模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第4版)ppt課件PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第第4版版)ppt課件課件1.1 1.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)1.2 1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1.3 1.3 晶體三極管晶體三極管第1頁/共37頁一、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娦运摹⑺摹NPN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng)第2頁/共37頁 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。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。本征半導(dǎo)體是純凈的晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。本征半導(dǎo)體是純凈的晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。1 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

2、本征半導(dǎo)體？ 導(dǎo)體鐵、鋁、銅等金屬元素等低價(jià)元素，其最外層電導(dǎo)體鐵、鋁、銅等金屬元素等低價(jià)元素，其最外層電子在外電場作用下很容易產(chǎn)生定向移動(dòng)，形成電流。子在外電場作用下很容易產(chǎn)生定向移動(dòng)，形成電流。 絕緣體惰性氣體、橡膠等，其原子的最外層電子受原絕緣體惰性氣體、橡膠等，其原子的最外層電子受原子核的束縛力很強(qiáng)，只有在外電場強(qiáng)到一定程度時(shí)才可能導(dǎo)子核的束縛力很強(qiáng)，只有在外電場強(qiáng)到一定程度時(shí)才可能導(dǎo)電。電。 半導(dǎo)體硅（半導(dǎo)體硅（Si）、鍺（）、鍺（Ge），均為四價(jià)元素，它們?cè)?，均為四價(jià)元素，它們?cè)拥淖钔鈱与娮邮茉雍说氖`力介于導(dǎo)體與絕緣體之間。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

3、。無雜質(zhì)無雜質(zhì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)第3頁/共37頁由于熱運(yùn)動(dòng)，具有足夠能量由于熱運(yùn)動(dòng)，具有足夠能量的價(jià)電子掙脫共價(jià)鍵的束縛的價(jià)電子掙脫共價(jià)鍵的束縛而成為自由電子而成為自由電子自由電子的產(chǎn)生使共價(jià)鍵中自由電子的產(chǎn)生使共價(jià)鍵中留有一個(gè)空位置，稱為空穴留有一個(gè)空位置，稱為空穴 自由電子與空穴相碰同時(shí)消失，稱為復(fù)合。自由電子與空穴相碰同時(shí)消失，稱為復(fù)合。共價(jià)鍵共價(jià)鍵 一定溫度下，自由電子與空穴對(duì)的濃度一定；溫度升一定溫度下，自由電子與空穴對(duì)的濃度一定；溫度升高，熱運(yùn)動(dòng)加劇，掙脫共價(jià)鍵的電子增多，自由電子與高，熱運(yùn)動(dòng)加劇，掙脫共價(jià)鍵的電子增多，自由電子與空穴對(duì)的濃度加大?？昭▽?duì)的濃度加大。動(dòng)態(tài)平動(dòng)態(tài)平衡

4、衡第4頁/共37頁兩種載流子兩種載流子 外加電場時(shí)，帶負(fù)電的自由外加電場時(shí)，帶負(fù)電的自由電子和帶正電的空穴均參與導(dǎo)電電子和帶正電的空穴均參與導(dǎo)電，且運(yùn)動(dòng)方向相反。由于載流子，且運(yùn)動(dòng)方向相反。由于載流子數(shù)目很少，故導(dǎo)電性很差。數(shù)目很少，故導(dǎo)電性很差。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)載電荷的粒子稱為載流子。運(yùn)載電荷的粒子稱為載流子。 溫度升高，熱運(yùn)動(dòng)加劇，載溫度升高，熱運(yùn)動(dòng)加劇，載流子濃度增大，導(dǎo)電性增強(qiáng)。流子濃度增大，導(dǎo)電性增強(qiáng)。 熱力學(xué)溫度熱力學(xué)溫度0K時(shí)不導(dǎo)電。時(shí)不導(dǎo)電。第5頁/共37頁5磷（磷（P） 雜質(zhì)半導(dǎo)體主要靠多數(shù)載雜質(zhì)半導(dǎo)體主要靠多數(shù)載流子導(dǎo)電。摻入雜質(zhì)越多，流子導(dǎo)電

5、。摻入雜質(zhì)越多，多子濃度越高，導(dǎo)電性越強(qiáng)多子濃度越高，導(dǎo)電性越強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電性可控。，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電性可控。多數(shù)載流子多數(shù)載流子 空穴比未加雜質(zhì)時(shí)的數(shù)目多空穴比未加雜質(zhì)時(shí)的數(shù)目多了？少了？為什么？了？少了？為什么？第6頁/共37頁3硼（硼（B）多數(shù)載流子多數(shù)載流子 P型半導(dǎo)體主要靠空穴導(dǎo)電，型半導(dǎo)體主要靠空穴導(dǎo)電，摻入雜質(zhì)越多，空穴濃度越高，摻入雜質(zhì)越多，空穴濃度越高，導(dǎo)電性越強(qiáng)，導(dǎo)電性越強(qiáng)， 在雜質(zhì)半導(dǎo)體中，溫度變化時(shí)在雜質(zhì)半導(dǎo)體中，溫度變化時(shí)，載流子的數(shù)目變化嗎？少子與，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？多子濃度的變化相同嗎？第

6、7頁/共37頁 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)子濃度遠(yuǎn)高于高于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。區(qū)的自由電子濃度降低，產(chǎn)生內(nèi)電場。第8頁/共37頁 因電場作用所產(chǎn)因電場作用所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)稱為漂移生的運(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)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，

7、達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，就形成了態(tài)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，從而阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行。內(nèi)電場使空穴從內(nèi)電場，從而阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行。內(nèi)電場使空穴從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)。第9頁/共37頁P(yáng)N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

8、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。必要嗎？必要嗎？第10頁/共37頁1. 勢壘電容 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程，與電容的充放電相化，有電荷的積累和釋放的過程，與電容的充放電相同，其等效電容稱為勢壘電容同，其等效電容稱為勢壘電容Cb。2. 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

9、子的濃度及其梯度均有變化，也有電荷的積累和釋放的過程，其等效電容稱為擴(kuò)散電容的過程，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結(jié)外加電壓頻率高到一定程度，則失去單向?qū)щ娦?！度，則失去單向?qū)щ娦?！?1頁/共37頁第12頁/共37頁一、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三、二極管的等效電路三、二極管的等效電路四、二極管的主要參數(shù)四、二極管的主要參數(shù)五、穩(wěn)壓二極管五、穩(wěn)壓二極管第13頁/共37頁將將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)

10、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)光二極管二極管第14頁/共37頁點(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。第15頁/共37頁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.

11、50.8V1A以下鍺鍺Ge0.1V0.10.3V幾十A)(ufi 開開啟啟電電壓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)電壓當(dāng)量量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。第16頁/共37頁第17頁/共37頁第18頁/共37頁TeSTUuIiUu，則若正向電壓) 1e (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

12、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，則若反向電壓第19頁/共37頁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關(guān)理想開關(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等效電路！1. 將伏安特性折線化？100V？5V？1V？第20頁/共37頁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)

13、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)直流電源作用小信號(hào)作小信號(hào)作用用靜態(tài)電流靜態(tài)電流第21頁/共37頁第四版第四版P20第22頁/共37頁uD=ViRQIDUDRuViDDV與與uD可比，則需圖解：可比，則需圖解：實(shí)測特性實(shí)測特性 對(duì)對(duì)V和和Ui二極管二極管的模的模型有什么不同？型有什么不同？第23頁/共37頁1. 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(gè)由一個(gè)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

14、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。2. 主要參數(shù)穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓UZ、穩(wěn)定電流、穩(wěn)定電流IZ最大功耗最大功耗PZM IZM UZ動(dòng)態(tài)電阻動(dòng)態(tài)電阻rzUZ /IZ 若穩(wěn)壓管的電流太小則不穩(wěn)壓，若穩(wěn)壓管的電流太大則會(huì)若穩(wěn)壓管的電流太小則不穩(wěn)壓，若穩(wěn)壓管的電流太大則會(huì)因功耗過大而損壞，因而穩(wěn)壓管電路中必需有限制穩(wěn)壓管電因功耗過大而損壞，因而穩(wěn)壓管電路中必需有限制穩(wěn)壓管電流的限流電阻！流的限流電阻！限流電阻限流電阻斜率？斜率？第24頁/共37頁一、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

15、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)第25頁/共37頁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(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)。小功率小功率管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？第26頁/共37頁（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)載少數(shù)載流子的流子的運(yùn)動(dòng)運(yùn)

16、動(dòng)因發(fā)射區(qū)多子濃度高使大因發(fā)射區(qū)多子濃度高使大量電子從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基量電子從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)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)散第27頁/共37頁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)交流電流放大系交流電流放大系數(shù)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(huì)有穿透電流？路會(huì)有穿透電

17、流？第28頁/共37頁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. 輸入特性第29頁/共37頁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uCE變化的曲線。變化的曲線。

18、 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第30頁/共37頁 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 uBE第31頁/共37頁BEBBBECEO )(uiiuIT不變時(shí)，即不變時(shí)第32頁/共37頁 直流參數(shù)直流參數(shù)： 、 、ICBO、 ICEOc-e間擊穿電間擊穿電壓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1的信號(hào)頻率） 極限參