模電第一章常用半導(dǎo)體器件

1、120152第十章第十章 直流電源直流電源第九章第九章 功率放大電路功率放大電路第八章第八章 波形發(fā)生和信號的轉(zhuǎn)換波形發(fā)生和信號的轉(zhuǎn)換第七章第七章 信號的運(yùn)算和處理信號的運(yùn)算和處理第六章第六章 放大電路中的反饋放大電路中的反饋第五章第五章 放大電路的頻率響應(yīng)放大電路的頻率響應(yīng)第四章第四章 集成運(yùn)算放大電路集成運(yùn)算放大電路第三章第三章 多級放大電路多級放大電路第二章第二章 基本放大電路基本放大電路第一章第一章 常用半導(dǎo)體器件常用半導(dǎo)體器件第第0章章 導(dǎo)言導(dǎo)言3參考書目參考書目一、一、電子技術(shù)基礎(chǔ)電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）（模擬部分）康華光康華光 主編主編 高教出版社高教出版社模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課堂教

2、材模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課堂教材模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)童詩白童詩白 華成英華成英 主編主編 高等教育出版社高等教育出版社4本課程成績計(jì)算本課程成績計(jì)算 期末考試占期末考試占60,期中成績期中成績20%，平時作業(yè)和考平時作業(yè)和考勤占勤占20。6第一講 緒論一、電子技術(shù)的發(fā)展一、電子技術(shù)的發(fā)展二、模擬信號與模擬電路二、模擬信號與模擬電路三、電子信息系統(tǒng)的組成三、電子信息系統(tǒng)的組成四、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課的特點(diǎn)四、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課的特點(diǎn)五、如何學(xué)習(xí)這門課程五、如何學(xué)習(xí)這門課程六、課程的目的六、課程的目的七、考查方法七、考查方法7一、電子技術(shù)的發(fā)展一、電子技術(shù)的發(fā)展 廣播通信：發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、擴(kuò)音

3、、錄音、程控交換機(jī)、電廣播通信：發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、擴(kuò)音、錄音、程控交換機(jī)、電話、手機(jī)話、手機(jī) 網(wǎng)絡(luò)：路由器、網(wǎng)絡(luò)：路由器、ATMATM交換機(jī)、收發(fā)器、調(diào)制解調(diào)器交換機(jī)、收發(fā)器、調(diào)制解調(diào)器 工業(yè)：鋼鐵、石油化工、機(jī)加工、數(shù)控機(jī)床工業(yè)：鋼鐵、石油化工、機(jī)加工、數(shù)控機(jī)床 交通：飛機(jī)、火車、輪船、汽車交通：飛機(jī)、火車、輪船、汽車 軍事：雷達(dá)、電子導(dǎo)航軍事：雷達(dá)、電子導(dǎo)航 航空航天：衛(wèi)星定位、監(jiān)測航空航天：衛(wèi)星定位、監(jiān)測 醫(yī)學(xué)：醫(yī)學(xué)：刀、刀、CTCT、B B超、微創(chuàng)手術(shù)超、微創(chuàng)手術(shù) 消費(fèi)類電子：家電（空調(diào)、冰箱、電視、音響、攝像機(jī)、照消費(fèi)類電子：家電（空調(diào)、冰箱、電視、音響、攝像機(jī)、照相機(jī)、電子表）、電子

4、玩具、各類報(bào)警器、保安系統(tǒng)相機(jī)、電子表）、電子玩具、各類報(bào)警器、保安系統(tǒng) 電子技術(shù)的發(fā)展，推動計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使之電子技術(shù)的發(fā)展，推動計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使之“無無孔不入孔不入”，應(yīng)用廣泛！，應(yīng)用廣泛！8 電子技術(shù)的發(fā)展很大程度上反映在元器件的發(fā)展上。從電子管半導(dǎo)體管集成電路1904年年電子管問世電子管問世1947年年晶體管誕生晶體管誕生1958年集成電年集成電路研制成功路研制成功電子管、晶體管、集成電路比較電子管、晶體管、集成電路比較半導(dǎo)體元器件的發(fā)展 1947年年 貝爾實(shí)驗(yàn)室制成第一只晶體管貝爾實(shí)驗(yàn)室制成第一只晶體管 1958年年 集成電路集成電路 1969年年 大規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電

5、路 1975年年 超大規(guī)模集成電路超大規(guī)模集成電路 第一片集成電路只有第一片集成電路只有4個晶體管，而個晶體管，而1997年一片集成電路年一片集成電路中有中有40億個晶體管。有科學(xué)家預(yù)測，集成度還將按億個晶體管。有科學(xué)家預(yù)測，集成度還將按10倍倍/6年年的速度增長，到的速度增長，到2015或或2020年達(dá)到飽和。年達(dá)到飽和。學(xué)習(xí)電子技術(shù)方面的課程需時刻關(guān)注電子技術(shù)的發(fā)展！學(xué)習(xí)電子技術(shù)方面的課程需時刻關(guān)注電子技術(shù)的發(fā)展！二、模擬信號與模擬電路二、模擬信號與模擬電路1. 1. 信號：是反映消息的物理量信號：是反映消息的物理量 信息需要借助于某些物理量（如聲、光、電）信息需要借助于某些物理量（如聲、

6、光、電）的變化來表示和傳遞。的變化來表示和傳遞。 電信號是指隨時間而變化的電壓電信號是指隨時間而變化的電壓u或電流或電流i ，記，記作作u=f(t) 或或i=f(t) 。 如溫度、壓力、流量，自然界的聲音信號等等，如溫度、壓力、流量，自然界的聲音信號等等，因而信號是消息的表現(xiàn)形式。因而信號是消息的表現(xiàn)形式。2. 2. 電信號電信號 由于非電的物理量很容易轉(zhuǎn)換成電信號，而且由于非電的物理量很容易轉(zhuǎn)換成電信號，而且電信號又容易傳送和控制，因此電信號成為應(yīng)用電信號又容易傳送和控制，因此電信號成為應(yīng)用最為廣泛的信號。最為廣泛的信號。3. 電子電路中信號的分類電子電路中信號的分類 模擬信號模擬信號 對應(yīng)

7、任意時間值對應(yīng)任意時間值t 均有確定的函數(shù)值均有確定的函數(shù)值u或或i，并且，并且u或或 i 的幅值是連續(xù)取值的，即在的幅值是連續(xù)取值的，即在時間和數(shù)值上均具時間和數(shù)值上均具有連續(xù)性有連續(xù)性。數(shù)字信號數(shù)字信號 在在時間和數(shù)值上均具有離散性時間和數(shù)值上均具有離散性，u或或 i 的變化在的變化在時間上不連續(xù)，總是發(fā)生在離散的瞬間；且它們的時間上不連續(xù)，總是發(fā)生在離散的瞬間；且它們的數(shù)值是一個最小量值的整數(shù)倍，當(dāng)其值小于最小量數(shù)值是一個最小量值的整數(shù)倍，當(dāng)其值小于最小量值時信號將毫無意義。值時信號將毫無意義。 大多數(shù)物理量所轉(zhuǎn)換成的信號均為模擬信號。大多數(shù)物理量所轉(zhuǎn)換成的信號均為模擬信號。 二、模擬信

8、號與模擬電路二、模擬信號與模擬電路4. 模擬電路模擬電路 模擬電路：模擬電路：對模擬量進(jìn)行處理的電路。對模擬量進(jìn)行處理的電路。 最基本的處理是對最基本的處理是對信號的放大信號的放大。 放大：輸入為小信號，有源元件控制電源使負(fù)載獲放大：輸入為小信號，有源元件控制電源使負(fù)載獲 得大信號，并保持線性關(guān)系。得大信號，并保持線性關(guān)系。 有源元件：能夠控制能量的元件。有源元件：能夠控制能量的元件。二、模擬信號與模擬電路二、模擬信號與模擬電路二、模擬信號與模擬電路二、模擬信號與模擬電路5. “模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)” 課程的內(nèi)容課程的內(nèi)容 半導(dǎo)體器件。半導(dǎo)體器件。 處理模擬信號的電子電路及其相關(guān)的

9、基本功能：各處理模擬信號的電子電路及其相關(guān)的基本功能：各 種放大電路、運(yùn)算電路、濾波電路、信號發(fā)生電路、種放大電路、運(yùn)算電路、濾波電路、信號發(fā)生電路、 電源電路等等。電源電路等等。 模擬電路的分析方法。模擬電路的分析方法。 不同的電子電路在電子系統(tǒng)中的作用。不同的電子電路在電子系統(tǒng)中的作用。三、電子信息系統(tǒng)的組成三、電子信息系統(tǒng)的組成模擬電子電路模擬電子電路數(shù)字電子電路（系統(tǒng)）數(shù)字電子電路（系統(tǒng)）傳感器傳感器接收器接收器隔離、濾隔離、濾波、放大波、放大運(yùn)算、轉(zhuǎn)運(yùn)算、轉(zhuǎn)換、比較換、比較功放功放模擬模擬- -數(shù)字混合電子電路數(shù)字混合電子電路模擬電子系統(tǒng)模擬電子系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)四、四、“模擬電子

10、技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程的特點(diǎn)課程的特點(diǎn) 1、工程性工程性 實(shí)際工程需要證明其可行性。實(shí)際工程需要證明其可行性。 強(qiáng)調(diào)定性分析。強(qiáng)調(diào)定性分析。 實(shí)際工程在滿足基本性能指標(biāo)的前提下總是容許存實(shí)際工程在滿足基本性能指標(biāo)的前提下總是容許存 在一定的誤差范圍的。在一定的誤差范圍的。 電子電路的定量分析稱為電子電路的定量分析稱為“估算估算”。 近似分析要近似分析要“合理合理”。 抓主要矛盾和矛盾的主要方面。抓主要矛盾和矛盾的主要方面。 電子電路歸根結(jié)底是電路。電子電路歸根結(jié)底是電路。 估算不同的參數(shù)需采用不同的模型，可用電路的估算不同的參數(shù)需采用不同的模型，可用電路的基本理論分析電子電路。基本理論

11、分析電子電路。四、四、“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程的特點(diǎn)課程的特點(diǎn) 2. 實(shí)踐性實(shí)踐性 實(shí)用的模擬電子電路幾乎都需要進(jìn)行調(diào)試實(shí)用的模擬電子電路幾乎都需要進(jìn)行調(diào)試才能達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，因而要掌握以下方法：才能達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，因而要掌握以下方法： 常用電子儀器的使用方法常用電子儀器的使用方法 電子電路的測試方法電子電路的測試方法 故障的判斷與排除方法故障的判斷與排除方法 EDA軟件的應(yīng)用方法軟件的應(yīng)用方法五、如何學(xué)習(xí)這門課程五、如何學(xué)習(xí)這門課程1. 掌握掌握基本概念、基本電路和基本分析方法基本概念、基本電路和基本分析方法 基本概念：基本概念：概念是不變的，應(yīng)用是靈活的，概念是不變的，應(yīng)用

12、是靈活的， “萬萬變不離其宗變不離其宗”。 基本電路：基本電路：構(gòu)成的原則是不變的，具體電路是多種構(gòu)成的原則是不變的，具體電路是多種多樣的。多樣的。 基本分析方法：基本分析方法：不同類型的電路有不同的性能指標(biāo)不同類型的電路有不同的性能指標(biāo)和描述方法，因而有不同的分析方法。和描述方法，因而有不同的分析方法。2. 學(xué)會辯證、全面地分析電子電路中的問題學(xué)會辯證、全面地分析電子電路中的問題 根據(jù)需求，最適用的電路才是最好的電路。根據(jù)需求，最適用的電路才是最好的電路。 要研究利弊關(guān)系，通常要研究利弊關(guān)系，通?！坝幸焕赜幸槐子幸焕赜幸槐住薄?. 注意電路中常用定理在電子電路中的應(yīng)用注意電路中常用定理在

13、電子電路中的應(yīng)用六、課程的目的六、課程的目的1. 掌握基本概念、基本電路、基本分析方法和基本實(shí)驗(yàn)掌握基本概念、基本電路、基本分析方法和基本實(shí)驗(yàn)技能。技能。2. 具有能夠繼續(xù)深入學(xué)習(xí)和接受電子技術(shù)新發(fā)展的能力，具有能夠繼續(xù)深入學(xué)習(xí)和接受電子技術(shù)新發(fā)展的能力，以及將所學(xué)知識用于本專業(yè)的能力。以及將所學(xué)知識用于本專業(yè)的能力。 本課程通過對常用電子元器件、模擬電路及其系統(tǒng)的本課程通過對常用電子元器件、模擬電路及其系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生獲得模擬電子技術(shù)方面的基分析和設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生獲得模擬電子技術(shù)方面的基礎(chǔ)知識、基礎(chǔ)理論和基本技能，為深入學(xué)習(xí)電子技術(shù)及礎(chǔ)知識、基礎(chǔ)理論和基本技能，為深入學(xué)習(xí)電子

14、技術(shù)及其在專業(yè)中的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。其在專業(yè)中的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。 建立起系統(tǒng)的觀念、工程的觀念、科技進(jìn)步的觀念和建立起系統(tǒng)的觀念、工程的觀念、科技進(jìn)步的觀念和創(chuàng)新意識。創(chuàng)新意識。七、考查方法七、考查方法1. 會看：定性分析會看：定性分析2. 會算：定量計(jì)算會算：定量計(jì)算考查分析問題的能力考查分析問題的能力3. 會選：電路形式、器件、參數(shù)會選：電路形式、器件、參數(shù)4. 會調(diào)：儀器選用、測試方法、故障診斷、會調(diào)：儀器選用、測試方法、故障診斷、EDA考查解決問題的能力設(shè)計(jì)能力考查解決問題的能力設(shè)計(jì)能力考查解決問題的能力實(shí)踐能力考查解決問題的能力實(shí)踐能力綜合應(yīng)用所學(xué)知識的能力綜合應(yīng)用所學(xué)知識的能力第二講第二

15、講 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識一、本征半導(dǎo)體一、本征半導(dǎo)體二、雜質(zhì)半導(dǎo)體二、雜質(zhì)半導(dǎo)體三、三、PNPN結(jié)的形成及其單向?qū)щ娦越Y(jié)的形成及其單向?qū)щ娦运?、四、PNPN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng)第一章常用半導(dǎo)體器件第一章常用半導(dǎo)體器件本講主要介紹有關(guān)半導(dǎo)體的基本知識，為講清半導(dǎo)體器件的本講主要介紹有關(guān)半導(dǎo)體的基本知識，為講清半導(dǎo)體器件的工作原理作準(zhǔn)備。工作原理作準(zhǔn)備。學(xué)習(xí)思路：弄學(xué)習(xí)思路：弄清楚為什么由導(dǎo)電性能居中的半導(dǎo)體清楚為什么由導(dǎo)電性能居中的半導(dǎo)體導(dǎo)電性導(dǎo)電性能極差的本征半導(dǎo)體能極差的本征半導(dǎo)體導(dǎo)電性能可控的雜質(zhì)半導(dǎo)體導(dǎo)電性能可控的雜質(zhì)半導(dǎo)體具有單具有單向?qū)щ娦缘南驅(qū)щ娦缘腜N結(jié)。結(jié)。并說明溫

16、度對載流子數(shù)目及濃度的影響，為闡明半導(dǎo)體器件并說明溫度對載流子數(shù)目及濃度的影響，為闡明半導(dǎo)體器件的溫度穩(wěn)定性差打下伏筆；的溫度穩(wěn)定性差打下伏筆；說明說明PN結(jié)的電容效應(yīng)，為闡明半導(dǎo)體器件的最高工作頻率和結(jié)的電容效應(yīng)，為闡明半導(dǎo)體器件的最高工作頻率和模擬電子電路的頻率響應(yīng)打下伏筆。模擬電子電路的頻率響應(yīng)打下伏筆。使學(xué)生掌握的基本術(shù)語：使學(xué)生掌握的基本術(shù)語：本征半導(dǎo)體、自由電子和空穴、復(fù)本征半導(dǎo)體、自由電子和空穴、復(fù)合、合、N型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體、擴(kuò)散運(yùn)動和漂移運(yùn)動、動態(tài)平型半導(dǎo)體、擴(kuò)散運(yùn)動和漂移運(yùn)動、動態(tài)平衡、衡、PN結(jié)的單向?qū)щ娦?、結(jié)電容結(jié)的單向?qū)щ娦浴⒔Y(jié)電容一、一、本征半導(dǎo)體本征半

17、導(dǎo)體 導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)稱為導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。半導(dǎo)體。無雜質(zhì)無雜質(zhì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)本征半導(dǎo)體是本征半導(dǎo)體是純凈純凈的的晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。的半導(dǎo)體。1、什么是半導(dǎo)體？什么是本征半導(dǎo)體？、什么是半導(dǎo)體？什么是本征半導(dǎo)體？ 導(dǎo)體導(dǎo)體鐵、鋁、銅等金屬元素等鐵、鋁、銅等金屬元素等低價(jià)元素，低價(jià)元素，其最外層電其最外層電子在外電場作用下很容易產(chǎn)生定向移動，形成電流。子在外電場作用下很容易產(chǎn)生定向移動，形成電流。 絕緣體絕緣體惰性氣體、橡膠等，其原子的最外層電子受惰性氣體、橡膠等，其原子的最外層電子受原子核的束縛力很強(qiáng)，只有在原子核的束縛力很強(qiáng)，只有在外電

18、場強(qiáng)到一定程度外電場強(qiáng)到一定程度時才可能時才可能導(dǎo)電。導(dǎo)電。 半導(dǎo)體半導(dǎo)體硅（硅（Si）、鍺（）、鍺（Ge），均為四價(jià)元素，它們），均為四價(jià)元素，它們原子的最外層電子受原子核的束縛力介于導(dǎo)體與絕緣體之間。原子的最外層電子受原子核的束縛力介于導(dǎo)體與絕緣體之間。23 本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性：本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性：硅原子硅原子SiSiSiSiSiSiSiSiSi價(jià)電子價(jià)電子共價(jià)鍵共價(jià)鍵兩個或多個原子共同使用它們的外層電子兩個或多個原子共同使用它們的外層電子，這樣的組合稱為這樣的組合稱為共價(jià)鍵共價(jià)鍵。24 自由電子填補(bǔ)空穴稱為自由電子填補(bǔ)空穴稱為復(fù)合復(fù)合。 價(jià)電子價(jià)電子 自由電子自由電子 空穴空穴 Si

19、SiSiSiSiSiSiSiSi半導(dǎo)體在熱激發(fā)下產(chǎn)生半導(dǎo)體在熱激發(fā)下產(chǎn)生自由電子和空穴對自由電子和空穴對的現(xiàn)象稱為的現(xiàn)象稱為本征激發(fā)本征激發(fā)當(dāng)獲得一定能量當(dāng)獲得一定能量( (光照、溫升、外電場等）后，光照、溫升、外電場等）后，價(jià)電子價(jià)電子可掙脫共價(jià)鍵的束縛而成為可掙脫共價(jià)鍵的束縛而成為自由電子自由電子。同時在共價(jià)鍵。同時在共價(jià)鍵中留下一個空位置，稱為中留下一個空位置，稱為空穴空穴25 價(jià)電子價(jià)電子 自由電子自由電子 空穴空穴 SiSiSiSiSiSiSiSiSi一定溫度下一定溫度下，自由電子與空穴對的，自由電子與空穴對的濃度一定，濃度一定， 達(dá)到達(dá)到動態(tài)平衡動態(tài)平衡環(huán)境溫度升高環(huán)境溫度升高，熱

20、運(yùn)動加劇，掙脫共價(jià)鍵的電子增多，自由，熱運(yùn)動加劇，掙脫共價(jià)鍵的電子增多，自由電子與空穴對的電子與空穴對的濃度加大濃度加大。 價(jià)電子價(jià)電子 自由電子自由電子 空穴空穴SiSiSiSiSiSiSiSiSi 外加電場時，帶負(fù)電的自由電子和帶正電的空穴均參外加電場時，帶負(fù)電的自由電子和帶正電的空穴均參與導(dǎo)電，且運(yùn)動方向與導(dǎo)電，且運(yùn)動方向相反相反。從而本證半導(dǎo)體的。從而本證半導(dǎo)體的電流是兩電流是兩個電流之和個電流之和。由于。由于載流子數(shù)目很少載流子數(shù)目很少，故導(dǎo)電性很差。，故導(dǎo)電性很差。 溫度升高，熱運(yùn)動加劇，載流子濃度增大，導(dǎo)電性增溫度升高，熱運(yùn)動加劇，載流子濃度增大，導(dǎo)電性增強(qiáng)。強(qiáng)。熱力學(xué)溫度熱力學(xué)

21、溫度0K時不導(dǎo)電時不導(dǎo)電。為什么要將半導(dǎo)體變成導(dǎo)電性很差的本征半導(dǎo)體？為什么要將半導(dǎo)體變成導(dǎo)電性很差的本征半導(dǎo)體？運(yùn)載電荷的粒子稱為運(yùn)載電荷的粒子稱為載流子載流子。27 SiSiSiSiSiSiSiSi1 N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 硅硅材料中材料中（四價(jià)元素四價(jià)元素）摻入微量元素）摻入微量元素磷磷（五價(jià)元五價(jià)元素素），產(chǎn)生大量自由電子，形成），產(chǎn)生大量自由電子，形成N型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。二、雜質(zhì)半導(dǎo)體P+形成新的共價(jià)形成新的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)后，多鍵結(jié)構(gòu)后，多出一個電子。出一個電子。 磷原子失去磷原子失去一個電子而成一個電子而成為正離子。為正離子。多數(shù)載流子多數(shù)載流子N型半導(dǎo)體的空穴為型半導(dǎo)體的空穴為少數(shù)載

22、流子少數(shù)載流子281 N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體二、雜質(zhì)半導(dǎo)體 空穴比未加雜質(zhì)時的數(shù)目多了？空穴比未加雜質(zhì)時的數(shù)目多了？少了？為什么？少了？為什么？ 雜質(zhì)半導(dǎo)體主要雜質(zhì)半導(dǎo)體主要靠多數(shù)載流子導(dǎo)電靠多數(shù)載流子導(dǎo)電。摻入雜質(zhì)。摻入雜質(zhì)越多，多子濃度越高，導(dǎo)電性越強(qiáng)，越多，多子濃度越高，導(dǎo)電性越強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電性可控。性可控。29 SiSiSiSiSiSiSiSiSi2 P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 硅硅材料中（材料中（四價(jià)元素四價(jià)元素）摻入微量元素）摻入微量元素硼硼（三三價(jià)元素價(jià)元素），產(chǎn)生大量空穴，形成），產(chǎn)生大量空穴，形成P P型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。B硼原子得到一硼原子得到一個電子而成為個電子而成為負(fù)離子負(fù)

23、離子形成新的共價(jià)形成新的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)后，多鍵結(jié)構(gòu)后，多出一個出一個空穴空穴。多數(shù)載流子多數(shù)載流子 P型半導(dǎo)體主要靠型半導(dǎo)體主要靠空穴導(dǎo)電空穴導(dǎo)電，摻入雜質(zhì)越多，空穴，摻入雜質(zhì)越多，空穴濃度越高，導(dǎo)電性越強(qiáng)濃度越高，導(dǎo)電性越強(qiáng).P型半導(dǎo)體自由電子為型半導(dǎo)體自由電子為少數(shù)載流子少數(shù)載流子302 P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體二、雜質(zhì)半導(dǎo)體 在雜質(zhì)半導(dǎo)體中，溫度變化時，載流子的數(shù)在雜質(zhì)半導(dǎo)體中，溫度變化時，載流子的數(shù)目變化嗎？少子與多子變化的數(shù)目相同嗎？少目變化嗎？少子與多子變化的數(shù)目相同嗎？少子與多子濃度的變化相同嗎？子與多子濃度的變化相同嗎？31二二. PN 結(jié)結(jié)32+N-P(2) 擴(kuò)散運(yùn)動使界面載流子復(fù)合（

24、耗盡），從而產(chǎn)生擴(kuò)散運(yùn)動使界面載流子復(fù)合（耗盡），從而產(chǎn)生內(nèi)電場內(nèi)電場；(5) (5) 無外電場和其他激發(fā)作用下，參與擴(kuò)散運(yùn)動的多子數(shù)目等無外電場和其他激發(fā)作用下，參與擴(kuò)散運(yùn)動的多子數(shù)目等于參與漂移運(yùn)動的少子數(shù)目，于參與漂移運(yùn)動的少子數(shù)目，達(dá)到動態(tài)平衡，達(dá)到動態(tài)平衡，形成形成PN結(jié)結(jié)( (4) ) 在內(nèi)電場作用下，少數(shù)載流子的運(yùn)動，稱為在內(nèi)電場作用下，少數(shù)載流子的運(yùn)動，稱為漂移運(yùn)動漂移運(yùn)動。 自由電子自由電子 空穴空穴(1) 載流子載流子（電子與空穴）在擴(kuò)散力的作用下分別由高濃度電子與空穴）在擴(kuò)散力的作用下分別由高濃度 區(qū)向低濃度區(qū)運(yùn)動，稱之為區(qū)向低濃度區(qū)運(yùn)動，稱之為擴(kuò)散運(yùn)動擴(kuò)散運(yùn)動；1. P

25、N結(jié)的形成結(jié)的形成(3) 內(nèi)電場內(nèi)電場(約零點(diǎn)幾伏約零點(diǎn)幾伏)又稱為又稱為空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)(0.5 m) ；二二. PN 結(jié)結(jié)內(nèi)電場內(nèi)電場內(nèi)電場內(nèi)電場33(1) 加正向電壓加正向電壓導(dǎo)通導(dǎo)通 - PN 結(jié)加正向電壓結(jié)加正向電壓PN+內(nèi)電場內(nèi)電場擴(kuò)散運(yùn)動擴(kuò)散運(yùn)動I 外電場使內(nèi)電場減弱，外電場使內(nèi)電場減弱，擴(kuò)散運(yùn)動加劇擴(kuò)散運(yùn)動加劇，在外電場的，在外電場的作用下作用下產(chǎn)生正向電流產(chǎn)生正向電流 I .2. . PN 結(jié)結(jié)的單向?qū)щ娦缘膯蜗驅(qū)щ娦訧IIIIIIIII注意，這里如果注意，這里如果沒有電燈，一定沒有電燈，一定要加一個電阻，要加一個電阻，限流作用限流作用34(2) 加反向電壓加反向電壓截止

26、截止- PN結(jié)加反向電壓結(jié)加反向電壓PN-+K內(nèi)電場內(nèi)電場+漂移運(yùn)動漂移運(yùn)動I 0阻止擴(kuò)散運(yùn)動，有利于漂移運(yùn)動，形成漂移電流。阻止擴(kuò)散運(yùn)動，有利于漂移運(yùn)動，形成漂移電流。由于電流很小，故可近似認(rèn)為其截止。由于電流很小，故可近似認(rèn)為其截止。35(1) 勢壘電容勢壘電容CB3. PN 結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng)（圖（圖1.1.9 PN結(jié)的勢壘電容）結(jié)的勢壘電容）勢壘電容（勢壘電容（Cb）：）：PN結(jié)外加電壓變化時，空間電荷區(qū)的寬度將發(fā)結(jié)外加電壓變化時，空間電荷區(qū)的寬度將發(fā)生變化，有電荷的積累和釋放的過程，與電容的生變化，有電荷的積累和釋放的過程，與電容的充放電相同，其等效電容稱為充放電相同，其等效電

27、容稱為勢壘電容勢壘電容Cb。36u u1PN結(jié)外加的正向電壓變化時，在結(jié)外加的正向電壓變化時，在擴(kuò)散路程中載流子的濃度及其梯擴(kuò)散路程中載流子的濃度及其梯度均有變化，度均有變化，(2)擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容圖圖1.1.12 P區(qū)少子濃度分布曲線區(qū)少子濃度分布曲線37rdCj結(jié)電容結(jié)電容 Cj= Cd+Cb3. PN 結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng) 在低頻是在低頻是PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?；結(jié)具有單向?qū)щ娦?；結(jié)電容不是常量！若結(jié)電容不是常量！若PN結(jié)外加電壓頻率高到一定程結(jié)外加電壓頻率高到一定程度，則失去單向?qū)щ娦裕《?，則失去單向?qū)щ娦裕?81 1、為什么把半導(dǎo)體變成本、為什么把半導(dǎo)體變成本征半導(dǎo)體，然后在參入雜

28、質(zhì)征半導(dǎo)體，然后在參入雜質(zhì)？2 2、半導(dǎo)體器件溫度穩(wěn)定性、半導(dǎo)體器件溫度穩(wěn)定性差，是受多子影響，還是受差，是受多子影響，還是受少子影響？少子影響？3 3、半導(dǎo)體器件為什么會有、半導(dǎo)體器件為什么會有最高工作頻率的限制？最高工作頻率的限制？39第三講 半導(dǎo)體二極管一、二極管的組成一、二極管的組成二、二極管的伏安特性及電流方程二、二極管的伏安特性及電流方程四、二極管的等效電路四、二極管的等效電路三、二極管的主要參數(shù)三、二極管的主要參數(shù)五、二極管的應(yīng)用五、二極管的應(yīng)用六、穩(wěn)壓二極管六、穩(wěn)壓二極管40本節(jié)課的教學(xué)目的本節(jié)課的教學(xué)目的:1、掌握二極管的電流方程、伏安特性，理解溫度對它們的、掌握二極管的電流

29、方程、伏安特性，理解溫度對它們的影響。影響。2、二極管有哪些主要參數(shù)？它們的物理意義是什么？、二極管有哪些主要參數(shù)？它們的物理意義是什么？3、二極管有哪些折線化的伏安特性？它們適用于什么場合？、二極管有哪些折線化的伏安特性？它們適用于什么場合？4、為什么引入微變等效電路？為什么對動態(tài)信號二極管等、為什么引入微變等效電路？為什么對動態(tài)信號二極管等效為電阻？效為電阻？5、學(xué)會分析二極管應(yīng)用電路的方法、學(xué)會分析二極管應(yīng)用電路的方法6、了解穩(wěn)壓管、了解穩(wěn)壓管41 一、二極管的組成一、二極管的組成將將PN結(jié)封裝，引出兩個電極，就構(gòu)成了二極管。結(jié)封裝，引出兩個電極，就構(gòu)成了二極管。點(diǎn)接觸型：點(diǎn)接觸型：結(jié)面

30、積小，結(jié)電容小結(jié)面積小，結(jié)電容小故結(jié)允許的電流小故結(jié)允許的電流小最高工作頻率高最高工作頻率高一般用于檢波一般用于檢波( (高頻狀態(tài)高頻狀態(tài)) )面接觸型：面接觸型：結(jié)面積大，結(jié)電容大結(jié)面積大，結(jié)電容大故結(jié)允許的電流大故結(jié)允許的電流大最高工作頻率低最高工作頻率低一般用于整流一般用于整流( (低頻低頻狀態(tài)狀態(tài)) )平面型：平面型：結(jié)面積可小、可大結(jié)面積可小、可大小的工作頻率高小的工作頻率高大的結(jié)允許的電流大大的結(jié)允許的電流大P PN N陽極陽極陰極陰極42 二、二極管的伏安特性及電流方程二、二極管的伏安特性及電流方程 二極管的電流與其端電壓的關(guān)系稱為伏安特性二極管的電流與其端電壓的關(guān)系稱為伏安特性

31、材料材料開啟電壓開啟電壓導(dǎo)通電壓導(dǎo)通電壓反向飽和電流反向飽和電流硅硅Si0.5V0.50.8V1A以下鍺鍺Ge0.1V0.10.3V幾十A)(ufi 開啟開啟電壓電壓反向飽反向飽和電流和電流擊穿擊穿電壓電壓mV)26( ) 1e (TSTUIiUu常溫下溫度的溫度的電壓當(dāng)量電壓當(dāng)量43圖圖1.2.4 由伏安特性折線化得到的等效電路由伏安特性折線化得到的等效電路DonDDDDIUUiur 四、二極管的等效電路四、二極管的等效電路44DTDDdIUiur根據(jù)電流方程，Q越高，越高，rd越小。越小。 當(dāng)二極管在靜態(tài)基礎(chǔ)上有一動態(tài)信號作用時，則可將二極當(dāng)二極管在靜態(tài)基礎(chǔ)上有一動態(tài)信號作用時，則可將二極

32、管等效為一個電阻，稱為動態(tài)電阻，也就是微變等效電路。管等效為一個電阻，稱為動態(tài)電阻，也就是微變等效電路。ui=0時直流電源作用時直流電源作用小信號作用小信號作用靜態(tài)電流靜態(tài)電流2. 微變等效電路微變等效電路45三、二極管的主要參數(shù)三、二極管的主要參數(shù)最大整流電流最大整流電流IF：最大平均值最大平均值最大反向工作電壓最大反向工作電壓UR：最大瞬時值最大瞬時值反向電流反向電流 IR：即：即IS最高工作頻率最高工作頻率fM：因：因PN結(jié)有電容效應(yīng)結(jié)有電容效應(yīng)結(jié)電容為結(jié)電容為擴(kuò)散電容（擴(kuò)散電容（Cd）與與勢壘電容（勢壘電容（Cb）之和。之和。擴(kuò)散路程中擴(kuò)散路程中電荷的積累電荷的積累與釋放與釋放空間電荷

33、區(qū)空間電荷區(qū)寬窄的變化寬窄的變化有電荷的積有電荷的積累與釋放累與釋放46討論一 判斷電路中二極管的工作狀態(tài)，求解輸出電壓判斷電路中二極管的工作狀態(tài)，求解輸出電壓。判斷二極管工作狀態(tài)的方法？判斷二極管工作狀態(tài)的方法？47討論二討論二1. V2V、5V、10V時二極管中時二極管中的直流電流各為多少？的直流電流各為多少？2. 若輸入電壓的有效值為若輸入電壓的有效值為5mV，則上述各種情況下二極管中的交則上述各種情況下二極管中的交流電流各為多少？流電流各為多少？ V 較小時應(yīng)實(shí)測伏安較小時應(yīng)實(shí)測伏安特性，用圖解法求特性，用圖解法求ID。QIDV5V時，時，mA5 .21A)2000.75( DDRUV

34、IV=10V時，時，mA50A)20010(DRVIDQTDDdIUiuruD=V-iR48討論二討論二V2V，ID2.6mAdidDQTDDdrUIIUiur，0.5mAmA)105(10)6 . 226(ddIr，V5V，ID 21.5mA4.1mAmA)21. 15(21. 1)5 .2126(ddIr，V10V，ID 50mA9.6mAmA)52. 05(52. 0)5026(ddIr，在伏安特性上，在伏安特性上，Q點(diǎn)越高，二極管的動態(tài)電阻越??！點(diǎn)越高，二極管的動態(tài)電阻越??！49五五 二極管的二極管的應(yīng)用應(yīng)用例：例：1、整流整流將交流變?yōu)橹绷鲗⒔涣髯優(yōu)橹绷鱀Ruouiuituot502

35、、 整形整形uRtuR的波形是的波形是什么樣的？什么樣的？5V 我知道！我知道！根據(jù)根據(jù)KVL, uR等于等于uo被削去被削去的部分。的部分。5V10Vuituotui = 10 sin tRDU5Vuoui+-uR51Y=BAD1D2+UD1D2RABY=設(shè)設(shè) D1導(dǎo)通，導(dǎo)通，D2將將U2隔離隔離3 3、隔離隔離則則 UA=9V， 故故 D2截止截止4 4、構(gòu)成邏輯運(yùn)算電路構(gòu)成邏輯運(yùn)算電路A+B或或運(yùn)算運(yùn)算與與運(yùn)算運(yùn)算ABU1U210V3VR11KR21KD1D2R39KUA=?AU1U210V3VR11KR21KD1D2R39KUA=?A解：解：52六、六、 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管1. 伏安

36、特性伏安特性進(jìn)入穩(wěn)壓區(qū)的最小電流進(jìn)入穩(wěn)壓區(qū)的最小電流不至于損壞的最大電流不至于損壞的最大電流 由一個由一個PN結(jié)組結(jié)組成，反向擊穿后成，反向擊穿后在一定的電流范在一定的電流范圍內(nèi)端電壓基本圍內(nèi)端電壓基本不變，為穩(wěn)定電不變，為穩(wěn)定電壓。壓。53六、六、 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管54六、六、 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管ZZZUrIPZM = UZ IZM ， 正常工作時正常工作時PZ PZM TUZ55四、四、光電二極管光電二極管特性：特性：外加反向電壓，其反向電流的大小與光照的強(qiáng)外加反向電壓，其反向電流的大小與光照的強(qiáng)度成正比。度成正比。（一）（一）符號符號（二）（二）VA特性特性E=200lx400lx

37、up(v)-2-4-6-8-10ip( A)-50600lxRU56五、五、發(fā)光二極管（發(fā)光二極管（LED）特性：特性：外加正向電壓，空穴與電子復(fù)合時釋放能量，外加正向電壓，空穴與電子復(fù)合時釋放能量，從而發(fā)光。從而發(fā)光。（一）（一）符號符號（二）（二）基本特性基本特性 正向壓降正向壓降1.21.5V，紅，紅色色LED壓降較低，綠色和壓降較低，綠色和黃色壓降較高，藍(lán)色為黃色壓降較高，藍(lán)色為2.53V。 發(fā)光亮度與電流的大發(fā)光亮度與電流的大小成正比，普通小成正比，普通LED工工作電流一般在作電流一般在520mA.（三）（三）應(yīng)用應(yīng)用2、構(gòu)成構(gòu)成LED七段七段數(shù)碼顯示器：數(shù)碼顯示器： a b c d

38、 e f g LED共陰顯示器共陰顯示器abcdefgUR1、指示燈、指示燈57第四講第四講 晶體三極管晶體三極管一、晶體管的結(jié)構(gòu)和符號一、晶體管的結(jié)構(gòu)和符號二、晶體管的放大原理二、晶體管的放大原理三、晶體管的共射輸入特性和輸出特性三、晶體管的共射輸入特性和輸出特性四、溫度對晶體管特性的影響四、溫度對晶體管特性的影響五、主要參數(shù)五、主要參數(shù)內(nèi)容提示內(nèi)容提示理解內(nèi)部載流子的運(yùn)動是以更好地理解外特性為目的。理解內(nèi)部載流子的運(yùn)動是以更好地理解外特性為目的。本節(jié)課的教學(xué)目的：本節(jié)課的教學(xué)目的：1、晶體管能夠放大的內(nèi)部原因和外部條件是什么？為什么、晶體管能夠放大的內(nèi)部原因和外部條件是什么？為什么在上述情

39、況下會放大？在上述情況下會放大？2、什么是晶體管的共射輸入、輸出特性？溫度對它們有什、什么是晶體管的共射輸入、輸出特性？溫度對它們有什么影響？么影響？3、理解晶體管三個工作區(qū)的特點(diǎn)，學(xué)會判斷電路中晶體管、理解晶體管三個工作區(qū)的特點(diǎn)，學(xué)會判斷電路中晶體管工作狀態(tài)的方法。工作狀態(tài)的方法。4、掌握晶體管主要參數(shù)的物理意義。、掌握晶體管主要參數(shù)的物理意義。59一、晶體管的結(jié)構(gòu)和符號一、晶體管的結(jié)構(gòu)和符號多子濃度高多子濃度高多子濃度很多子濃度很低，且很薄低，且很薄面積大面積大晶體管有三個極、三個區(qū)、兩個晶體管有三個極、三個區(qū)、兩個PN結(jié)。結(jié)。小功率管小功率管中功率管中功率管大功率管大功率管為什么有孔？為

40、什么有孔？60二、晶體管的放大原理二、晶體管的放大原理（集電結(jié)反偏），即（發(fā)射結(jié)正偏）放大的條件BECECBonBE0uuuUu 擴(kuò)散運(yùn)動形成發(fā)射極電流擴(kuò)散運(yùn)動形成發(fā)射極電流IE，復(fù)合運(yùn)動形成基極，復(fù)合運(yùn)動形成基極電流電流IB，漂移運(yùn)動形成集電極電流，漂移運(yùn)動形成集電極電流IC。少數(shù)載少數(shù)載流子的流子的運(yùn)動運(yùn)動因發(fā)射區(qū)多子濃度高使大量因發(fā)射區(qū)多子濃度高使大量電子從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)電子從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)因基區(qū)薄且多子濃度低，使極少因基區(qū)薄且多子濃度低，使極少數(shù)擴(kuò)散到基區(qū)的電子與空穴復(fù)合數(shù)擴(kuò)散到基區(qū)的電子與空穴復(fù)合因集電區(qū)面積大，在外電場作用下大因集電區(qū)面積大，在外電場作用下大部分?jǐn)U散到基區(qū)的電子

41、漂移到集電區(qū)部分?jǐn)U散到基區(qū)的電子漂移到集電區(qū)基區(qū)空穴基區(qū)空穴的擴(kuò)散的擴(kuò)散61 電流分配：電流分配： I IE EI IB BI IC C I IE E擴(kuò)散運(yùn)動形成的電流擴(kuò)散運(yùn)動形成的電流 I IB B復(fù)合運(yùn)動形成的電流復(fù)合運(yùn)動形成的電流 I IC C漂移運(yùn)動形成的電流漂移運(yùn)動形成的電流CBOCEOBCBC)(1 IIiiII穿透電流穿透電流集電結(jié)反向電流集電結(jié)反向電流直流電流直流電流放大系數(shù)放大系數(shù)交流電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù)為什么基極開路集電極回為什么基極開路集電極回路會有穿透電流？路會有穿透電流？62CE)(BEBUufi 為什么為什么UCE增大曲線右移？增大曲線右移？ 對于小功率晶體

42、管，對于小功率晶體管，UCE大于大于1V的一條輸入特性曲線的一條輸入特性曲線可以取代可以取代UCE大于大于1V的所有輸入特性曲線。的所有輸入特性曲線。為什么像為什么像PN結(jié)的伏安特性？結(jié)的伏安特性？為什么為什么UCE增大到一定值曲增大到一定值曲線右移就不明顯了？線右移就不明顯了？1. 輸入特性輸入特性三、晶體管的共射輸入特性和輸出特性三、晶體管的共射輸入特性和輸出特性632. 輸出特性輸出特性B)(CECIufi 是常數(shù)嗎？什么是理想晶體管？什么情況下是常數(shù)嗎？什么是理想晶體管？什么情況下 ?對應(yīng)于一個對應(yīng)于一個IB就有一條就有一條iC隨隨uCE變化的曲線。變化的曲線。 為什么為什么uCE較小

43、時較小時iC隨隨uCE變變化很大？為什么進(jìn)入放大狀態(tài)化很大？為什么進(jìn)入放大狀態(tài)曲線幾乎是橫軸的平行線？曲線幾乎是橫軸的平行線？飽和區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)BiCi常量CEBCUii64晶體管的三個工作區(qū)域晶體管的三個工作區(qū)域 晶體管工作在放大狀態(tài)時晶體管工作在放大狀態(tài)時，輸出回路的電流，輸出回路的電流 iC幾乎僅僅幾乎僅僅決定于輸入回路的電流決定于輸入回路的電流 iB，即可將輸出回路等效為即可將輸出回路等效為電流電流 iB 控制的電流源控制的電流源iC 。狀態(tài)狀態(tài)uBEiCuCE截止截止UonICEOVCC放大放大 UoniB uBE飽和飽和 UoniB uBE65四、溫度對晶體管特性的影響四、溫度對晶體管特性的影響B(tài)EBBBECEO )(uiiuIT不變時，即不變時66五、主要參數(shù) 直流參數(shù)：直流參數(shù)： 、 、ICBO、 ICEOc-e間擊穿電壓間擊穿電壓最大集電最大集電極電流極電流最大集電極耗散功最大集電極耗散功率，率，PCMiCuCE安全工作區(qū)安全工作區(qū) 交流參數(shù)：交流參數(shù)：、fT（使（使1的信號頻率）的信號頻率） 極限參數(shù)：極限參數(shù)：ICM、PCM、U（BR）CEOECII1ECii671.1.電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)(2)(2)動態(tài)電流放大系數(shù)動態(tài)電流放大系數(shù) (1)(1)靜態(tài)電流放大