課件：模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第四版)

1、 羅羅 云云 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) Fundamentals of Analog Electronics 1 手機(jī)：手機(jī)郵箱：郵箱： 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 1. 本課程的性質(zhì)本課程的性質(zhì) 電子技術(shù)基礎(chǔ)課電子技術(shù)基礎(chǔ)課 2. 特點(diǎn)特點(diǎn) 非純理論性課程非純理論性課程 實(shí)踐性很強(qiáng)實(shí)踐性很強(qiáng) 以工程實(shí)踐的觀點(diǎn)來(lái)處理電路中的一些問(wèn)題以工程實(shí)踐的觀點(diǎn)來(lái)處理電路中的一些問(wèn)題 3. 研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容 以器件為基礎(chǔ)、以電信號(hào)為主線，研究各種模擬電子電路的工作以器件為基礎(chǔ)、以電信號(hào)為主線，研究各種模擬電子電路的工作 原理、特點(diǎn)及性能指標(biāo)等。原理、特點(diǎn)及性能指標(biāo)等

2、。 4. 教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo) 能夠?qū)σ话阈缘?、常用的模擬電子電路進(jìn)行分析，同時(shí)對(duì)較簡(jiǎn)單能夠?qū)σ话阈缘摹⒊Ｓ玫哪M電子電路進(jìn)行分析，同時(shí)對(duì)較簡(jiǎn)單 的單元電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。的單元電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。 導(dǎo)導(dǎo) 言言 2 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 5. 學(xué)習(xí)方法學(xué)習(xí)方法 重點(diǎn)掌握基本概念；基本電路的結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)；基本分析估算方法。重點(diǎn)掌握基本概念；基本電路的結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)；基本分析估算方法。 6. 課時(shí)及成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)課時(shí)及成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn) 課時(shí)：課時(shí)：54學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)=48(理論）理論）+6（習(xí)題）（習(xí)題） 考勤考勤10%+作業(yè)作業(yè)20%+卷面卷面70% 7. 教學(xué)參考書教學(xué)參考書 康華光主編，康華光主編，電子

3、技術(shù)基礎(chǔ)電子技術(shù)基礎(chǔ) 模擬部分模擬部分 第三版，高教出版社第三版，高教出版社 陳大欽主編，陳大欽主編，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)問(wèn)答：例題模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)問(wèn)答：例題 試題試題， 華科大出版社華科大出版社 陳陳 潔主編，潔主編， EDA軟件仿真技術(shù)快速入門軟件仿真技術(shù)快速入門- Protel99SE+Multisim10+Proteus 7 中國(guó)電力出版社中國(guó)電力出版社 導(dǎo)導(dǎo) 言言 3 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 目錄目錄 1 常用半導(dǎo)體器件常用半導(dǎo)體器件（6學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)） 2 基本放大電路基本放大電路（10學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)） 3 多級(jí)放大電路多級(jí)放大電路 4 集成運(yùn)算放大電路集成運(yùn)算放大電路（4學(xué)時(shí)）學(xué)

4、時(shí)） 5 放大電路的頻率響應(yīng)放大電路的頻率響應(yīng)（2學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)） 6 放大電路中的反饋放大電路中的反饋（10學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)） 7 信號(hào)的運(yùn)算和處理信號(hào)的運(yùn)算和處理（6學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)） 8 波形的發(fā)生和信號(hào)的轉(zhuǎn)換波形的發(fā)生和信號(hào)的轉(zhuǎn)換（4學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)） 9 功率放大電路功率放大電路（2學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)） 10 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源（2學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)） 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 （2學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)） 4 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 電子技術(shù)電子技術(shù): : 通常我們把由電阻、電容、三極管、二極管、集成通常我們把由電阻、電容、三極管、二極管、集成 電路等電子元器件組成并具有一定功能的電路稱為電子電路等電子

5、元器件組成并具有一定功能的電路稱為電子 電路，簡(jiǎn)稱為電路。電路，簡(jiǎn)稱為電路。 一個(gè)完整的電子電路系統(tǒng)通常由若干個(gè)功能電路組一個(gè)完整的電子電路系統(tǒng)通常由若干個(gè)功能電路組 成，功能電路主要有：放大器、濾波器、信號(hào)源、波形成，功能電路主要有：放大器、濾波器、信號(hào)源、波形 發(fā)生電路、數(shù)字邏輯電路、數(shù)字存儲(chǔ)器、電源、模擬發(fā)生電路、數(shù)字邏輯電路、數(shù)字存儲(chǔ)器、電源、模擬/數(shù)數(shù) 字轉(zhuǎn)換器等。字轉(zhuǎn)換器等。 電子技術(shù)就是研究電子技術(shù)就是研究電子器件電子器件及及電路系統(tǒng)電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)、分析設(shè)計(jì)、分析 及制造的工程實(shí)用技術(shù)。目前電子技術(shù)主要由及制造的工程實(shí)用技術(shù)。目前電子技術(shù)主要由模擬電子模擬電子 技術(shù)技術(shù)和和數(shù)字電子

6、技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)兩部分組成。兩部分組成。 在電子技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，電子電路的應(yīng)用在日在電子技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，電子電路的應(yīng)用在日 常生活中無(wú)處不在，小到門鈴、收音機(jī)、常生活中無(wú)處不在，小到門鈴、收音機(jī)、DVD播放機(jī)、播放機(jī)、 電話機(jī)等，大到全球定位系統(tǒng)電話機(jī)等，大到全球定位系統(tǒng)GPS（Global Positioning Systems）、雷達(dá)、導(dǎo)航系統(tǒng)等。）、雷達(dá)、導(dǎo)航系統(tǒng)等。 5 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 模擬電子技術(shù)：模擬電子技術(shù)： 模擬電子技術(shù)主要研究處理模擬信號(hào)的電子電路。模擬電子技術(shù)主要研究處理模擬信號(hào)的電子電路。 模擬信號(hào)就是幅度連續(xù)的信號(hào)，如溫度、壓力、流量等。模擬

7、信號(hào)就是幅度連續(xù)的信號(hào)，如溫度、壓力、流量等。 數(shù)字電子技術(shù)主要研究處理數(shù)字信號(hào)的電子電路。數(shù)字電子技術(shù)主要研究處理數(shù)字信號(hào)的電子電路。 數(shù)字信號(hào)通常是指時(shí)間和幅度均離散的信號(hào)，如電報(bào)數(shù)字信號(hào)通常是指時(shí)間和幅度均離散的信號(hào)，如電報(bào) 信號(hào)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)等等。信號(hào)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)等等。 時(shí)間時(shí)間 時(shí)間時(shí)間 幅度幅度 幅度幅度 T 2T 3T 4T 5T 6T 數(shù)字電子技術(shù)：數(shù)字電子技術(shù)： 6 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 第一章第一章 常用半導(dǎo)體器件常用半導(dǎo)體器件 1.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí) 1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 1.3 雙極型晶體管雙極型晶體管 1.4 場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效

8、應(yīng)管 1.5 單結(jié)晶體管和晶閘管單結(jié)晶體管和晶閘管 1.6集成電路中的元件集成電路中的元件 7 本章討論的問(wèn)題：本章討論的問(wèn)題： 2.空穴是一種載流子嗎？空穴導(dǎo)電時(shí)電子運(yùn)動(dòng)嗎？空穴是一種載流子嗎？空穴導(dǎo)電時(shí)電子運(yùn)動(dòng)嗎？ 3.什么是什么是N型半導(dǎo)體？什么是型半導(dǎo)體？什么是P型半導(dǎo)體？型半導(dǎo)體？ 當(dāng)二種半導(dǎo)體制作在一起時(shí)會(huì)產(chǎn)生什么現(xiàn)象？當(dāng)二種半導(dǎo)體制作在一起時(shí)會(huì)產(chǎn)生什么現(xiàn)象？ 4.PN結(jié)上所加端電壓與電流符合歐姆定律嗎？它為什么結(jié)上所加端電壓與電流符合歐姆定律嗎？它為什么 具有單向性？在具有單向性？在PN結(jié)中另反向電壓時(shí)真的沒(méi)有電流嗎？結(jié)中另反向電壓時(shí)真的沒(méi)有電流嗎？ 5.晶體管是通過(guò)什么方式來(lái)控

9、制集電極電流的？場(chǎng)效晶體管是通過(guò)什么方式來(lái)控制集電極電流的？場(chǎng)效 應(yīng)管是通過(guò)什么方式來(lái)控制漏極電流的？為什么它應(yīng)管是通過(guò)什么方式來(lái)控制漏極電流的？為什么它 們都可以用于放大？們都可以用于放大？ 1.為什么采用半導(dǎo)體材料制作電子器件？為什么采用半導(dǎo)體材料制作電子器件？ 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 8 1.1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí) 1.1.1 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體 純凈的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體純凈的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(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

10、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，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。 一、一、導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 9 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：它具有不同于其它物質(zhì)的特點(diǎn)。例如： 當(dāng)受外界熱和光的作用時(shí)，當(dāng)受外界熱和光的作用時(shí)， 它的導(dǎo)電

11、能力明顯變化。它的導(dǎo)電能力明顯變化。 往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，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。會(huì)使它的導(dǎo)電能力明顯改變。 光敏器件光敏器件 二極管二極管 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 10 +4 +4 +4+4+4 +4 +4 +4 +4 完全純凈的、不含其他雜質(zhì)且具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)完全純凈的、不含其他雜質(zhì)且具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo) 體體 稱為本征半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體 將硅或鍺材料提將硅或鍺材料提 純便形成單晶體，純便形成單晶體， 它的原子結(jié)構(gòu)為它的原子結(jié)構(gòu)為 共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。 價(jià)價(jià) 電電 子子 共共 價(jià)價(jià) 鍵鍵 圖圖 1.1.1本征半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖本征

12、半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖 二、本征半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)二、本征半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu) 當(dāng)溫度當(dāng)溫度 T = 0 K 時(shí)，時(shí)， 半導(dǎo)體不導(dǎo)電，如同半導(dǎo)體不導(dǎo)電，如同 絕緣體。絕緣體。 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 11 +4 +4 +4 +4+4 +4+4+4 +4 圖圖 1.1.2本征半導(dǎo)體中的本征半導(dǎo)體中的 自由電子和空穴自由電子和空穴 自由電子自由電子空穴空穴 若若 T ，將有少數(shù)價(jià)，將有少數(shù)價(jià) 電子克服共價(jià)鍵的束縛成電子克服共價(jià)鍵的束縛成 為為自由電子自由電子，在原來(lái)的共，在原來(lái)的共 價(jià)鍵中留下一個(gè)空位價(jià)鍵中留下一個(gè)空位 空穴。空穴。 T 自由電子自由電子和和空穴

13、空穴使使本本 征半導(dǎo)體具有導(dǎo)電能力，征半導(dǎo)體具有導(dǎo)電能力， 但很微弱。但很微弱。 空穴可看成帶正電的空穴可看成帶正電的 載流子。載流子。 三、本征半導(dǎo)體中的兩種載流子三、本征半導(dǎo)體中的兩種載流子 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 四、本征半導(dǎo)體中載流子的濃度本征半導(dǎo)體中載流子的濃度 在一定溫度下在一定溫度下本征半導(dǎo)體中本征半導(dǎo)體中載流子的濃度是一定的，載流子的濃度是一定的， 并且自由電子與空穴的濃度相等。并且自由電子與空穴的濃度相等。 本征半導(dǎo)體中本征半導(dǎo)體中載流子的濃度公式：載流子的濃度公式： T=300 K室溫下室溫下, ,本征硅的電子和空穴濃度本征硅的電子和空穴濃度: : n = p

14、=1.431010/cm3 本征鍺的電子和空穴濃度本征鍺的電子和空穴濃度: : n = p =2.381013/cm3 ni=pi=K1T3/2 e -EGO/(2KT) 本征激發(fā)本征激發(fā) 復(fù)合復(fù)合 動(dòng)態(tài)平衡動(dòng)態(tài)平衡 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 13 1. 半導(dǎo)體中兩種載流子半導(dǎo)體中兩種載流子 帶負(fù)電的帶負(fù)電的自由電子自由電子 帶正電的帶正電的空穴空穴 2. 本征半導(dǎo)體中，自由電子和空穴總是成對(duì)出現(xiàn)，本征半導(dǎo)體中，自由電子和空穴總是成對(duì)出現(xiàn)， 稱為稱為 電子電子 - 空穴對(duì)?？昭▽?duì)。 3. 本征半導(dǎo)體中本征半導(dǎo)體中自由電子自由電子和和空穴空穴的濃度的濃度用用 ni 和和 pi 表示，顯

15、然 表示，顯然 ni = pi 。 4. 由于物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，自由電子和空穴不斷的產(chǎn)生又由于物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，自由電子和空穴不斷的產(chǎn)生又 不斷的復(fù)合。不斷的復(fù)合。在一定的溫度下，產(chǎn)生與復(fù)合運(yùn)動(dòng)在一定的溫度下，產(chǎn)生與復(fù)合運(yùn)動(dòng) 會(huì)達(dá)到平衡，載流子的濃度就一定了。會(huì)達(dá)到平衡，載流子的濃度就一定了。 5. 載流子的濃度與溫度密切相關(guān)，它隨著溫度的升載流子的濃度與溫度密切相關(guān)，它隨著溫度的升 高，基本按指數(shù)規(guī)律增加。高，基本按指數(shù)規(guī)律增加。 小結(jié)：小結(jié)： 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 14 1.1.21.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 雜質(zhì)半導(dǎo)體有兩種雜質(zhì)半導(dǎo)體有兩種 N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體

16、 一、一、 N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體(Negative) 在硅或鍺的晶體中摻入少量的在硅或鍺的晶體中摻入少量的 5 價(jià)價(jià)雜質(zhì)元素，如雜質(zhì)元素，如 磷、銻、砷等，即構(gòu)成磷、銻、砷等，即構(gòu)成 N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體( (或稱電子型或稱電子型 半導(dǎo)體半導(dǎo)體) )。 常用的常用的 5 價(jià)雜質(zhì)元素有磷、銻、砷等。價(jià)雜質(zhì)元素有磷、銻、砷等。 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 15 本征半導(dǎo)體摻入本征半導(dǎo)體摻入 5 價(jià)元素后，原來(lái)晶體中的某些價(jià)元素后，原來(lái)晶體中的某些 硅原子將被雜質(zhì)原子代替。雜質(zhì)原子最外層有硅原子將被雜質(zhì)原子代替。雜質(zhì)原子最外層有 5 個(gè)價(jià)個(gè)價(jià) 電子，其中電子，其中 4 個(gè)與硅構(gòu)成共價(jià)鍵，多余

17、一個(gè)電子只受個(gè)與硅構(gòu)成共價(jià)鍵，多余一個(gè)電子只受 自身原子核吸引，在室溫下即可成為自由電子。自身原子核吸引，在室溫下即可成為自由電子。 自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴的濃度，即自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴的濃度，即 n p 。 電子稱為多數(shù)載流子電子稱為多數(shù)載流子( (簡(jiǎn)稱多子簡(jiǎn)稱多子) )， 空穴稱為少數(shù)載流子空穴稱為少數(shù)載流子( (簡(jiǎn)稱少子簡(jiǎn)稱少子) )。 5 價(jià)雜質(zhì)原子稱為價(jià)雜質(zhì)原子稱為施主原子。施主原子。 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 16 +4 +4 +4 +4+4 +4+4+4 +4+5 自由電子自由電子 施主原子施主原子 圖圖 1.1.3N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī)

18、白白 17 二、二、 P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 在硅或鍺的晶體中摻入少量的在硅或鍺的晶體中摻入少量的 3 價(jià)價(jià)雜質(zhì)元素，如雜質(zhì)元素，如 硼、鎵、銦等，即構(gòu)成硼、鎵、銦等，即構(gòu)成 P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體。 空穴濃度多于電子濃度，即空穴濃度多于電子濃度，即 p n?？湛?穴為多數(shù)載流子穴為多數(shù)載流子，電子為少數(shù)載流子。，電子為少數(shù)載流子。 3 價(jià)雜質(zhì)原子稱為價(jià)雜質(zhì)原子稱為受主原子。受主原子。 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 18 圖圖 1.1.4P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 +4 +4 +4 +4+4 +4+4+4 +4+3 受主受主 原子原子 空穴空穴 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 19 說(shuō)明：說(shuō)明

19、： 1. 摻入雜質(zhì)的濃度決定多數(shù)載流子濃度；溫度決摻入雜質(zhì)的濃度決定多數(shù)載流子濃度；溫度決 定少數(shù)載流子的濃度。定少數(shù)載流子的濃度。 3. 雜質(zhì)半導(dǎo)體總體上保持電中性。雜質(zhì)半導(dǎo)體總體上保持電中性。 4. 雜質(zhì)半導(dǎo)體的表示方法如下圖所示。雜質(zhì)半導(dǎo)體的表示方法如下圖所示。 2. 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體載流子的數(shù)目載流子的數(shù)目要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于本征半導(dǎo)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于本征半導(dǎo) 體，因而其導(dǎo)電能力大大改善。體，因而其導(dǎo)電能力大大改善。 ( (a) )N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 ( (b) ) P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 圖圖 雜質(zhì)半導(dǎo)體的的簡(jiǎn)化表示法雜質(zhì)半導(dǎo)體的的簡(jiǎn)化表示法 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 20 在一塊半導(dǎo)體

20、單晶上一側(cè)摻雜成為在一塊半導(dǎo)體單晶上一側(cè)摻雜成為 P 型半導(dǎo)體，型半導(dǎo)體， 另一側(cè)摻雜成為另一側(cè)摻雜成為 N 型半導(dǎo)體，兩個(gè)區(qū)域的交界處就形型半導(dǎo)體，兩個(gè)區(qū)域的交界處就形 成了一個(gè)特殊的薄層，成了一個(gè)特殊的薄層，稱為稱為 PN 結(jié)結(jié)。 P NPN結(jié)結(jié) 圖圖 PN 結(jié)的形成結(jié)的形成 一、一、PN 結(jié)的形成結(jié)的形成 1.1.3PN結(jié)結(jié) 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 21 PN 結(jié)中載流子的運(yùn)動(dòng)結(jié)中載流子的運(yùn)動(dòng) 耗盡層耗盡層 空間電荷區(qū)空間電荷區(qū) P N 1. 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 2 . 擴(kuò) 散擴(kuò) 散 運(yùn) 動(dòng) 形 成 空運(yùn) 動(dòng) 形 成 空 間電荷區(qū)間電荷區(qū) 電子和空電子和空 穴濃度差形成穴濃度差

21、形成 多數(shù)載流子的多數(shù)載流子的 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。 PN 結(jié)，結(jié)， 耗盡層。耗盡層。 P N 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 3. 空間電荷區(qū)產(chǎn)生內(nèi)電場(chǎng)空間電荷區(qū)產(chǎn)生內(nèi)電場(chǎng) P N 空間電荷區(qū)空間電荷區(qū) 內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng) Uho 空間電荷區(qū)正負(fù)離子之間電位差空間電荷區(qū)正負(fù)離子之間電位差 U ho 電位壁 電位壁 壘壘； 內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)；內(nèi)電場(chǎng)阻止多子的擴(kuò)散；內(nèi)電場(chǎng)阻止多子的擴(kuò)散 阻擋層阻擋層。 4. 漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng) 內(nèi) 電 場(chǎng)內(nèi) 電 場(chǎng) 有利于少子有利于少子 運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)漂移。漂移。 少子少子 的 運(yùn) 動(dòng) 與的 運(yùn) 動(dòng) 與 多 子 運(yùn) 動(dòng)多 子 運(yùn) 動(dòng) 方向相反方向相反 阻擋層阻擋層 第第 四四

22、 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 23 5. 擴(kuò)散與漂移的動(dòng)態(tài)平衡擴(kuò)散與漂移的動(dòng)態(tài)平衡 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使空間電荷區(qū)增大，擴(kuò)散電流逐漸減?。粩U(kuò)散運(yùn)動(dòng)使空間電荷區(qū)增大，擴(kuò)散電流逐漸減??； 隨著內(nèi)電場(chǎng)的增強(qiáng)，漂移運(yùn)動(dòng)逐漸增加；隨著內(nèi)電場(chǎng)的增強(qiáng)，漂移運(yùn)動(dòng)逐漸增加； 當(dāng)擴(kuò)散電流與漂移電流相等時(shí)，當(dāng)擴(kuò)散電流與漂移電流相等時(shí)，PN 結(jié)總的電流等結(jié)總的電流等 于零，空間電荷區(qū)的寬度達(dá)到穩(wěn)定。于零，空間電荷區(qū)的寬度達(dá)到穩(wěn)定。 對(duì)稱結(jié)對(duì)稱結(jié) 即即擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)與漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)與漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。 P N 不對(duì)稱結(jié)不對(duì)稱結(jié) 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 24 1. 外加正向電壓時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài)外加正向電壓時(shí)處于

23、導(dǎo)通狀態(tài) 又稱正向偏置，簡(jiǎn)稱正偏。又稱正向偏置，簡(jiǎn)稱正偏。 外電場(chǎng)方向外電場(chǎng)方向 內(nèi)電場(chǎng)方向內(nèi)電場(chǎng)方向 耗盡層耗盡層 V R I 空間電荷區(qū)變窄，有利空間電荷區(qū)變窄，有利 于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，電路中有于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，電路中有 較大的正向電流。較大的正向電流。 圖圖 1.1.6 P N 什么是什么是PN結(jié)的單向結(jié)的單向 導(dǎo)電性？導(dǎo)電性？ 有什么作用？有什么作用？ 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 25 在在 PN 結(jié)加上一個(gè)很小的正向電壓，即可得到較結(jié)加上一個(gè)很小的正向電壓，即可得到較 大的正向電流，為防止電流過(guò)大，可接入電阻大的正向電流，為防止電流過(guò)大，可接入電阻 R。 2. 外加反向電壓時(shí)處于截止?fàn)顟B(tài)

24、外加反向電壓時(shí)處于截止?fàn)顟B(tài)( (反偏反偏) ) 反向接法時(shí)，外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)的方向一致，增強(qiáng)反向接法時(shí)，外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)的方向一致，增強(qiáng) 了內(nèi)電場(chǎng)的作用；了內(nèi)電場(chǎng)的作用； 外電場(chǎng)使空間電荷區(qū)變寬；外電場(chǎng)使空間電荷區(qū)變寬； 不利于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，有利于漂移運(yùn)動(dòng)，漂移電流不利于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，有利于漂移運(yùn)動(dòng)，漂移電流 大于擴(kuò)散電流，電路中產(chǎn)生反向電流大于擴(kuò)散電流，電路中產(chǎn)生反向電流 I ； 由于少數(shù)載流子濃度很低，反向電流數(shù)值非常小。由于少數(shù)載流子濃度很低，反向電流數(shù)值非常小。 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 26 耗盡層耗盡層 圖圖 1.1.7PN 結(jié)加反相電壓時(shí)截止結(jié)加反相電壓時(shí)截止 反向電流又稱反向電流

25、又稱反向飽和電流反向飽和電流。對(duì)溫度十分敏感對(duì)溫度十分敏感， 隨著溫度升高，隨著溫度升高， IS 將急劇增大將急劇增大。 P N 外電場(chǎng)方向外電場(chǎng)方向 內(nèi)電場(chǎng)方向內(nèi)電場(chǎng)方向 VR IS 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 27 當(dāng)當(dāng) PN 結(jié)正向偏置時(shí)，回路中將產(chǎn)生一個(gè)較大結(jié)正向偏置時(shí)，回路中將產(chǎn)生一個(gè)較大 的正向電流，的正向電流， PN 結(jié)處于結(jié)處于 導(dǎo)通狀態(tài)導(dǎo)通狀態(tài)； 當(dāng)當(dāng) PN 結(jié)反向偏置時(shí)，回路中反向電流非常結(jié)反向偏置時(shí)，回路中反向電流非常 小，幾乎等于零，小，幾乎等于零， PN 結(jié)處于結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)截止?fàn)顟B(tài)。 綜上所述：綜上所述： 可見，可見， PN 結(jié)具有結(jié)具有單向?qū)щ娦詥蜗驅(qū)щ娦?/p>

26、。 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 ) 1e ( S T U u Ii IS ：反向飽和電流：反向飽和電流 UT ：溫度的電壓當(dāng)量：溫度的電壓當(dāng)量 在常溫在常溫( (300 K) )下，下， UT 26 mV PN結(jié)所加端電壓結(jié)所加端電壓u與流過(guò)的電流與流過(guò)的電流i的關(guān)系為的關(guān)系為 ) 1e ( S kt u q Ii 公式推導(dǎo)過(guò)程略公式推導(dǎo)過(guò)程略 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 29 四、四、PN結(jié)的伏安特性結(jié)的伏安特性 i = f ( (u ) )之間的關(guān)系曲線。之間的關(guān)系曲線。 60 40 20 0.002 0.004 00.5 1.0 2550 i/ mA u / V 正向特性

27、正向特性 死區(qū)電壓死區(qū)電壓 擊穿電壓擊穿電壓 U(BR) 反向特性反向特性 圖圖 1.1.10PN結(jié)的伏安特性結(jié)的伏安特性 反向擊穿反向擊穿 齊納擊穿齊納擊穿 雪崩擊穿雪崩擊穿 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 30 五、五、PN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng) 當(dāng)當(dāng)PN上的電壓發(fā)生變化時(shí)，上的電壓發(fā)生變化時(shí)，PN 結(jié)中儲(chǔ)存的電荷結(jié)中儲(chǔ)存的電荷 量將隨之發(fā)生變化，使量將隨之發(fā)生變化，使PN結(jié)具有電容效應(yīng)。結(jié)具有電容效應(yīng)。 電容效應(yīng)包括兩部分電容效應(yīng)包括兩部分 勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容 擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容 1. 勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容Cb 是由是由 PN 結(jié)的空間電荷區(qū)變化形成的。結(jié)的空間電荷區(qū)變化形成的。 ( (a

28、) ) PN 結(jié)加正向電壓結(jié)加正向電壓（b) ) PN 結(jié)加反向電壓結(jié)加反向電壓 N 空間空間 電荷區(qū)電荷區(qū) P V R I + U N 空間空間 電荷區(qū)電荷區(qū) P R I + U V 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 31 空間電荷區(qū)的正負(fù)離子數(shù)目發(fā)生變化，如同電容空間電荷區(qū)的正負(fù)離子數(shù)目發(fā)生變化，如同電容 的放電和充電過(guò)程。的放電和充電過(guò)程。 勢(shì)壘電容的大小可用下式表示：勢(shì)壘電容的大小可用下式表示： l S U Q C d d b 由于由于 PN 結(jié)結(jié) 寬度寬度 l 隨外隨外 加電壓加電壓 u 而變化，因此而變化，因此勢(shì)壘勢(shì)壘 電容電容 Cb不是一個(gè)常數(shù)不是一個(gè)常數(shù)。其。其 Cb = f

29、 ( (U) ) 曲線如圖示。曲線如圖示。 ：半導(dǎo)體材料的介電比系數(shù)；：半導(dǎo)體材料的介電比系數(shù)； S ：結(jié)面積；：結(jié)面積； l ：耗盡層寬度。：耗盡層寬度。 O u Cb 圖圖 1.1.11（b) 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 32 2. 擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容 Cd Q 是由多數(shù)載流子在擴(kuò)散過(guò)程中積累而引起的。是由多數(shù)載流子在擴(kuò)散過(guò)程中積累而引起的。 在某個(gè)正向電壓下，在某個(gè)正向電壓下，P 區(qū)中的電子濃度區(qū)中的電子濃度 np( (或或 N 區(qū)的空穴區(qū)的空穴 濃度濃度 pn) )分布曲線如圖中曲線分布曲線如圖中曲線 1 所示。所示。 x = 0 處為處為 P 與與 耗耗 盡層的交界處盡層的交界

30、處 當(dāng)電壓加大，當(dāng)電壓加大，np ( (或或 pn) )會(huì)升高，會(huì)升高， 如曲線如曲線 2 所示所示( (反之濃度會(huì)降低反之濃度會(huì)降低) )。 O x nP Q 1 2 Q 當(dāng)加反向電壓時(shí)，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)被當(dāng)加反向電壓時(shí)，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)被 削弱，擴(kuò)散電容的作用可忽略。削弱，擴(kuò)散電容的作用可忽略。 Q 正向電壓變化時(shí)，變化載流子積正向電壓變化時(shí)，變化載流子積 累電荷量發(fā)生變化，相當(dāng)于電容器充累電荷量發(fā)生變化，相當(dāng)于電容器充 電和放電的過(guò)程電和放電的過(guò)程 擴(kuò)散電容效應(yīng)。擴(kuò)散電容效應(yīng)。 圖圖 1.1.12 PN PN 結(jié)結(jié) 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 33 綜上所述：綜上所述： PN 結(jié)總的結(jié)電容結(jié)總的

31、結(jié)電容 Cj 包括勢(shì)壘電容包括勢(shì)壘電容 Cb 和擴(kuò)散電容和擴(kuò)散電容 Cd 兩部分兩部分。 Cb 和和 Cd 值都很小，通常為幾個(gè)皮法值都很小，通常為幾個(gè)皮法 幾十皮法，幾十皮法， 有些結(jié)面積大的二極管可達(dá)幾百皮法。有些結(jié)面積大的二極管可達(dá)幾百皮法。 當(dāng)反向偏置時(shí)，勢(shì)壘電容起主要作用，可以認(rèn)為當(dāng)反向偏置時(shí)，勢(shì)壘電容起主要作用，可以認(rèn)為 Cj Cb。 一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)二極管正向偏置時(shí)，擴(kuò)散電容起主要一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)二極管正向偏置時(shí)，擴(kuò)散電容起主要 作用，即可以認(rèn)為作用，即可以認(rèn)為 Cj Cd； 在信號(hào)頻率較高時(shí)，須考慮結(jié)電容的作用。在信號(hào)頻率較高時(shí)，須考慮結(jié)電容的作用。 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白

32、 34 1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 在在PN結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個(gè)二極管。結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個(gè)二極管。 二極管按結(jié)構(gòu)分有二極管按結(jié)構(gòu)分有點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型 圖圖1.2.11.2.1二極管的幾種二極管的幾種外形外形 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 35 1 點(diǎn)接觸型二極管點(diǎn)接觸型二極管 (a)(a)點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型 二極管的結(jié)構(gòu)示意圖二極管的結(jié)構(gòu)示意圖 1.2.1半導(dǎo)體二極管的幾種常見結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體二極管的幾種常見結(jié)構(gòu) PN結(jié)面積小，結(jié)結(jié)面積小，結(jié) 電容小，用于檢波和變電容小，用于檢波和變 頻等高頻電路。頻等高頻電路。 第第 四四 版版

33、童童 詩(shī)詩(shī) 白白 36 3 平面型二極管平面型二極管 往往用于集成電路制造往往用于集成電路制造 工藝中。工藝中。PN 結(jié)面積可大可小，結(jié)面積可大可小， 用于高頻整流和開關(guān)電路中。用于高頻整流和開關(guān)電路中。 2 面接觸型二極管面接觸型二極管 PN結(jié)面積大，用結(jié)面積大，用 于工頻大電流整流電路。于工頻大電流整流電路。 (b)(b)面接觸型面接觸型 (c)(c)平面型平面型 陰極陰極 引線引線 陽(yáng)極陽(yáng)極 引線引線 P N P 型支持襯底型支持襯底 4二極管的代表符號(hào)二極管的代表符號(hào) (d) 代表符號(hào)代表符號(hào) k 陰極陰極陽(yáng)極陽(yáng)極 a D 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 37 1.2.2二極管的伏

34、安特性二極管的伏安特性 二極管的伏安特性曲線可用下式表示二極管的伏安特性曲線可用下式表示 0 D/V 0.2 0.4 0.6 0.8 10 20 30 40 5 10 15 20 10 20 30 40 iD/ A iD/mA 死死區(qū)區(qū) Vth VBR 硅二極管硅二極管2CP102CP10的的伏安伏安特性特性 + iD vD - R 正向特性正向特性 反向特性反向特性 反向擊穿特性反向擊穿特性 開啟電壓：開啟電壓：0.5V 導(dǎo)通電壓：導(dǎo)通電壓：0.7 ) 1e( S T U u Ii 一、伏安特性一、伏安特性 0 D/V 0.2 0.4 0.6 20 40 60 5 10 15 20 10 2

35、0 30 40 iD/ A iD/mA Vth VBR 鍺二極管鍺二極管2AP152AP15的的伏安伏安特性特性 Uon U(BR) 開啟電壓：開啟電壓：0.1V 導(dǎo)通電壓：導(dǎo)通電壓：0.2V 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 38 二、溫度對(duì)二極管伏安特性的影響二、溫度對(duì)二極管伏安特性的影響 在環(huán)境溫度升高時(shí)，二極管的正向特性將左移，反在環(huán)境溫度升高時(shí)，二極管的正向特性將左移，反 向特性將下移。向特性將下移。 二極管的特性對(duì)溫度很敏感，二極管的特性對(duì)溫度很敏感，具有負(fù)溫度系數(shù)。具有負(fù)溫度系數(shù)。 50 I / mA U / V 0.20.4 25 5 10 15 0.01 0.02 0 溫度

36、增加溫度增加 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 39 1.2.3 二極管的參數(shù)二極管的參數(shù) (1) 最大整流電流最大整流電流IF (2) 反向擊穿電壓反向擊穿電壓U（ （BR）和最高反向工作電壓 和最高反向工作電壓URM (3) 反向電流反向電流I IR R (4) 最高工作頻率最高工作頻率f fM M (5) 極間電容極間電容Cj 在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)管子在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)管子 所用的場(chǎng)合，按其所承受的所用的場(chǎng)合，按其所承受的 最高反向電壓、最大正向平最高反向電壓、最大正向平 均電流、工作頻率、環(huán)境溫均電流、工作頻率、環(huán)境溫 度等條件，選擇滿足要求的度等條件，選擇滿足要求的 二極管。二極

37、管。 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 40 1.2.4 二極管二極管等效電路等效電路 一、由伏安特性折線化得到的等效電路一、由伏安特性折線化得到的等效電路 1. 理想模型理想模型 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 41 1.2.4 二極管二極管等效電路等效電路 一、由伏安特性折線化得到的等效電路一、由伏安特性折線化得到的等效電路 2. 恒壓降模型恒壓降模型 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 42 1.2.4 二極管二極管等效電路等效電路 一、由伏安特性折線化得到的等效電路一、由伏安特性折線化得到的等效電路 3. 折線模型折線模型 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 43 二、二極管的微

38、變等效電路二、二極管的微變等效電路 二極管工作在正向特性的某一小范圍內(nèi)二極管工作在正向特性的某一小范圍內(nèi) 時(shí)，其正向特性可以等效成一個(gè)微變電阻。時(shí)，其正向特性可以等效成一個(gè)微變電阻。 D D d i v r 即即)1( / SD D T Vv eIi根據(jù)根據(jù) 得得Q點(diǎn)處的微變電導(dǎo)點(diǎn)處的微變電導(dǎo) Q dv di g D D d Q Vv T T e V I / S D T V ID d d 1 g r 則則 D I VT 常溫下（常溫下（T=300K） )mA( )mV(26 DD d II V r T 圖圖1.2.7二極管的微變等效電路二極管的微變等效電路 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白

39、44 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例 二極管的靜態(tài)工作情況分析二極管的靜態(tài)工作情況分析 V 0 D VmA 1/ DDD RVI 理想模型理想模型 （R=10k ） VDD=10V 時(shí)時(shí) mA 93. 0/ )( DDDD RVVI 恒壓模型恒壓模型 V 7 . 0 D V （硅二極管典型值）（硅二極管典型值） 折線模型折線模型 V 5 . 0 th V（硅二極管典型值）（硅二極管典型值） mA 931. 0 D thDD D rR VV I k 2 . 0 D r 設(shè)設(shè) V 69. 0 DDthD rIVV + D iD VDD + D iD VDD VD + D iD VDD rD Vth 第第 四四

40、版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 45 1.2.5 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管 一、穩(wěn)壓管的伏安特性一、穩(wěn)壓管的伏安特性 (a)符號(hào)符號(hào) (b)2CW17 伏安特性伏安特性 利用二極管反向擊穿特性實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。穩(wěn)壓二極管利用二極管反向擊穿特性實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。穩(wěn)壓二極管 穩(wěn)壓時(shí)工作在反向電擊穿狀態(tài)，反向電壓應(yīng)大于穩(wěn)壓穩(wěn)壓時(shí)工作在反向電擊穿狀態(tài)，反向電壓應(yīng)大于穩(wěn)壓 電壓。電壓。 DZ 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 46 (1) 穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓UZ (2) 動(dòng)態(tài)電阻動(dòng)態(tài)電阻rZ 在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向 工作電流工作電流IZ下，所對(duì)應(yīng)的下，所對(duì)應(yīng)的 反向工作電壓。反向工作電壓。 rZ = VZ / IZ

41、(3)(3)最大耗散功率最大耗散功率 PZM (4)(4)最大穩(wěn)定工作電流最大穩(wěn)定工作電流 IZmax 和最小穩(wěn)定工作電流和最小穩(wěn)定工作電流 IZmin (5)溫度系數(shù)溫度系數(shù) VZ 二、穩(wěn)壓管的主要參數(shù)二、穩(wěn)壓管的主要參數(shù) 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 47 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路 正常穩(wěn)壓時(shí)正常穩(wěn)壓時(shí) UO =UZ UI UOUZ IZ UOUR IR + R - IR + - RL IO VOVI IZ DZ UOUI 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 如電路參數(shù)變化？如電路參數(shù)變化？ 48 例例1：穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用：穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用 RL ui uO R DZ i iz iL UZ

42、穩(wěn)壓二極管技術(shù)數(shù)據(jù)為：穩(wěn)壓值穩(wěn)壓二極管技術(shù)數(shù)據(jù)為：穩(wěn)壓值U UZ Z=10V=10V，I Izmax zmax=12mA =12mA， I Izmin zmin=2mA =2mA，負(fù)載電阻，負(fù)載電阻R RL L=2k=2k ，輸入電壓，輸入電壓u ui i=12V=12V，限流電阻，限流電阻 R=200 R=200 ，求，求iZ。 若若負(fù)載電阻負(fù)載電阻變化范圍為變化范圍為1.5 1.5 k k - 4 - 4 k k ，是否還能穩(wěn)，是否還能穩(wěn) 壓？壓？ 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 49 RLui uO R DZ i iz iL UZ UZ=10V ui=12V R=200 Izmax=

43、12mA Izmin=2mA RL=2k (1.5 k 4 k ) iL=uo/RL=UZ/RL=10/2=5（mA） i= （ui - UZ）/R=（12-10）/0.2=10 （mA） iZ = i - iL=10-5=5 （mA） RL=1.5 k , iL=10/1.5=6.7（mA）, iZ =10-6.7=3.3（mA） RL=4 k , iL=10/4=2.5（mA）, iZ =10-2.5=7.5（mA） 負(fù)載變化負(fù)載變化,但但iZ仍在仍在12mA和和2mA之間之間, 所以穩(wěn)壓管仍能起所以穩(wěn)壓管仍能起穩(wěn)壓作用穩(wěn)壓作用 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 50 例例2：穩(wěn)壓二極管

44、的應(yīng)用：穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用 t u 0 I /V 6 3 t u 0 O1/V 3 t u 0 O2/V 3 解：解： ui和和uo的波形如圖所示的波形如圖所示 （UZ3V） ui uO DZ R (a) (b) ui uO R DZ 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 51 一、發(fā)光二極管一、發(fā)光二極管 LED ( (Light Emitting Diode) ) 1. 符號(hào)和特性符號(hào)和特性 工作條件：工作條件：正向偏置正向偏置 一般工作電流幾十一般工作電流幾十 mA， 導(dǎo)通電壓導(dǎo)通電壓 (1 2) V 符號(hào)符號(hào) u /V i /mA O 2 特性特性 1.2.6其它類型的二極管其它類型的二極

45、管 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 52 發(fā)光類型：發(fā)光類型： 可見光：可見光：紅、黃、綠紅、黃、綠 顯示類型：顯示類型： 普通普通 LED ， 不可見光：不可見光：紅外光紅外光 點(diǎn)陣點(diǎn)陣 LED七段七段 LED , 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 53 二、光電二極管二、光電二極管 符號(hào)和特性符號(hào)和特性 符號(hào)符號(hào) 特性特性 u i O E = 200 lx E = 400 lx 工作原理：工作原理： 三、變?nèi)荻O管三、變?nèi)荻O管 四、隧道二極管四、隧道二極管 五、肖特基二極管五、肖特基二極管 無(wú)光照時(shí)，與普通二極管一樣。無(wú)光照時(shí)，與普通二極管一樣。 有光照時(shí)，分布在第三、四象限。有光

46、照時(shí)，分布在第三、四象限。 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 54 1.3雙極型晶體管雙極型晶體管( (BJT) ) 又稱半導(dǎo)體三極管、晶體三極管，或簡(jiǎn)稱晶體管。又稱半導(dǎo)體三極管、晶體三極管，或簡(jiǎn)稱晶體管。 ( (Bipolar Junction Transistor) ) 三極管的外形如下圖所示。三極管的外形如下圖所示。 三極管有兩種類型：三極管有兩種類型：NPN 型和型和 PNP 型。型。 主要以主要以 NPN 型為例進(jìn)行討論。型為例進(jìn)行討論。 圖圖 1.3.1三極管的外形三極管的外形 X：低頻小功率管：低頻小功率管 D：低頻大功率管：低頻大功率管 G：高頻小功率管：高頻小功率管 A：高

47、頻大功率管：高頻大功率管 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 55 1.3.1晶體管的結(jié)構(gòu)及類型晶體管的結(jié)構(gòu)及類型 常用的三極管的結(jié)構(gòu)有硅平面管和鍺合金管兩種類型。常用的三極管的結(jié)構(gòu)有硅平面管和鍺合金管兩種類型。 圖圖1.3.2a三極管的結(jié)構(gòu)三極管的結(jié)構(gòu) ( (a) )平面型平面型( (NPN) ) ( (b) )合金型合金型( (PNP) ) N e c N P b 二氧化硅二氧化硅 b e c P N P e 發(fā)射極，發(fā)射極， b基極，基極， c 集電極。集電極。 發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū) 集電區(qū)集電區(qū) 基區(qū)基區(qū) 基區(qū)基區(qū) 發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū) 集電區(qū)集電區(qū) 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 56 圖圖 1

48、.3.2(b)三極管結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)三極管結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)NPN 型型 e c b 符號(hào)符號(hào) 集電區(qū)集電區(qū) 集電結(jié)集電結(jié) 基區(qū)基區(qū) 發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié) 發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū) 集電極集電極 c 基極基極 b 發(fā)射極發(fā)射極 e N N P 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 57 集電區(qū)集電區(qū) 集電結(jié)集電結(jié) 基區(qū)基區(qū) 發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié) 發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū) 集電極集電極 c 發(fā)射極發(fā)射極 e 基極基極 b c b e 符號(hào)符號(hào) N NP P N 圖圖 1.3.2三極管結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)三極管結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)( (b) )PNP 型型 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 58 1.3.2晶體管的電流放大作用晶體管的電流放大作用

49、 以以 NPN 型三極管為例討論型三極管為例討論 c N N P e b b e c 表面看表面看 三極管若實(shí)三極管若實(shí) 現(xiàn)放大，必須從現(xiàn)放大，必須從 三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu) 和和外部所加電源外部所加電源 的極性的極性來(lái)保證。來(lái)保證。 不具備不具備 放大作用放大作用 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 59 三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)要求：三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)要求： N N P e b c N N N P P P 1. 發(fā)射區(qū)高摻雜。發(fā)射區(qū)高摻雜。 2. 基區(qū)做得很薄基區(qū)做得很薄。通常只有。通常只有 幾微米到幾十微米，而且?guī)孜⒚椎綆资⒚?，而且摻雜較摻雜較 少少。 三極管放大的外部條件三極管放大的外部條件

50、：外加電源的極性應(yīng)使：外加電源的極性應(yīng)使發(fā)射發(fā)射 結(jié)處于正向偏置結(jié)處于正向偏置狀態(tài)，而狀態(tài)，而集電結(jié)處于反向偏置集電結(jié)處于反向偏置狀態(tài)。狀態(tài)。 3. 集電結(jié)面積大。集電結(jié)面積大。 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 60 b e c Rc Rb 一、晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)一、晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng) I E IB 1. 發(fā)射結(jié)加正向電壓，擴(kuò)散發(fā)射結(jié)加正向電壓，擴(kuò)散 運(yùn)動(dòng)形成發(fā)射極電流運(yùn)動(dòng)形成發(fā)射極電流 發(fā)射區(qū)的電子越過(guò)發(fā)射結(jié)擴(kuò)散發(fā)射區(qū)的電子越過(guò)發(fā)射結(jié)擴(kuò)散 到基區(qū)，基區(qū)的空穴擴(kuò)散到發(fā)到基區(qū)，基區(qū)的空穴擴(kuò)散到發(fā) 射區(qū)射區(qū)形成發(fā)射極電流形成發(fā)射極電流 IE ( (基基 區(qū)多子數(shù)目較少，空穴電流可區(qū)多子

51、數(shù)目較少，空穴電流可 忽略忽略) )。 2. 擴(kuò)散到基區(qū)的自由電子與擴(kuò)散到基區(qū)的自由電子與 空穴的復(fù)合運(yùn)動(dòng)形成基極空穴的復(fù)合運(yùn)動(dòng)形成基極 電流電流 電子到達(dá)基區(qū)，少數(shù)與空穴復(fù)電子到達(dá)基區(qū)，少數(shù)與空穴復(fù) 合形成基極電流合形成基極電流 Ibn，復(fù)合掉的復(fù)合掉的 空穴由空穴由 VBB 補(bǔ)充補(bǔ)充。 多數(shù)電子在基區(qū)繼續(xù)擴(kuò)散，到達(dá)多數(shù)電子在基區(qū)繼續(xù)擴(kuò)散，到達(dá) 集電結(jié)的一側(cè)。集電結(jié)的一側(cè)。 晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng) 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 61 b e c I E I B Rc Rb 3.集電結(jié)加反向電壓，漂移集電結(jié)加反向電壓，漂移 運(yùn)動(dòng)形成集電極電流運(yùn)動(dòng)形成集電極電流Ic

52、集電結(jié)反偏，有利于收集基區(qū)集電結(jié)反偏，有利于收集基區(qū) 擴(kuò)散過(guò)來(lái)的電子而形成集電極擴(kuò)散過(guò)來(lái)的電子而形成集電極 電流電流 Icn。 其能量來(lái)自外接電源其能量來(lái)自外接電源 VCC 。 I C 另外，集電區(qū)和基區(qū)的少另外，集電區(qū)和基區(qū)的少 子在外電場(chǎng)的作用下將進(jìn)子在外電場(chǎng)的作用下將進(jìn) 行漂移運(yùn)動(dòng)而形成行漂移運(yùn)動(dòng)而形成反向反向飽飽 和電流和電流，用用ICBO表示表示。 ICBO 晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng) 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 62 b e c e Rc Rb 二、晶體管的電流分配關(guān)系二、晶體管的電流分配關(guān)系 IEp ICBO IE IC IB IEn IBn ICn I

53、C = ICn + ICBO IE= ICn + IBn + IEp = IEn+ IEp IB=IEP+ IBNICBO IE =IC+IB 圖圖1.3.4晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)與外部電流晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)與外部電流 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 63 三、晶體管的共射電流放大系數(shù)三、晶體管的共射電流放大系數(shù) CBOB CBOC II II CEOBCBOBC )1 ( IIIII 整理可得：整理可得： ICBO 稱反向飽和電流稱反向飽和電流 ICEO 稱穿透電流稱穿透電流 1、共射直流電流放大系數(shù)、共射直流電流放大系數(shù) BC II BE I1I）（ 2、共射交流電流放大系數(shù)、共射

54、交流電流放大系數(shù) B C I I VCC Rb + VBB C1 T IC IB C2 Rc + 共發(fā)射極接法共發(fā)射極接法 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 64 3、共基直流電流放大系數(shù)、共基直流電流放大系數(shù) E Cn I I CBOECBOCnC IIIII 1 1 或或 4、共基交流電流放大系數(shù)、共基交流電流放大系數(shù) E C i i 直流參數(shù)直流參數(shù) 與交流參數(shù)與交流參數(shù) 、 的含義是不同的，的含義是不同的， 但是，對(duì)于大多數(shù)三極管來(lái)說(shuō)，但是，對(duì)于大多數(shù)三極管來(lái)說(shuō)， 與與 ， 與與 的數(shù)值的數(shù)值 卻差別不大，計(jì)算中，可不將它們嚴(yán)格區(qū)分。卻差別不大，計(jì)算中，可不將它們嚴(yán)格區(qū)分。 、 5.

55、 與與 的關(guān)系的關(guān)系 ICIE + C2 + C1 VEE Re VCC Rc 共基極接法共基極接法 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 65 1.3.3 晶體管的共射特性曲線晶體管的共射特性曲線 uCE = 0V uBE /V iB=f(uBE) UCE=const (2) 當(dāng)當(dāng)uCE1V時(shí)，時(shí)， uCB= uCE - - uBE0，集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀態(tài)，開始收，集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀態(tài)，開始收 集電子，基區(qū)復(fù)合減少，在同樣的集電子，基區(qū)復(fù)合減少，在同樣的uBE下下 IB減小，特性曲線右移。減小，特性曲線右移。 (1) 當(dāng)當(dāng)uCE=0V時(shí)，相當(dāng)于發(fā)射結(jié)的正向伏安特性曲線。時(shí)，相當(dāng)于發(fā)射結(jié)的正向伏

56、安特性曲線。 一一. 輸入特性曲線輸入特性曲線 uCE = 0V uCE 1V uBE /V + - b c e 共射極放大電路 UBB UCC uBE iC iB+ - uCE 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 66 飽和區(qū)：飽和區(qū)：iC明顯受明顯受uCE控控 制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)，制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)， 一般一般uCE0.7V(硅管硅管)。 此時(shí)，此時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，集發(fā)射結(jié)正偏，集 電結(jié)正偏或反偏電壓很電結(jié)正偏或反偏電壓很 小小。 iC=f(uCE) IB=const 二、輸出特性曲線二、輸出特性曲線 輸出特性曲線的三個(gè)區(qū)域輸出特性曲線的三個(gè)區(qū)域: 截止區(qū)：截止區(qū)：iC接近零的接近零的 區(qū)域

57、，相當(dāng)區(qū)域，相當(dāng)iB=0的曲的曲 線的下方。此時(shí)，線的下方。此時(shí)， uBE小于死區(qū)電壓，小于死區(qū)電壓， 集電結(jié)反偏集電結(jié)反偏。 放大區(qū)：放大區(qū)：iC平行于平行于uCE軸的軸的 區(qū)域，曲線基本平行等距。區(qū)域，曲線基本平行等距。 此時(shí)，此時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，集電發(fā)射結(jié)正偏，集電 結(jié)反偏結(jié)反偏。 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 67 三極管的參數(shù)分為三大類三極管的參數(shù)分為三大類: 直流參數(shù)、交流參數(shù)、極限參數(shù)直流參數(shù)、交流參數(shù)、極限參數(shù) 一、直流參數(shù)一、直流參數(shù) 1.1.共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)共發(fā)射極直流電流放大系數(shù) =（ICICEO）/IBIC / IB vCE=const 1.3.4晶體管的主

58、要參數(shù) 2.共基直流電流放大系數(shù)共基直流電流放大系數(shù) E C I I 3.集電極基極間反向飽和電流集電極基極間反向飽和電流ICBO 集電極發(fā)射極間的反向飽和電流集電極發(fā)射極間的反向飽和電流ICEO ICEO=（1+ ）ICBO 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 68 二、交流參數(shù)二、交流參數(shù) 1.共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)共發(fā)射極交流電流放大系數(shù) = iC/ iB UCE=const 2. 共基極交流電流放大系數(shù)共基極交流電流放大系數(shù) = iC/ iE UCB=const 3.特征頻率特征頻率 fT 值下降到值下降到1 1的信號(hào)頻率的信號(hào)頻率 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 69 1.最大

59、集電極耗散功率最大集電極耗散功率PCM PCM= iCuCE 三、三、 極限參數(shù)極限參數(shù) 2.最大集電極電流最大集電極電流ICM 3. 反向擊穿電壓反向擊穿電壓 UCBO發(fā)射極開路時(shí)的集電結(jié)反發(fā)射極開路時(shí)的集電結(jié)反 向擊穿電壓。向擊穿電壓。 U EBO集電極開路時(shí)發(fā)射結(jié)的反集電極開路時(shí)發(fā)射結(jié)的反 向擊穿電壓。向擊穿電壓。 UCEO基極開路時(shí)集電極和發(fā)射基極開路時(shí)集電極和發(fā)射 極間的擊穿電壓。極間的擊穿電壓。 幾個(gè)擊穿電壓有如下關(guān)系幾個(gè)擊穿電壓有如下關(guān)系 U UCBOUCEOUEBO 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 70 由由PCM、 、 ICM和 和UCEO在輸出特性曲線上可以確在輸出特性

60、曲線上可以確 定過(guò)損耗區(qū)、過(guò)電流區(qū)和擊穿區(qū)。定過(guò)損耗區(qū)、過(guò)電流區(qū)和擊穿區(qū)。 輸出特性曲線上的過(guò)損耗區(qū)和擊穿區(qū)輸出特性曲線上的過(guò)損耗區(qū)和擊穿區(qū) PCM= iCuCE U (BR) CEO UCE/V 第第 四四 版版 童童 詩(shī)詩(shī) 白白 71 1.3.5溫度對(duì)晶體管特性及參數(shù)的影響溫度對(duì)晶體管特性及參數(shù)的影響 一、溫度對(duì)一、溫度對(duì)ICBO的影響的影響 溫度每升高溫度每升高100C ， ICBO增加約一倍。增加約一倍。 反之，當(dāng)溫度降低時(shí)反之，當(dāng)溫度降低時(shí)ICBO減少。減少。 硅管的硅管的ICBO比鍺管的小得多。比鍺管的小得多。 二、溫度對(duì)輸入特性的影響二、溫度對(duì)輸入特性的影響 溫度升高時(shí)正向特性左