 2). 最大最大反向工作電壓反向工作電壓UR 二極管允許的最大工作電壓，反向電壓超過二極管允許的最大工作電壓，反向電壓超過 此值時(shí)。二極管可能擊穿。通常以擊穿電壓此值時(shí)。二極管可能擊穿。通常以擊穿電壓 的一半作為的一半作為U

25、R 。 4. 4. 半導(dǎo)體二極管的半導(dǎo)體二極管的主要電參數(shù)主要電參數(shù) (1-37) 3). 反向電流反向電流 IR 指二極管加反向峰值工作電壓時(shí)的反向電指二極管加反向峰值工作電壓時(shí)的反向電 流。反向電流大，說明管子的單向?qū)щ娦粤?。反向電流大，說明管子的單向?qū)щ娦?差，因此反向電流越小越好。反向電流受差，因此反向電流越小越好。反向電流受 溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅 管的反向電流較小，鍺管的反向電流要比管的反向電流較小，鍺管的反向電流要比 硅管大幾十到幾百倍。硅管大幾十到幾百倍。 以上均是二極管的直流參數(shù)，二極管的應(yīng)用是以上均是二極管的直流參數(shù)，二極管

26、的應(yīng)用是 主要利用它的單向?qū)щ娦?，主要?yīng)用于整流、限幅、主要利用它的單向?qū)щ娦?，主要?yīng)用于整流、限幅、 保護(hù)等等。下面介紹兩個(gè)交流參數(shù)。保護(hù)等等。下面介紹兩個(gè)交流參數(shù)。 (1-38) 4). 交流電阻交流電阻 rD iD uD ID UD Q iD uD rD 是二極管特性曲線上工是二極管特性曲線上工 作點(diǎn)作點(diǎn)Q 附近電壓的變化與附近電壓的變化與 電流的變化之比：電流的變化之比： D D D i u r 顯然，顯然，rD是對(duì)是對(duì)Q附近的微小附近的微小 變化區(qū)域內(nèi)的電阻。變化區(qū)域內(nèi)的電阻。 5). 最高工作頻率最高工作頻率 fM 二極管的結(jié)電容越大，二極管的結(jié)電容越大，fM越低。越低。 (1-3

27、9) 二極管特性二極管特性小結(jié)：小結(jié)： 1.1.二極管具有單向?qū)щ娦远O管具有單向?qū)щ娦?2.2.二極管的反向擊穿特性二極管的反向擊穿特性 3.3.二極管的極間電容效應(yīng)二極管的極間電容效應(yīng) (1-40) 二極管的應(yīng)用，主要是利用其單向?qū)щ娦浴６O管的應(yīng)用，主要是利用其單向?qū)щ娦浴?分析二極管的應(yīng)用電路，關(guān)鍵是判斷二極管的分析二極管的應(yīng)用電路，關(guān)鍵是判斷二極管的 導(dǎo)通或截止。導(dǎo)通或截止。 1.2.5 半導(dǎo)體二極管的應(yīng)用半導(dǎo)體二極管的應(yīng)用 (1-41) + - 5V R ui uo D ui =10sint v 解解:D導(dǎo)通時(shí)導(dǎo)通時(shí)uo=ui D 截止時(shí)截止時(shí)uo=5V ui t 10V 5V u

28、i正半周正半周,ui5V ,D截止截止 ui負(fù)半周負(fù)半周D導(dǎo)通導(dǎo)通. 例例1 二極管的應(yīng)用二極管的應(yīng)用1：二極管的限幅作用二極管的限幅作用: 上限幅上限幅 uo t 5V (1-42) ui =10sint v 解解:D導(dǎo)通時(shí)導(dǎo)通時(shí)uo=ui D 截止時(shí)截止時(shí)uo=5V ui正半周正半周,ui5V D導(dǎo)通導(dǎo)通 ui1V D1導(dǎo)通導(dǎo)通 ui負(fù)半周，負(fù)半周，uiIC， ，UCE 0.3V 稱為飽和區(qū)。稱為飽和區(qū)。 (1-63) IC(mA ) 1 2 3 4 UCE(V)3 6912 IB=0 20 A 40 A 60 A 80 A 100 A 此區(qū)域中此區(qū)域中 : IB=0,IC=ICEO, U

29、BEIC，UCE 0.3V (3) 截止區(qū)：截止區(qū)： UBE 死區(qū)電壓，死區(qū)電壓， IB=0 ， IC=ICEO 0 (1-65) 例：例： =50， UCC =12V， RB =70k ， RC =6k 當(dāng)當(dāng)UBB = -2V，2V，5V時(shí)，時(shí)， 晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)Q位位 于哪個(gè)區(qū)？于哪個(gè)區(qū)？ 當(dāng)當(dāng)UBB = -2V時(shí)：時(shí)： IC UCE IB UCC RB UBB C B E RC UBE mA2 6 12 C CC Cmax R U I IB=0 ， IC=0 ICmax最大飽和電流：最大飽和電流： Q位于截止區(qū)位于截止區(qū) (1-66) 例：例： =50， UCC =1

30、2V， RB =70k ， RC =6k 當(dāng)當(dāng)UBB = -2V，2V，5V時(shí)，時(shí)， 晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)Q位位 于哪個(gè)區(qū)？于哪個(gè)區(qū)？ IC Icmax(=2 mA)， ， Q位于飽和區(qū)。 位于飽和區(qū)。(實(shí)際上，此時(shí)實(shí)際上，此時(shí)IC 和和IB 已不是已不是 倍的關(guān)系）倍的關(guān)系） mA061.0 70 7 .05 B BEBB B R UU I 5mA0 .3mA061.050 BC II (1-68) 1.3.5 三極管的主要參數(shù)三極管的主要參數(shù) 前面的電路中，三極管的發(fā)射極是輸入輸出的前面的電路中，三極管的發(fā)射極是輸入輸出的 公共點(diǎn)，稱為共射接法，相應(yīng)地還有共基、共公共點(diǎn)，稱

31、為共射接法，相應(yīng)地還有共基、共 集接法。集接法。共射共射直流電流放大倍數(shù)直流電流放大倍數(shù)： B C _ I I 工作于動(dòng)態(tài)的三極管，真正的信號(hào)是疊加在工作于動(dòng)態(tài)的三極管，真正的信號(hào)是疊加在 直流上的交流信號(hào)。基極電流的變化量為直流上的交流信號(hào)。基極電流的變化量為 IB， 相應(yīng)的集電極電流變化為相應(yīng)的集電極電流變化為 IC，則則交流電流放交流電流放 大倍數(shù)大倍數(shù)為：為： constU I I CE B C 1. 電流放大倍數(shù)電流放大倍數(shù) 和和 _ (1-69) 例：例：UCE=6V時(shí)時(shí)：IB = 40 A, IC =1.5 mA； IB = 60 A, IC =2.3 mA。 5 .37 04.

32、 0 5 . 1 B C _ I I 40 04. 006. 0 5 . 13 . 2 B C I I 在以后的計(jì)算中，一般作近似處理：在以后的計(jì)算中，一般作近似處理： = (1-70) 2. 極間反向電流極間反向電流 A ICBO ICBO是集是集 電結(jié)反偏電結(jié)反偏 由少子的由少子的 漂移形成漂移形成 的反向電的反向電 流，受溫流，受溫 度的變化度的變化 影響。影響。 (1).集集- -基極反向飽和電流基極反向飽和電流ICBO (1-71) B E C N N P ICBO ICEO= IBE+ICBO IBE IBE ICBO進(jìn)入進(jìn)入N 區(qū)，形成區(qū)，形成 IBE。 根據(jù)放大關(guān)系，根據(jù)放大關(guān)

33、系， 由于由于IBE的存的存 在，必有電流在，必有電流 IBE。 集電結(jié)反集電結(jié)反 偏有偏有ICBO (2). 集集- -射極穿透電流射極穿透電流ICEO ICEO受溫度影響受溫度影響 很大，當(dāng)溫度上很大，當(dāng)溫度上 升時(shí)，升時(shí)，ICEO增加增加 很快，所以很快，所以IC也也 相應(yīng)增加。相應(yīng)增加。三極三極 管的溫度特性較管的溫度特性較 差差。 (1-72) 3.極限參數(shù)極限參數(shù) 集電極電流集電極電流IC上升會(huì)導(dǎo)致三極管的上升會(huì)導(dǎo)致三極管的 值的下降，當(dāng)值的下降，當(dāng) 值下降到正常值的值下降到正常值的1/31/3至至2/32/3時(shí)的集電極電流即為時(shí)的集電極電流即為ICM。 (1).集電極最大允許電流集電極最大允許電流ICM (1-73) (2). 集電極最大允許功耗集電極最大允許功耗PCM 集電極電流集電極電流IC 流過三極管，流過三極管， 所發(fā)出的焦耳所發(fā)出的焦耳 熱為：熱為： PC =ICUCE 必定導(dǎo)致結(jié)溫必定導(dǎo)致結(jié)溫 上升，所以上升，所以PC 有限制。 有限制。 PC PCM IC UCE ICUCE=PCM ICM U(BR)CEO 安全工作區(qū)安全工作區(qū) (1-74) 4. 反向擊穿電壓反向擊穿電壓 集集-基極反向擊穿電壓基極反向擊穿電壓BUCBO(發(fā)射極開路時(shí)發(fā)射極開路時(shí)) 集集-射極反向擊穿電壓射極反向擊穿電壓BUCER(基射極間接