第一章半導(dǎo)體

1、 電電 子子 元元 器器 件件 基基 本本 放放 大大 電電 路路運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器應(yīng)用電路應(yīng)用電路模擬電路模擬電路數(shù)字電路數(shù)字電路電子技術(shù)電子技術(shù)典型應(yīng)用：手機(jī)典型應(yīng)用：手機(jī)基站基站手機(jī)接收手機(jī)接收器器A/DCPUD/A 喇叭喇叭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 特殊二極管特殊二極管1.4 半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管40年代晶體管年代晶體管第二代電子器件第二代電子器件60年代中、小規(guī)模集成電路年代中、小規(guī)模集成電路第三代電子器件第三代電子器件大規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路第四代電子器件第四代電子器件超大規(guī)模集成電路超大規(guī)模集成電路第五代電子器件第五代電

2、子器件20年代真空管年代真空管第一代電子器件第一代電子器件電子技術(shù)發(fā)展的歷史電子技術(shù)發(fā)展的歷史電子技術(shù)的發(fā)展離不開(kāi)半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展電子技術(shù)的發(fā)展離不開(kāi)半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展物質(zhì)按其導(dǎo)電性能可分為：物質(zhì)按其導(dǎo)電性能可分為：導(dǎo)體導(dǎo)體，絕緣體絕緣體，半導(dǎo)體半導(dǎo)體 1.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體：導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)。半導(dǎo)體：導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)。主要有主要有硅、鍺、硒和大多數(shù)金屬氧化物及硫化物硅、鍺、硒和大多數(shù)金屬氧化物及硫化物半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨外界條件的改變而發(fā)生很大的變化半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨外界條件的改變而發(fā)生很大的變化1.1.1 導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體導(dǎo)體、絕緣體

3、和半導(dǎo)體各種半導(dǎo)體的典型特性：各種半導(dǎo)體的典型特性：溫度溫度 ，導(dǎo)電能力，導(dǎo)電能力熱敏元件熱敏元件光照，導(dǎo)電能力光照，導(dǎo)電能力光敏元件光敏元件滲入微量雜質(zhì)，導(dǎo)電能力滲入微量雜質(zhì)，導(dǎo)電能力二極管、三極管二極管、三極管1.1.2 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體本征半導(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 純凈的半導(dǎo)體一般都具有晶體結(jié)構(gòu)純凈的半導(dǎo)體一般都具有晶體結(jié)構(gòu)常用的半導(dǎo)體材料有硅和鍺，它們常用的半導(dǎo)體材料有硅和鍺，它們?cè)拥淖钔鈱佣荚拥淖钔鈱佣加兴膫€(gè)價(jià)電子有四個(gè)價(jià)電子，稱為四價(jià)元素，稱為四價(jià)元素+14在硅或鍺構(gòu)成的晶體結(jié)構(gòu)中，在硅或鍺構(gòu)成的晶體結(jié)構(gòu)中，每個(gè)原子與相鄰

4、的四每個(gè)原子與相鄰的四個(gè)原子結(jié)合，形成共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)個(gè)原子結(jié)合，形成共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體導(dǎo)電性能容易突變的原因半導(dǎo)體導(dǎo)電性能容易突變的原因共價(jià)鍵中的價(jià)電子不是很穩(wěn)定（容易被激發(fā)）共價(jià)鍵中的價(jià)電子不是很穩(wěn)定（容易被激發(fā)）SiSiSiSi在一定條件下（如光照或溫度升高）在一定條件下（如光照或溫度升高） 共價(jià)鍵中的電子可以掙脫原子核的束縛而成為自共價(jià)鍵中的電子可以掙脫原子核的束縛而成為自由電子由電子 與此同時(shí)，晶體共價(jià)鍵一旦失去一個(gè)電子，該地方便與此同時(shí)，晶體共價(jià)鍵一旦失去一個(gè)電子，該地方便會(huì)產(chǎn)生一個(gè)空位，稱為會(huì)產(chǎn)生一個(gè)空位，稱為空穴空穴SiSiSiSi自由電子自由電子空穴空穴原子因?yàn)槭ヒ粋€(gè)電子而成為帶正

5、電的離子，因此可原子因?yàn)槭ヒ粋€(gè)電子而成為帶正電的離子，因此可認(rèn)為認(rèn)為空穴帶正電空穴帶正電。SiSiSiSi自由電子自由電子空穴空穴在本征半導(dǎo)體中，自由電子和空穴總是成對(duì)出現(xiàn)的。在本征半導(dǎo)體中，自由電子和空穴總是成對(duì)出現(xiàn)的。溫度越高，自由電子和空穴的對(duì)數(shù)也越多溫度越高，自由電子和空穴的對(duì)數(shù)也越多+ 對(duì)半導(dǎo)體施加外電場(chǎng)對(duì)半導(dǎo)體施加外電場(chǎng)* *自由電子作定向運(yùn)動(dòng)，形成電流（自由電子作定向運(yùn)動(dòng)，形成電流（電子電流電子電流） * * 空穴（帶正電）吸引電子，空穴（帶正電）吸引電子， 鄰近共價(jià)鍵中的價(jià)鄰近共價(jià)鍵中的價(jià) 電子在外電場(chǎng)作用下可填補(bǔ)該空穴。電子在外電場(chǎng)作用下可填補(bǔ)該空穴。SiSiSiSiE E

6、在半導(dǎo)體中，電子電流和空穴電流并存，這也是在半導(dǎo)體中，電子電流和空穴電流并存，這也是半導(dǎo)體和金屬在導(dǎo)電機(jī)理上的本質(zhì)區(qū)別半導(dǎo)體和金屬在導(dǎo)電機(jī)理上的本質(zhì)區(qū)別電子填補(bǔ)空穴的運(yùn)動(dòng)可看成是空穴沿外電場(chǎng)相電子填補(bǔ)空穴的運(yùn)動(dòng)可看成是空穴沿外電場(chǎng)相同的方向作定向運(yùn)動(dòng)，這就是同的方向作定向運(yùn)動(dòng)，這就是空穴電流空穴電流SiSiSiSiE ESiSiSiSiE E自由電子自由電子和和空穴空穴 統(tǒng)稱為統(tǒng)稱為 載流子載流子自由電子填補(bǔ)空穴的過(guò)程自由電子填補(bǔ)空穴的過(guò)程稱為稱為 復(fù)合復(fù)合SiSiSiSiE E1.1.3 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入微量雜質(zhì)元素在本征半導(dǎo)體中摻入微量雜質(zhì)元素N N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)

7、體P P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體1、N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體摻入微量五價(jià)元素?fù)饺胛⒘课鍍r(jià)元素P PPSiSiSi自由自由 電子濃度大大增加，電子導(dǎo)電是主要導(dǎo)電方式電子濃度大大增加，電子導(dǎo)電是主要導(dǎo)電方式自由電子：多數(shù)載流子自由電子：多數(shù)載流子空穴：少數(shù)載流子空穴：少數(shù)載流子則：則： P P P P+ +一旦多余的價(jià)電子游離一旦多余的價(jià)電子游離P P原子，原子，N型半導(dǎo)體（型半導(dǎo)體（Negative)Negative)PSiSiSi+2、P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體摻入微量三價(jià)元素?fù)饺胛⒘咳齼r(jià)元素硼原子硼原子BSiSiSi空穴濃度大大增加，空穴導(dǎo)電是主要導(dǎo)電方式空穴濃度大大增加，空穴導(dǎo)電是主要導(dǎo)電方式自由電子：少數(shù)載

8、流子自由電子：少數(shù)載流子空穴：多數(shù)載流子空穴：多數(shù)載流子B BB BP型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 ( Positive )BSiSiSi 1. 雜質(zhì)半導(dǎo)體中多子濃度取決于摻雜雜雜質(zhì)半導(dǎo)體中多子濃度取決于摻雜雜質(zhì)濃度，少子濃度取決于溫度。質(zhì)濃度，少子濃度取決于溫度。2.雜質(zhì)半導(dǎo)體呈電中性。雜質(zhì)半導(dǎo)體呈電中性。N:電子數(shù)（摻雜電子數(shù)（摻雜+熱激發(fā)）熱激發(fā)）=空穴（熱激發(fā)）空穴（熱激發(fā)）+正離子正離子P:空穴數(shù)（摻雜空穴數(shù)（摻雜+熱激發(fā)）熱激發(fā)）=電子（熱激發(fā)）電子（熱激發(fā)）+負(fù)離子負(fù)離子 結(jié)結(jié) 論論1.1.4 PN 結(jié)的形成結(jié)的形成將將N N型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和P P型半導(dǎo)體拼在一起，其交界面處將型半導(dǎo)體拼

9、在一起，其交界面處將形成一個(gè)形成一個(gè)PN結(jié)結(jié)PNPN內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)+P P區(qū)空穴濃度大，空穴由區(qū)空穴濃度大，空穴由P P區(qū)向區(qū)向N N區(qū)擴(kuò)散區(qū)擴(kuò)散，在交界面，在交界面附近的附近的P P區(qū)留下一些負(fù)離子區(qū)留下一些負(fù)離子N N區(qū)電子濃度大，電子由區(qū)電子濃度大，電子由N N區(qū)向區(qū)向P P區(qū)擴(kuò)散區(qū)擴(kuò)散，在交界面，在交界面附近的附近的N N區(qū)留下一些正離子區(qū)留下一些正離子正負(fù)離子形成空間電荷區(qū)正負(fù)離子形成空間電荷區(qū)PNPN結(jié)結(jié)PN內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)+內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)阻止阻止P P區(qū)及區(qū)及N N區(qū)的多數(shù)載流子繼續(xù)擴(kuò)散區(qū)的多數(shù)載流子繼續(xù)擴(kuò)散有利于有利于P P區(qū)及區(qū)及N N區(qū)的少數(shù)載流子的運(yùn)動(dòng)區(qū)的少數(shù)載流子的運(yùn)動(dòng)漂移漂移

10、一開(kāi)始是多數(shù)載流子的擴(kuò)散占主導(dǎo)，最后擴(kuò)散與一開(kāi)始是多數(shù)載流子的擴(kuò)散占主導(dǎo)，最后擴(kuò)散與漂移形成動(dòng)態(tài)平衡漂移形成動(dòng)態(tài)平衡PN內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)+ 物質(zhì)因濃度差而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。氣物質(zhì)因濃度差而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。氣體、液體、固體均有之。體、液體、固體均有之。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)P區(qū)空穴區(qū)空穴濃度遠(yuǎn)高濃度遠(yuǎn)高于于N區(qū)。區(qū)。N區(qū)自由電區(qū)自由電子濃度遠(yuǎn)高子濃度遠(yuǎn)高于于P區(qū)。區(qū)。 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使靠近接觸面擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使靠近接觸面P區(qū)的空穴濃度降低、靠近接觸面區(qū)的空穴濃度降低、靠近接觸面N區(qū)的自由電子濃度降低，產(chǎn)生內(nèi)電場(chǎng)。區(qū)的自由電子濃度降低，產(chǎn)生內(nèi)電場(chǎng)。PN 結(jié)的形成 因電場(chǎng)作用所產(chǎn)因電場(chǎng)作用所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)稱為漂

11、移生的運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)。 參與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)的載流子數(shù)目相同，達(dá)到動(dòng)態(tài)參與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)的載流子數(shù)目相同，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，就形成了平衡，就形成了PN結(jié)。結(jié)。漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng) 由于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使由于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使P區(qū)與區(qū)與N區(qū)的交界面缺少多數(shù)載流子，形成區(qū)的交界面缺少多數(shù)載流子，形成內(nèi)電場(chǎng)，從而阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行。內(nèi)電場(chǎng)使空穴從內(nèi)電場(chǎng)，從而阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行。內(nèi)電場(chǎng)使空穴從N區(qū)向區(qū)向P區(qū)、自由電子從區(qū)、自由電子從P區(qū)向區(qū)向N 區(qū)運(yùn)動(dòng)。區(qū)運(yùn)動(dòng)。PN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(kuò)散運(yùn)動(dòng)加耗盡層變窄，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)加劇，由于外電源的作用，形劇，由于外電源的作用，形成擴(kuò)散電流，成擴(kuò)散

12、電流，PNPN結(jié)處于導(dǎo)通結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。狀態(tài)。PN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(kuò)散運(yùn)動(dòng)耗盡層變寬，阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，有利于漂移運(yùn)動(dòng)，形成漂移，有利于漂移運(yùn)動(dòng)，形成漂移電流。由于電流很小，故可近電流。由于電流很小，故可近似認(rèn)為其截止。似認(rèn)為其截止。PN 結(jié)的單向?qū)щ娦匀绾斡萌f(wàn)用表判斷二極管的如何用萬(wàn)用表判斷二極管的P端，端，N端端四、PN 結(jié)的電容效應(yīng)1. 1. 勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容 PN結(jié)外加電壓變化時(shí)，空間電荷區(qū)的寬度將發(fā)生變結(jié)外加電壓變化時(shí)，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(guò)程，與電容的充放電相化，有電荷的積累和釋放的過(guò)程，與電容的充放電相同，其等效電容稱

13、為勢(shì)壘電容同，其等效電容稱為勢(shì)壘電容Cb。2. 2. 擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容 PN結(jié)外加的正向電壓變化時(shí)，在擴(kuò)散路程中載流子結(jié)外加的正向電壓變化時(shí)，在擴(kuò)散路程中載流子的濃度及其梯度均有變化，也有電荷的積累和釋放的的濃度及其梯度均有變化，也有電荷的積累和釋放的過(guò)程，其等效電容稱為擴(kuò)散電容過(guò)程，其等效電容稱為擴(kuò)散電容Cd。dbjCCC結(jié)電容：結(jié)電容： 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度結(jié)外加電壓頻率高到一定程度，則失去單向?qū)щ娦?！，則失去單向?qū)щ娦裕?wèn)題 為什么將自然界導(dǎo)電性能中等的半導(dǎo)體材料制為什么將自然界導(dǎo)電性能中等的半導(dǎo)體材料制成本征半導(dǎo)體，導(dǎo)電性能極差，又將其摻雜

14、，成本征半導(dǎo)體，導(dǎo)電性能極差，又將其摻雜，改善導(dǎo)電性能？改善導(dǎo)電性能？ 為什么半導(dǎo)體器件的溫度穩(wěn)定性差？是多子還為什么半導(dǎo)體器件的溫度穩(wěn)定性差？是多子還是少子是影響溫度穩(wěn)定性的主要因素？是少子是影響溫度穩(wěn)定性的主要因素？ 為什么半導(dǎo)體器件有最高工作頻率？為什么半導(dǎo)體器件有最高工作頻率？ 1.2 半導(dǎo)體二極管（半導(dǎo)體二極管（Diode）NPDPN表示符號(hào)表示符號(hào)PN+二極管的組成將將PN結(jié)封裝，引出兩個(gè)電極，就構(gòu)成了二極管。結(jié)封裝，引出兩個(gè)電極，就構(gòu)成了二極管。小功率小功率二極管二極管大功率大功率二極管二極管穩(wěn)壓穩(wěn)壓二極管二極管發(fā)光發(fā)光二極管二極管1.2.1 二極管的基本結(jié)構(gòu)二極管的基本結(jié)構(gòu)NP

15、D陽(yáng)極陽(yáng)極陰極陰極點(diǎn)接觸型：結(jié)面積小點(diǎn)接觸型：結(jié)面積小，結(jié)電容小，故結(jié)允，結(jié)電容小，故結(jié)允許的電流小，最高工許的電流小，最高工作頻率高。作頻率高。面接觸型：結(jié)面積大面接觸型：結(jié)面積大，結(jié)電容大，故結(jié)允，結(jié)電容大，故結(jié)允許的電流大，最高工許的電流大，最高工作頻率低。作頻率低。平面型：結(jié)面積可小平面型：結(jié)面積可小、可大，小的工作頻、可大，小的工作頻率高，大的結(jié)允許的率高，大的結(jié)允許的電流大。電流大。（2）U死區(qū)電壓，死區(qū)電壓，UII1 1、當(dāng)當(dāng)U0 0時(shí)時(shí) UIPN（1）當(dāng)）當(dāng)U死區(qū)電壓時(shí)，外電場(chǎng)不足以削弱內(nèi)電場(chǎng)，死區(qū)電壓時(shí)，外電場(chǎng)不足以削弱內(nèi)電場(chǎng)，I 0 I（mA）正向正向死區(qū)電壓死區(qū)電壓 Si

16、 0.5V Ge 0.1V反向反向U（V）1.2.2 二極管的特性曲線二極管的特性曲線 UIPNI（mA）正向正向?qū)妷簩?dǎo)通電壓 UD Si 0.7V Ge 0.3V反向反向U（V）（1）當(dāng)）當(dāng)|U| U(BR)（反向擊穿電壓）（反向擊穿電壓）時(shí)，二極管只存在時(shí)，二極管只存在少數(shù)載流子漂移，從而形成少數(shù)載流子漂移，從而形成較小的反向飽和電流較小的反向飽和電流 2 2、UU(BR)，少數(shù)載流子的高速運(yùn)動(dòng)將其他少數(shù)載流子的高速運(yùn)動(dòng)將其他被束縛的價(jià)電子撞擊出來(lái)被束縛的價(jià)電子撞擊出來(lái)，如此形成連鎖反應(yīng)，如此形成連鎖反應(yīng)，使得二極管中載流子劇增，形成很大的反向電使得二極管中載流子劇增，形成很大的反向電

17、流流反向擊穿反向擊穿 UIPN IP PN N內(nèi)電場(chǎng)方向內(nèi)電場(chǎng)方向外電場(chǎng)方向外電場(chǎng)方向 I（mA）正向正向死區(qū)電壓死區(qū)電壓 Si 0.5V Ge 0.1V反向反向U（BR）U（V） 當(dāng)當(dāng)PN結(jié)的反向電壓增結(jié)的反向電壓增加到一定數(shù)值時(shí)，反向電加到一定數(shù)值時(shí)，反向電流突然快速增加，此現(xiàn)象流突然快速增加，此現(xiàn)象稱為稱為PN結(jié)的反向擊穿。結(jié)的反向擊穿。iDOVBR D熱擊穿熱擊穿不可逆不可逆 雪崩擊穿雪崩擊穿 齊納擊穿齊納擊穿 電擊穿電擊穿可逆可逆PN結(jié)的反向擊穿結(jié)的反向擊穿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娦詥蜗驅(qū)щ娦訲eSTUuIiUu，則若正向電壓) 1

18、e (TSUuIi2. 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 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，反向特性下移正向特性為正向特性為指數(shù)曲線指數(shù)曲線反向特性為橫軸的平行線反向特性為橫軸的平行線增大增大1倍倍/10STIiUu，則若反向電壓二極管的等效電路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理想開(kāi)關(guān)理想開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)導(dǎo)通時(shí) UD0截止時(shí)截止時(shí)IS0導(dǎo)通時(shí)導(dǎo)通時(shí)UDUon截止時(shí)截止時(shí)IS0導(dǎo)通時(shí)導(dǎo)通時(shí)i與與u成線性關(guān)系成線性關(guān)系應(yīng)根據(jù)不同情況選擇不同的等效電路！應(yīng)根據(jù)不同情況選擇不同的

19、等效電路！1. 1. 將伏安特性折線化將伏安特性折線化？100V？5V？1V？2. 微變等效電路DTDDdIUiur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(dòng)態(tài)信號(hào)作用時(shí)，則可將二極當(dāng)二極管在靜態(tài)基礎(chǔ)上有一動(dòng)態(tài)信號(hào)作用時(shí)，則可將二極管等效為一個(gè)電阻，稱為動(dòng)態(tài)電阻，也就是微變等效電路。管等效為一個(gè)電阻，稱為動(dòng)態(tài)電阻，也就是微變等效電路。ui=0時(shí)直流電源作用時(shí)直流電源作用1、最大整流電流、最大整流電流IFM二極管長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)，二極管長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)，允許通過(guò)二極管的最大正向平均允許通過(guò)二極管的最大正向平均電流電流。當(dāng)電流超過(guò)允許值時(shí)，。當(dāng)電流超過(guò)允許值時(shí)，PN結(jié)將過(guò)熱而

20、使管子損結(jié)將過(guò)熱而使管子損壞壞1.2.3 二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù)2、反向工作峰值電壓、反向工作峰值電壓URM一般為反向擊穿電壓的一半或三分之二一般為反向擊穿電壓的一半或三分之二3、反向電流、反向電流IR二極管上未擊穿時(shí)的反向電流值。二極管上未擊穿時(shí)的反向電流值。如果該值大，則說(shuō)明二極管的單向?qū)щ娦阅懿?。如果該值大，則說(shuō)明二極管的單向?qū)щ娦阅懿?。I（mA）正向正向反向反向反向峰值反向峰值電壓電壓U（BR）U（V）反向峰值反向峰值電流電流4、最高工作頻率、最高工作頻率fM 1. 理想模型理想模型3. 折線模型折線模型 2. 恒壓降模型恒壓降模型1.2.4 二極管的電路模型二極管的電路模型

21、1 1、一般可將二極管視為理想元件（、一般可將二極管視為理想元件（死區(qū)電壓、導(dǎo)通電壓死區(qū)電壓、導(dǎo)通電壓均認(rèn)為是零，反向電流為零均認(rèn)為是零，反向電流為零） I（mA）正向正向反向反向U（BR）U（V） 死區(qū)電壓死區(qū)電壓I（mA）正向正向U（BR）U（V）反向反向1.2.5 含二極管電路的計(jì)算含二極管電路的計(jì)算（1 1）正向?qū)〞r(shí)，二極管元件上的正向?qū)▔航悼桑┱驅(qū)〞r(shí)，二極管元件上的正向?qū)▔航悼?認(rèn)為是零，正向電阻為零（將其視為短路）認(rèn)為是零，正向電阻為零（將其視為短路）（2 2）反向截止時(shí)，二極管反向電阻無(wú)窮大，反向電）反向截止時(shí)，二極管反向電阻無(wú)窮大，反向電流為零（開(kāi)路）流為零（開(kāi)路）P

22、NPN2 2、含二極管電路的分析方法、含二極管電路的分析方法（1 1）對(duì)于含一個(gè)二極管的電路，先將二極管從電路中）對(duì)于含一個(gè)二極管的電路，先將二極管從電路中分離出來(lái)，求出其陽(yáng)、陰兩極的開(kāi)路電壓，如果該電壓分離出來(lái)，求出其陽(yáng)、陰兩極的開(kāi)路電壓，如果該電壓大于零，則二極管導(dǎo)通，否則截止。大于零，則二極管導(dǎo)通，否則截止。解：將解：將D開(kāi)路，求其兩端開(kāi)路電壓開(kāi)路，求其兩端開(kāi)路電壓U， 若若U0，則，則D導(dǎo)通；反之導(dǎo)通；反之D截止。截止。故故D導(dǎo)通，導(dǎo)通，Uo=0V 02212 VRRREU+ U2R1R 100E4V 100例例1 已知已知D為理想二極管，求為理想二極管，求Uo=？ +oU2RD1R

23、100E4V 1000V2212 RRREU故故D截止，截止，Uo= -2V 例例2 若若E= 4V，求，求Uo=？ +oU2RD1R 100E4V 100+ U2R1R 100E4V 100例例3 若將若將E改為改為ui，求求uotiuii21221uuRRRu 解：解：tou+ou2RD1R 100 100iu止止若若D0,0,i uuii212o21uuRRRu 0D0,0,oi uuu通，通，若若iU2toU2t例例4 4 已知已知 ，畫(huà)，畫(huà) 的波形。的波形。 V5Vsin10iEtu，ou5iDO uu解：解：ioDOiD, 0,V5uuuu 截止，截止，若若V5D, 0,V5oDO

24、i uuu導(dǎo)通，導(dǎo)通，若若RiuIouDE Dut iu5（2 2）如果電路中含多個(gè)二極管，則應(yīng)斷開(kāi)所有二極管，）如果電路中含多個(gè)二極管，則應(yīng)斷開(kāi)所有二極管，求出各管所承受的電壓，求出各管所承受的電壓，其中承受正向電壓最大者優(yōu)先其中承受正向電壓最大者優(yōu)先導(dǎo)通導(dǎo)通，遂將其短路，接著再分析其他二極管。，遂將其短路，接著再分析其他二極管。解：將兩個(gè)二極管全部斷開(kāi)，求開(kāi)路電壓解：將兩個(gè)二極管全部斷開(kāi)，求開(kāi)路電壓例例5 5 求輸出電壓求輸出電壓UooU k3D1D2+9V3V6V k3+9V3V6V+U1U2先導(dǎo)通先導(dǎo)通優(yōu)先導(dǎo)通，即優(yōu)先導(dǎo)通，即兩端電壓大的兩端電壓大的221DD639 369VUVU k

25、3+9V3V6V+U1U2 k3+9V3V6V+U1的的情情況況，重重新新來(lái)來(lái)判判斷斷導(dǎo)導(dǎo)通通后后可可將將其其視視為為短短路路12DDD1 1 是否也導(dǎo)通是否也導(dǎo)通V3 DV363o11UU截止，故此時(shí)， k3+9V3V6V+U1oU1.3 特殊二極管特殊二極管 除普通二極管外，還有許多特殊二極管，除普通二極管外，還有許多特殊二極管，如穩(wěn)壓二極管、變?nèi)荻O管、光電二極管等。如穩(wěn)壓二極管、變?nèi)荻O管、光電二極管等。 穩(wěn)壓管是一種特殊的二極管，穩(wěn)壓管是一種特殊的二極管，其伏安特性與普通二極管的差異：其伏安特性與普通二極管的差異：（1）反向特性曲線較陡反向特性曲線較陡（2）反向擊穿是可逆的（工作于反

26、向擊穿區(qū)）反向擊穿是可逆的（工作于反向擊穿區(qū)）UI/mAIZmaxIZminIZUZUZ一、穩(wěn)壓管簡(jiǎn)介一、穩(wěn)壓管簡(jiǎn)介 U I DZ二、主要參數(shù)二、主要參數(shù)1、穩(wěn)定電壓、穩(wěn)定電壓zU穩(wěn)壓管穩(wěn)定工作時(shí)穩(wěn)壓管穩(wěn)定工作時(shí)管子兩端的電壓值管子兩端的電壓值UI/mAIZmaxIZminIZUZUZUZ +UZZUU U IZDZZZIUr 3、動(dòng)態(tài)電阻、動(dòng)態(tài)電阻 2、電壓溫度系數(shù)、電壓溫度系數(shù)U 溫度每變化溫度每變化1C時(shí)電壓變化的時(shí)電壓變化的百分?jǐn)?shù)，表明穩(wěn)壓管的溫度穩(wěn)定性百分?jǐn)?shù)，表明穩(wěn)壓管的溫度穩(wěn)定性%100ZZU UU UI/mAIZmaxIZminIZUZUZ5、最大穩(wěn)定電流、最大穩(wěn)定電流ZMI4、

27、穩(wěn)定電流、穩(wěn)定電流ZI6、最大耗散功率、最大耗散功率PZM= UZIZM穩(wěn)壓管穩(wěn)定工作時(shí)流過(guò)的穩(wěn)壓管穩(wěn)定工作時(shí)流過(guò)的參考電流值參考電流值，實(shí)際電流值，實(shí)際電流值應(yīng)略大于這個(gè)值應(yīng)略大于這個(gè)值穩(wěn)壓管允許通過(guò)的最大電流穩(wěn)壓管允許通過(guò)的最大電流UI/mAIZmaxIZminIZUZUZ三、含穩(wěn)壓二極管電路的分析方法三、含穩(wěn)壓二極管電路的分析方法(1)(1)含一個(gè)穩(wěn)壓管的電路，先求出其陽(yáng)陰兩極的開(kāi)路電壓含一個(gè)穩(wěn)壓管的電路，先求出其陽(yáng)陰兩極的開(kāi)路電壓UO 當(dāng)當(dāng)UO 0 時(shí)同普通二極管時(shí)同普通二極管 當(dāng)當(dāng) UzUO 0 時(shí)反向截止時(shí)反向截止U= UO 當(dāng)當(dāng) UO Uz 時(shí)反向擊穿時(shí)反向擊穿 U= UzUI/

28、mAIZMIZIZUZUZ U IZD+UZDZR oUIZD U限流電阻限流電阻例例1 已知已知UZ=5V，UD=0.6V，求，求Uo=？U=10V；U= 10V；U=4V解解: (1)當(dāng)當(dāng)U=10V時(shí)，時(shí)， UDO= 10V，穩(wěn)壓管反向擊穿，穩(wěn)壓管反向擊穿， Uo= UZ=5VR oUI U DOU oUIZD U+UZ(2)當(dāng)當(dāng)U= 10V時(shí)，穩(wěn)壓管正向?qū)ǎ瑫r(shí)，穩(wěn)壓管正向?qū)ǎ?Uo= UD= 0.6V(3)當(dāng)當(dāng)U=4V時(shí)，穩(wěn)壓管時(shí)，穩(wěn)壓管UDO= 4V反向截止，反向截止， Uo= 4VR oUIZD U DUR oUIZD U U=10V； U= 10V； U=4V UR oUIZ1

29、DZ2DABO解：首先分析解：首先分析BO支路的電流。只可能出現(xiàn)兩種情形：支路的電流。只可能出現(xiàn)兩種情形： 1、有電流，則兩個(gè)穩(wěn)壓管一個(gè)反向擊穿，一個(gè)正向?qū)ā⒂须娏?，則兩個(gè)穩(wěn)壓管一個(gè)反向擊穿，一個(gè)正向?qū)?、沒(méi)有電流，則兩個(gè)穩(wěn)壓管均截止。、沒(méi)有電流，則兩個(gè)穩(wěn)壓管均截止。例例2 已知已知UZ=5V，UD=0.6V，求，求Uo=？（1）當(dāng)）當(dāng)U=10V時(shí)，令時(shí)，令O點(diǎn)電位為零，點(diǎn)電位為零，假設(shè)假設(shè)2個(gè)穩(wěn)壓管個(gè)穩(wěn)壓管均截止均截止，則，則UA 0.5V，則，則DZ1反向擊穿，反向擊穿， UA=5V, DZ2正向?qū)ㄕ驅(qū)║o= UZ + UD=5.6V UR oUIZ1DZ2DABO U oUIZ

30、1DZ2DO ZU DU假設(shè)假設(shè)2個(gè)二極管均截止，則個(gè)二極管均截止，則UA Uz 時(shí)，時(shí)， UO= Uz 當(dāng)當(dāng) U Uz 時(shí)，截止時(shí)，截止UO=U 當(dāng)當(dāng) U Uz 時(shí)，時(shí)，UO = UzUz UR oUIZ1DZ2DABO四、穩(wěn)壓管的應(yīng)用電路四、穩(wěn)壓管的應(yīng)用電路1.4 1.4 晶體三極管一、晶體管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)一、晶體管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)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(duì)晶體管特性的影響四、溫度對(duì)晶體管特性的影響五、主要參數(shù)五、主要參數(shù)一、晶體管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)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

31、積大面積大晶體管有三個(gè)極、三個(gè)區(qū)、兩個(gè)晶體管有三個(gè)極、三個(gè)區(qū)、兩個(gè)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？為什么有孔？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(dòng)形成發(fā)射極電流擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成發(fā)射極電流IE，復(fù)合運(yùn)動(dòng)形成基極電，復(fù)合運(yùn)動(dòng)形成基極電流流IB，漂移運(yùn)動(dòng)形成集電極電流，漂移運(yùn)動(dòng)形成集電極電流IC。少數(shù)載流少數(shù)載流子的運(yùn)動(dòng)子的運(yùn)動(dòng)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

32、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(chǎng)作用下大因集電區(qū)面積大，在外電場(chǎng)作用下大部分?jǐn)U散到基區(qū)的電子漂移到集電區(qū)部分?jǐn)U散到基區(qū)的電子漂移到集電區(qū)基區(qū)空穴的擴(kuò)散 電流分配：電流分配： I IE EI IB BI IC C I IE E擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成的電流擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成的電流 I IB B復(fù)合運(yùn)動(dòng)形成的電流復(fù)合運(yùn)動(dòng)形成的電流 I IC C漂移運(yùn)動(dòng)形成的電流漂移運(yùn)動(dòng)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(kāi)路集電極回為什么基極開(kāi)路集電極回路會(huì)有穿透電流路會(huì)有穿透

33、電流？三、晶體管的共射輸入特性和輸出特性CE)(BEBUufi 為什么為什么UCE增大曲線右移？增大曲線右移？ 對(duì)于小功率晶體管，對(duì)于小功率晶體管，UCE大于大于1V的一條輸入特性曲的一條輸入特性曲線可以取代線可以取代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增大到一定值曲線增大到一定值曲線右移就不明顯了？右移就不明顯了？1. 1. 輸入特性輸入特性2. 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(duì)應(yīng)于一個(gè)對(duì)應(yīng)于一個(gè)IB就有一條就有一條iC隨隨u

34、CE變化的曲線。變化的曲線。 為什么為什么uCE較小時(shí)較小時(shí)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CEBCUii晶體管的三個(gè)工作區(qū)域 晶體管工作在放大狀態(tài)時(shí)，輸出回路的電流晶體管工作在放大狀態(tài)時(shí)，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電流，即可將輸出回路等效為電流 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

35、uBE四、溫度對(duì)晶體管特性的影響B(tài)EBBBECEO )(uiiuIT不變時(shí)，即不變時(shí)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 交流參數(shù)：交流參數(shù)：、fT（使（使1的信號(hào)頻率）的信號(hào)頻率） 極限參數(shù)：極限參數(shù)：ICM、PCM、U（BR）CEOECII1ECii討論一由圖示特性求出由圖示特性求出PCM、ICM、U（BR）CEO、。CECCMuiPCEBCUiiuCE=1V時(shí)的時(shí)的iC就是就是ICMU（BR）CEO CEUCI BEUBI特性曲線（以特性曲線（以NPN管

36、為例）管為例）一、輸入特性曲線一、輸入特性曲線V2CE)BE(B1 UUfIV3CE)BE(B2 UUfI常常數(shù)數(shù) CE)BE(BUUfI常常數(shù)數(shù) CE)BE(BUUfI并并聯(lián)聯(lián)的的正正向向伏伏安安特特性性時(shí)時(shí)，可可視視為為兩兩個(gè)個(gè)二二極極管管0VCE UBCEI RBVBBRCVCCNNP CIBI曲曲線線右右移移下下同同一一，電電子子能能力力集集電電結(jié)結(jié)開(kāi)開(kāi)始始反反偏偏，收收集集,BBECE iuU常常數(shù)數(shù) CE)BE(BUUfI集電結(jié)可以把擴(kuò)散到基區(qū)的電子中的大部分拉入集集電結(jié)可以把擴(kuò)散到基區(qū)的電子中的大部分拉入集電區(qū)，只要電區(qū)，只要UBE不變，則即使不變，則即使UCE再增大，再增大，

37、IB也不會(huì)也不會(huì)有明顯的改變。有明顯的改變。)7 . 0V1BECE UBCU已已經(jīng)經(jīng)反反向向偏偏置置（時(shí)時(shí)，集集電電結(jié)結(jié)BCEI RBVBBRCVCCNNP CIBIBCEI RBVBBRCVCCNNP CIBI時(shí)所有曲線幾乎重合時(shí)所有曲線幾乎重合V1CE UA)(B I(V)BEU1VCE U208060400.20.40.6晶體管也存在晶體管也存在死區(qū)電壓死區(qū)電壓硅管的死區(qū)電壓約為硅管的死區(qū)電壓約為0.5V，鍺管為，鍺管為0.1V正常工作時(shí)正常工作時(shí)鍺管的發(fā)射結(jié)電壓約為鍺管的發(fā)射結(jié)電壓約為0.3V 硅管的發(fā)射結(jié)電壓約為硅管的發(fā)射結(jié)電壓約為0.7V死區(qū)電壓死區(qū)電壓A)(B I(V)BEU1

38、VCE U208060400.20.40.6 二、輸出特性曲線二、輸出特性曲線 常常數(shù)數(shù) B)CE(CIUfI CEUCI BEUBI8060A10040200 BI(V)CEU(mA)CI102520155CEOIBCBC IIII ，1、放大區(qū)、放大區(qū)曲線族中近似曲線族中近似平行于橫軸的部分平行于橫軸的部分條件：條件：發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏集電結(jié)反偏放放大大區(qū)區(qū)8060A10040200B I(V)CEU(mA)CI102520155CEOI00 CEOCB III時(shí)時(shí)，2、截止區(qū)、截止區(qū)曲線族中曲線族中 IB=0 以下的部分以下的部分時(shí)時(shí)，晶晶體體管管進(jìn)進(jìn)入入截截止止區(qū)區(qū)V5

39、. 0 BE UV0 BE U一一般般使使為為使使晶晶體體管管可可靠靠截截止止，截止區(qū)截止區(qū)8060A10040200B I(V)CEU(mA)CI102520155CEOI CSCBC集集電電極極飽飽和和電電流流，IIII 3、飽和區(qū)、飽和區(qū) 0.1V Ge0.3V SisatCECE）（UU條件：條件：發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏集電結(jié)正偏8060A10040200B I(V)CEU(mA)CI102520155CEOI飽和區(qū)飽和區(qū)1.3.4 三極管的主要參數(shù)三極管的主要參數(shù) 1、電流放大系數(shù)、電流放大系數(shù) （反映放大能力）（反映放大能力）直直流流電電流流放放大大系系數(shù)數(shù)BCII 交流電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù)BCII 一一般般不