模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)l

1、自動化系：趙自動化系：趙 勇勇辦公電話：辦公電話：62795961辦公地點：中央主樓辦公地點：中央主樓702室室電子郵件：電子郵件： 初步掌握基本概念、基本電路、基本分析方法、基本實驗技能； 具有能夠繼續(xù)深入學(xué)習(xí)和使用新器件的能力，具有將所學(xué)知識用于本專業(yè)的能力。課程目的課程目的1 預(yù)習(xí)很重要、聽課是關(guān)鍵； 復(fù)習(xí)緊跟課件、適當(dāng)作些練習(xí)題。學(xué)習(xí)方法學(xué)習(xí)方法2 隨堂小測試20，作業(yè)10，EDA仿真報告5， 出勤及平時表現(xiàn)5，期末考試60（半開卷）。 期末考試時可以帶一張統(tǒng)一下發(fā)的草稿紙，可將重要的或難記的公式等寫在上邊以備查詢；因此平時無需背記復(fù)雜的公式等。 上課不遲到； 課上不吃東西，課堂保持安

2、靜； 作業(yè)、隨堂小測試不抄襲； 作業(yè)遲交或抄襲不給成績。紀(jì)律要求紀(jì)律要求4考查方式考查方式3 所有選課同學(xué)請在周二上課之前將作業(yè)交給課代表，課代表在周二當(dāng)天交給助教，同時取回上次作業(yè)； 作業(yè)答疑可與助教聯(lián)系，如有必要可組織集體答疑。 本課被評為國家級精品課程，北京市精品課； 04、05年教學(xué)評估全系中青年教師排名第一； 被同學(xué)譽(yù)為“良師益友”和“教書育人的典范”。關(guān)于作業(yè)關(guān)于作業(yè)5關(guān)于本課關(guān)于本課61.1.1 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體現(xiàn)代電子學(xué)中，用得最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它現(xiàn)代電子學(xué)中，用得最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們的最外層電子（價電子）都是四個。們的最外層電子（價電子）都是四個。Si硅原子硅原

3、子Ge鍺原子鍺原子1.1 半導(dǎo)體的基本知識半導(dǎo)體的基本知識半導(dǎo)體器件是構(gòu)成電子電路的基本元件。由于硅和鍺的最外層電子既不象導(dǎo)體那么容易掙脫原子核的束縛，也不象絕緣體那樣被原子核束縛得那么緊，因而其導(dǎo)電性介于兩者之間，稱為半導(dǎo)體。完全純凈的、結(jié)完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體，構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體，稱為稱為本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體。在。在硅和鍺晶體中，每個硅和鍺晶體中，每個原子與其相臨的原子原子與其相臨的原子之間形成之間形成共價鍵共價鍵，共，共用一對價電子。用一對價電子。+4+4+4+4硅或鍺的共價鍵結(jié)構(gòu)硅或鍺的共價鍵結(jié)構(gòu)共價鍵共共價鍵共用電子對用電子對+4+4表示除表示除去價電子去價電子后的原子后的

4、原子共價鍵中兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為共價鍵中兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為束縛電子束縛電子，常溫下僅有極少數(shù)價電子由于熱運動獲得足夠的能量才能掙脫常溫下僅有極少數(shù)價電子由于熱運動獲得足夠的能量才能掙脫共價鍵的束縛而成為自由電子；與此同時，在共價鍵中留下一共價鍵的束縛而成為自由電子；與此同時，在共價鍵中留下一個空位，稱為空穴。所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。個空位，稱為空穴。所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。形成共價鍵后，每個原子最外層電子是八個，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)形成共價鍵后，每個原子最外層電子是八個，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。共價鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。構(gòu)。共價鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使原

5、子規(guī)則排列，形成晶體。+4+4+4+4載流子載流子成對成對出現(xiàn)出現(xiàn)對于本征半導(dǎo)體而言，其導(dǎo)電能力與什么因素有關(guān)？對于本征半導(dǎo)體而言，其導(dǎo)電能力與什么因素有關(guān)？1.1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會使半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會使半導(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。載流子濃度大大增加。N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體多余電子多余電子磷原子磷原子硅原子硅原子+N型硅表示型硅表示SiPSiSi自由電子濃度大于空穴濃度多數(shù)載流子（多子）空穴空穴P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體硼原子硼原子P型硅表示

6、型硅表示SiSiSiB硅原子硅原子空穴被認(rèn)為帶一個單位的正電荷，并且可以移動?？昭ū徽J(rèn)為帶一個單位的正電荷，并且可以移動。多子？少子？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)體多子為空穴、多子為空穴、少子為自由電子少子為自由電子+N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體多子為自由電子、多子為自由電子、少子為空穴少子為空穴被填補(bǔ)空穴被填補(bǔ)空穴的硼原子的硼原子空穴空穴失去電子的失去電子的磷原子磷原子電子電子1.2 PN結(jié)及其單向?qū)щ娦越Y(jié)及其單向?qū)щ娦?.2.1 PN結(jié)的形成結(jié)的形成濃度差使?jié)舛炔钍苟嘧佣嘧赢a(chǎn)生產(chǎn)生擴(kuò)散運動擴(kuò)散運動 當(dāng)參與擴(kuò)散運動的多子數(shù)目和參與漂移運動的少子數(shù)目當(dāng)參與擴(kuò)散運動的多子數(shù)

7、目和參與漂移運動的少子數(shù)目相同時，達(dá)到動態(tài)平衡，就形成了相同時，達(dá)到動態(tài)平衡，就形成了PN結(jié)。結(jié)。采用不同的摻雜工藝，將采用不同的摻雜工藝，將P型半導(dǎo)體與型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體制作在型半導(dǎo)體制作在同一硅片上，在它們的交界面處就會形成同一硅片上，在它們的交界面處就會形成PN結(jié)。結(jié)。內(nèi)電場使內(nèi)電場使少子少子產(chǎn)生產(chǎn)生漂移運動漂移運動內(nèi)電場 PN結(jié)加上結(jié)加上正向電壓正向電壓（正向偏置正向偏置）的）的意思是：意思是： P區(qū)加正電壓、區(qū)加正電壓、N區(qū)加負(fù)電壓。區(qū)加負(fù)電壓。 PN結(jié)加上結(jié)加上反向電壓反向電壓（反向偏置反向偏置）的）的意思是：意思是： P區(qū)加負(fù)電壓、區(qū)加負(fù)電壓、N區(qū)加正電壓。區(qū)加正電壓。1.2.

8、2 PN結(jié)的結(jié)的單向?qū)щ娦詥蜗驅(qū)щ娦?當(dāng)在當(dāng)在PN結(jié)的兩端外加電壓，就將破結(jié)的兩端外加電壓，就將破壞原來的平衡狀態(tài)。壞原來的平衡狀態(tài)。PN結(jié)正向偏置結(jié)正向偏置內(nèi)電場減弱，使擴(kuò)散加強(qiáng)，內(nèi)電場減弱，使擴(kuò)散加強(qiáng)，擴(kuò)散擴(kuò)散 飄移，形成正向電流，飄移，形成正向電流，PN結(jié)導(dǎo)通結(jié)導(dǎo)通正向電流PN結(jié)反向偏置結(jié)反向偏置內(nèi)電場增強(qiáng)，抑制擴(kuò)散、加劇漂內(nèi)電場增強(qiáng)，抑制擴(kuò)散、加劇漂移，移，形成反向電流，也稱漂移電形成反向電流，也稱漂移電流，因為漂移電流是由少子運動流，因為漂移電流是由少子運動引起的，而其數(shù)目極少，因此漂引起的，而其數(shù)目極少，因此漂移電流很小，?？珊雎圆挥?，認(rèn)移電流很小，?？珊雎圆挥嫞J(rèn)為為PN結(jié)處于截

9、止?fàn)顟B(tài)。結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。反向飽和電流反向飽和電流很小，很小， A級級將將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。1.3 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管mV26常溫下) 1e (TSTUIiUu材料開啟電壓導(dǎo)通電壓反向飽和電流硅Si0.5V0.50.8V1A以下鍺Ge0.1V0.10.3V幾十A二、伏安特性二、伏安特性一、構(gòu)成及形式一、構(gòu)成及形式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?、單向?qū)щ娦? 2、伏安特性受溫度影響、伏安特性受溫度影響T在電流不變情況下管壓降在電流不變情況下管壓降u 在管壓降不變情況下電流在管壓降不變情況下

10、電流 反向飽和電流反向飽和電流IST正向特性左移正向特性左移，反向特性下移，反向特性下移。，則壓時，若加反向；e，則壓時，若加正向SSTIiUuIiUuTUuT電電) 1e (TSUuIi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1.3 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管IZmax+-穩(wěn)壓二極管符號穩(wěn)壓二極管符號uIUZIZ穩(wěn)壓二極管特性曲線穩(wěn)壓二極管特性曲線IZmin當(dāng)穩(wěn)壓二極管工作在反當(dāng)穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿狀態(tài)下向擊穿狀態(tài)下,當(dāng)工作當(dāng)工作電流電流IZ在在Izmax和和 Izmin之之間時間時,其兩端電壓近似其

11、兩端電壓近似為 常 數(shù) 。為 常 數(shù) 。 正向同正向同二極管二極管穩(wěn)定穩(wěn)定電流電流穩(wěn)定穩(wěn)定電壓電壓1.3 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管uIUZIZ穩(wěn)壓二極管特性曲線穩(wěn)壓二極管特性曲線IZmaxIZmin流過穩(wěn)壓二極管的最大電流不能超過Izmax ,否則穩(wěn)壓管將因功耗過大而損壞。因此，在穩(wěn)壓管電路中，必須有一個限流電阻，使穩(wěn)壓管中流過合適大小的電流。1.4 發(fā)光二極管發(fā)光二極管發(fā)光二極管包括可見光、不可見光、激光等不同類型。發(fā)光二極管包括可見光、不可見光、激光等不同類型。光發(fā)光二極管的發(fā)光顏色決定于所用的材料，目前有紅、光發(fā)光二極管的發(fā)光顏色決定于所用的材料，目前有紅、綠、黃、橙等色。其外觀及符號如圖所示。綠、黃、橙等色。其外觀及符號如圖所示。發(fā)光二極管也具有單向?qū)Оl(fā)光二極管也具有單向?qū)щ娦?，只有?dāng)外加正向電電性，只有當(dāng)外加正向電壓使得正向電流足夠大時壓使得正向電流足夠大時才發(fā)光。它的開啟電壓比才發(fā)光。它的開啟電壓比普通二極管的大，如發(fā)紅普通二極管的大，如發(fā)紅光的二極管開啟電壓為光的二極管開啟電壓為1.7V左右。而且流過的正左右。而且流過的正向電流越大，發(fā)光越強(qiáng)。向電流越大，發(fā)光越強(qiáng)。1.5 光電二極管光電二極管光電二極管是一種將光能轉(zhuǎn)換為電能的