模電第1講 緒論 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識 二極管

1、清華大學(xué)華成英 本課程是入門性質(zhì)的技術(shù)基礎(chǔ)課本課程是入門性質(zhì)的技術(shù)基礎(chǔ)課 清華大學(xué)華成英一、電子技術(shù)的發(fā)展 47年年 貝爾實驗室制成第一只晶體管貝爾實驗室制成第一只晶體管 58年年 集成電路集成電路 69年年 大規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路 75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97年一年一片集成電路上有片集成電路上有40億個晶體管?？茖W(xué)家預(yù)測集成億個晶體管?？茖W(xué)家預(yù)測集成度按度按10倍倍/6年的速度還將繼續(xù)到年的速度還將繼續(xù)到2015或或2020年，年，將達到飽和。將達到飽和。清華大學(xué)華成英二、模擬電路二、模擬電路 模擬量：連

2、續(xù)性，大多數(shù)物理量，如溫模擬量：連續(xù)性，大多數(shù)物理量，如溫度、壓力、流量、液面度、壓力、流量、液面均為模擬量。均為模擬量。 數(shù)字量：離散性數(shù)字量：離散性 模擬電路：對模擬量進行處理的電路，模擬電路：對模擬量進行處理的電路，最基本的處理是放大。最基本的處理是放大。 放大：輸入為小信號，有源元件控制電放大：輸入為小信號，有源元件控制電源使負載獲得大信號，并保持線性關(guān)系。源使負載獲得大信號，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。清華大學(xué)華成英三、課程目的三、課程目的1. 掌握基本概念、基本電路、基本分析方法、基掌握基本概念、基本電路、基本分析方法、基本實驗技能

3、本實驗技能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。的能力，以及將所學(xué)知識用于本專業(yè)的能力。四、考查方法四、考查方法 1. 會看：定性分析會看：定性分析 2. 會算：定量計算會算：定量計算 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)：測試方法、故障診斷、儀器選用、會調(diào)：測試方法、故障診斷、儀器選用、EDA清華大學(xué)華成英五、學(xué)習(xí)方法五、學(xué)習(xí)方法1. 1. 入門階段應(yīng)以聽課為線索；入門階段應(yīng)以聽課為線索；2. 2. 建立工程的觀念、系統(tǒng)的觀念、科學(xué)進建立工程的觀念、系統(tǒng)的觀念、科學(xué)進步的

4、觀念和實踐的觀念；步的觀念和實踐的觀念；3. 3. 特別注意電路原理在電子電路分析中的特別注意電路原理在電子電路分析中的應(yīng)用。應(yīng)用。六、考試方法六、考試方法 開卷。開卷。清華大學(xué)華成英第一章第一章 半導(dǎo)體二極管和晶體三極管半導(dǎo)體二極管和晶體三極管教學(xué)基本要求：教學(xué)基本要求：掌握二極管和晶體管的外特性和主要參數(shù)掌握二極管和晶體管的外特性和主要參數(shù)清華大學(xué)華成英第一章 半導(dǎo)體二極管和晶體管1.1 1.1 半導(dǎo)體基本知識半導(dǎo)體基本知識一、一、本征半導(dǎo)體：純凈，晶體本征半導(dǎo)體：純凈，晶體共價鍵共價鍵載流子載流子兩種載流子參與導(dǎo)電，兩種載流子參與導(dǎo)電，導(dǎo)電性很差，且隨溫導(dǎo)電性很差，且隨溫度升高而增強。度

5、升高而增強。絕對溫度絕對溫度0K時不導(dǎo)電。時不導(dǎo)電。清華大學(xué)華成英二、雜質(zhì)半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體多數(shù)載流子多數(shù)載流子5磷（磷（P）3硼（硼（B） 雜質(zhì)半導(dǎo)體主要靠多數(shù)載流子導(dǎo)電。摻入雜質(zhì)越多，多子濃度雜質(zhì)半導(dǎo)體主要靠多數(shù)載流子導(dǎo)電。摻入雜質(zhì)越多，多子濃度越高，導(dǎo)電性越強，實現(xiàn)導(dǎo)電性可控。越高，導(dǎo)電性越強，實現(xiàn)導(dǎo)電性可控。清華大學(xué)華成英三、三、PN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?因濃度差而產(chǎn)生的運因濃度差而產(chǎn)生的運動稱為擴散運動。動稱為擴散運動。 因電場作用所產(chǎn)生的運因電場作用所產(chǎn)生的運動稱為漂移運動。動稱為漂移運動。 參與擴散運動和漂移運動的載流子數(shù)目相參與擴

6、散運動和漂移運動的載流子數(shù)目相同，達到動態(tài)平衡，就形成了同，達到動態(tài)平衡，就形成了PN結(jié)。結(jié)。擴散運動擴散運動漂移運動漂移運動清華大學(xué)華成英PNPN結(jié)加正向電壓導(dǎo)通：結(jié)加正向電壓導(dǎo)通： 耗盡層變窄，擴散耗盡層變窄，擴散運動加劇，由于外電源運動加劇，由于外電源的作用，形成擴散電流，的作用，形成擴散電流，PNPN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。PNPN結(jié)加反向電壓截止：結(jié)加反向電壓截止： 耗盡層變寬，阻止擴散耗盡層變寬，阻止擴散運動，有利于漂移運動，形運動，有利于漂移運動，形成漂移電流。由于電流很小，成漂移電流。由于電流很小，故可近似認為其截止。故可近似認為其截止。清華大學(xué)華成英1.2 晶體二極管

7、晶體二極管 一、組成一、組成 ：將：將PN結(jié)封裝，引出兩個電極，就構(gòu)成二極管。結(jié)封裝，引出兩個電極，就構(gòu)成二極管。mV26) 1e (TSTUIiUu常溫下材料材料開啟開啟電壓電壓導(dǎo)通導(dǎo)通電壓電壓反向飽和反向飽和電流電流硅硅Si0.5V0.50.8V1A以下鍺鍺Ge0.1V0.10.3V幾十A二、伏安特性二、伏安特性)(ufi 清華大學(xué)華成英從二極管的伏安特性可以反映出：從二極管的伏安特性可以反映出： 1、單向?qū)щ娦浴蜗驅(qū)щ娦?。，則加反向電壓時，若；，則加正向電壓時，若SSTeIiUuIiUuTUuT) 1e (TSUuIi2 2、伏安特性受溫度影響、伏安特性受溫度影響T（）在電流不變情況下

8、管壓降在電流不變情況下管壓降u 反向飽和電流反向飽和電流IS，U(BR) T（）正向特性左移正向特性左移，反向特性下移，反向特性下移清華大學(xué)華成英三、二極管的等效電路三、二極管的等效電路1 1、將伏安特性折線化、將伏安特性折線化理想理想二極管二極管近似分析近似分析中最常用中最常用2 2、微變等效電路、微變等效電路QDiurQ越高，越高，rD越小。越小。 在一直流電壓和電流的在一直流電壓和電流的基礎(chǔ)上的低頻小信號下的基礎(chǔ)上的低頻小信號下的等效電路。等效電路。清華大學(xué)華成英四、二極管的主要參數(shù)四、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