模電課件電子技術(shù)基礎(chǔ)

1、緒 論一、本課程的性質(zhì)、目的和任務(wù)模擬電子技術(shù)（簡稱模電）是電子器件和電子線路及其應(yīng)用的一門專業(yè)基礎(chǔ)課。學(xué)生通過本課程學(xué)習(xí)可獲得電子技術(shù)必要的基礎(chǔ)理論、基本知識，掌握電子線路的基本分析方法，受到基本技能的訓(xùn)練，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)，為以后從事電子技術(shù)工作打下一定的基礎(chǔ)。二、本課程的基本要求1. 對于電子器件： 了解工作原理； 掌握伏安特性及其參數(shù)。2. 對于各種電子電路： 看懂電路，了解各元、器件的作用，記住一些典型電路； 會進(jìn)行定性、定量分析，學(xué)會估算法，圖解法，微變等效電路法等分析方法。3. 總的要求是：會看：看懂電路會算：定性定量分析會選：會選元件會干：到實驗室進(jìn)行實踐三、基礎(chǔ)要求在學(xué)習(xí)本課

2、程前，要求學(xué)好：1. 高等數(shù)學(xué)2. 電路原理半導(dǎo)體二極管 1.1 半導(dǎo)體的基本知識一、本征半導(dǎo)體純凈的半導(dǎo)體晶體稱為本征半導(dǎo)體第一章1. 本征半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)（硅）：硅原子外層軌道4個價電子，它與相鄰原子靠得很近，使價電子成為兩個原子公有，形成共價鍵結(jié)構(gòu)。+4+4+4+4共價鍵共價鍵中的兩個電子圖112. 本征半導(dǎo)體的特點(diǎn)： 在T = 0 K（絕對零度）和無外界激發(fā)，沒有自由運(yùn)動的帶電粒子載流子； T ，受熱激發(fā)，如 T = 300K（室溫），少數(shù)價電子會掙脫束縛成為自由電子，留下空穴本征激發(fā)。3. 本征半導(dǎo)體中的兩種載流子： 自由電子 空穴（價電子掙脫束縛后留下的空位）a. 帶正電，所帶電

3、量與電子相等；b. 可以“ 移動”；c. 本征半導(dǎo)體中，自由電子和空穴成對出現(xiàn)，數(shù)目相等。4. 本征半導(dǎo)體中的載流子濃度ni：自由電子的濃度pi：空穴的濃度A：系數(shù)（與半導(dǎo)體材料有關(guān)）T：絕對溫度EG：價電子掙脫共價鍵所需能量, 又叫禁帶寬度K：波爾茲曼常數(shù)結(jié)論：半導(dǎo)體材料一定，載流子濃度隨溫度按指數(shù)規(guī)律增大。二、雜質(zhì)半導(dǎo)體半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的數(shù)目，本征半導(dǎo)體受熱激發(fā)只產(chǎn)生少量電子空穴對，載流子濃度很低，外加電場作用，電流極其微弱；若在本征半導(dǎo)體中摻入微量雜質(zhì)，則導(dǎo)電性能大為改觀，摻入百萬分之一的雜質(zhì)，載流子濃度增加1百萬倍。1. N型半導(dǎo)體 形成本征摻雜：本征半導(dǎo)體得到大量電子（無

4、空穴）磷本征激發(fā)：得到少量電子空穴對+4+4+4+5磷原子多余電子圖12 特點(diǎn)a. 自由電子為多數(shù)載流子（多子） 空穴為少數(shù)載流子 （少子）；b. 磷原子被稱為施主雜質(zhì)，本身因失去電子而成為正離子。 N型半導(dǎo)體可簡化成+圖132. P型半導(dǎo)體 形成本征摻雜：本征半導(dǎo)體得到大量空穴（無電子）硼+4+4+4+3圖1 4硼原子空穴本征激發(fā)：得到少量電子空穴對 特點(diǎn)a. 空穴為多數(shù)載流子 （多子） 自由電子為少數(shù)載流子（少子）；b. 硼原子被稱為受主雜質(zhì)，本身因獲得電子而成為負(fù)離子。 P型半導(dǎo)體可簡化成圖15 1.2 PN結(jié)及半導(dǎo)體二極管一、PN結(jié)的形成用化學(xué)方法把N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體結(jié)合在一起。圖

5、16P型+N型濃度差別多子擴(kuò)散空間電荷區(qū) 當(dāng)擴(kuò)散和漂移達(dá)到動平衡，即形成PN結(jié)。內(nèi)電場內(nèi)電場少子漂移+P型區(qū)N型區(qū)空間電荷區(qū)圖17內(nèi)電場V0二、PN結(jié)的符號把PN結(jié)封殼，引線即成二極管。其符號和PN結(jié)相同。陽極陰極三、二極管（PN結(jié)）的單向?qū)щ娦?. 正偏: P + ，N PN結(jié)變窄（由11到22） PN結(jié)正向電阻很小。 內(nèi)電場變?。?由V0變到V0 VF ） 形成擴(kuò)散電流即正向電流 IF ； VF， IF ；利于擴(kuò)散12122121PN VF IF圖18+2. 反偏 P ，N + PN結(jié)變寬（由11到22） PN結(jié)反向電阻很大。 內(nèi)電場變大（由V0變到V0 + VF ） 形成漂移電流即反向（

6、飽和）電流 IS ； VR， IS 不變；利于漂移21211212PN VR IF圖19IR(或IS )+總結(jié)：二極管(PN結(jié))正向電阻小，反向電阻大， 這就是它的單向?qū)щ娦?。四、二極管的伏安特性I = f (V) 正向死區(qū)死區(qū)電壓：硅0.5V 鍺0.1V圖110OV(V)ISIFI(mA)+IV 正向?qū)▍^(qū)IS ：反向飽和電流VT ：溫度的電壓當(dāng)量 T =300K時， VT =26mVb. 當(dāng) V VTI 和V成指數(shù)關(guān)系 反向截止區(qū)I = IS 反向擊穿區(qū) 反向電流急劇增加, 管子被擊穿。反向電壓反向電流 PN結(jié)允許的耗散功率稱為熱擊穿。熱擊穿管子損壞，是不可逆的。五、二極管的直流參數(shù)1.

7、最大整流電流 IF：管子長期運(yùn)行時，允許通過的最大正向平均電流；2. 反向擊穿電壓 VBR：管子反向擊穿時的電壓值一般手冊上給出的最高反向工作電壓約為擊穿電壓的一半。六、二極管的微變電阻 rD1. rD的定義：二極管特性曲線工作點(diǎn)Q附近電壓的變化量與相應(yīng)的電流變化量之比即圖111vDOQVDvDiDIDiD2. 求 rD：如 I = 2mA時， rD = 13 工作在線性區(qū)， 信號為微變量， 且為低頻信號; 3. 若二極管二極管可用微變電阻rD代替。 1.3 特殊二極管穩(wěn)壓二極管1. 特點(diǎn)： 摻雜濃度高（容易形成強(qiáng)電場） 作穩(wěn)壓用，一般工作在反向擊穿區(qū)2. 伏安特性曲線：正向特性和普通二極管同

8、反向擊穿區(qū)曲線越陡，即動態(tài)電阻 rZ 越小，穩(wěn)壓性能越好。圖112V(V)I(mA)O3. 符號+用2CW，2DW命名例11 設(shè)二極管的正向壓降可忽略，求下圖中各I。（設(shè)反向飽和電流 IS = 0.1mA）解：(a) 二極管D兩端加正偏，D正向?qū)ā?由于其導(dǎo)通時，正向壓降可忽略。I = 5 mAI2K10VD(a)圖113(b) 二極管D兩端加反偏，D反向截止，D中流過反向飽和電流 ISI = IS = 0.1 mA2K10VD(b)圖113例12 計算下圖中流過二極管中的電流 ID，設(shè)D導(dǎo)通時正向壓降 0.7V5V3K3KAIDB10V圖114解：把二極管以外的部分用一個電壓源和一個電阻串

9、聯(lián)等效（運(yùn)用戴維南定理）2.5VAIDB1.5K二極管正向?qū)ㄆ湔驂航禐?.7V。例13 設(shè)硅穩(wěn)壓管DZ1、 DZ2的穩(wěn)定電壓分別為5V、10V，又已知DZ1、 DZ2正向壓降為0.7V，求V0解：(a) DZ1、 DZ2工作在反向擊穿區(qū) V0 = 5 +10 =15V(b) DZ1、 DZ2工作在正向?qū)▍^(qū) V0 = 0.7 + 0.7 =1.4VDZ1DZ2+25V1KV0(a)DZ1DZ2+25V1KV0(b)圖116半導(dǎo)體三極管第二章 2.1 半導(dǎo)體三極管一、三極管結(jié)構(gòu)圖1173AX22低頻鍺3AD6低頻大功率管3DG6高頻硅圖118becN 集電區(qū)N 發(fā)射區(qū)P 基區(qū)ebc集電結(jié)發(fā)射

10、結(jié)集電極發(fā)射極基極三區(qū)兩結(jié)三極下圖是NPN管的結(jié)構(gòu)及符號圖119becP 集電區(qū)P 發(fā)射區(qū)N 基區(qū)ebc集電結(jié)發(fā)射結(jié)集電極發(fā)射極基極PNP管的結(jié)構(gòu)及符號如下：符號中的箭頭表示三極管導(dǎo)通時的電流方向二、三極管的電流分配與放大原理放大的條件：內(nèi)部條件：發(fā)射區(qū)摻雜濃度高；基區(qū)薄且摻雜濃度低。外部條件：發(fā)射結(jié)正偏；集電結(jié)反偏。NNPJeJcV0VEEV0+VCC1. 三極管內(nèi)部載流子的傳輸圖120 bVEEIBeIEcVCCIC電子流ICnICBOIEnIBnIEp圖120 IBbVEEVCCecIEICNNP電子流ICBOICn2. 電流分配關(guān)系一個三極管制定后，發(fā)射區(qū)發(fā)射的電子傳輸?shù)郊娊Y(jié)所占比例

11、一定，這個比例系數(shù)用表示，稱為共基極電流放大系數(shù)。IEn代入通常忽略 ICBO一般為 0.9 0.99假設(shè) =0.99，則發(fā)射100個電子，擴(kuò)散99個，復(fù)合1個。3. 共發(fā)射極連接方式 三極管的三種連接方式a. 共基極連接信號從e極輸入，從集電極c輸出。圖121b. 共發(fā)射極連接：信號從b極輸入，從c極輸出c. 共集電極連接：信號從b極輸入，從e極輸出 共射連接方式的電流放大作用a. 由于VBB、Rb的作用，發(fā)射結(jié)正偏。由于VCC VBB ，調(diào)節(jié)Rc，使VCE VBE，則VC VB， 集電結(jié)反偏滿足放大的外部條件。圖122VBBRbVCCICRcIBPNNb. 下面推導(dǎo)IC和IB的關(guān)系IE =

12、 IB + IC代入整理式得ICEO：基極開路，c流到e的電流，稱穿透電流把 ICEO 代入，得忽略ICEO c. 之實質(zhì)共射電流放大系數(shù)為擴(kuò)散電子數(shù)/復(fù)合電子數(shù) 為幾十 幾百倍若 = 0.99，則 = 99 共射電路具有電流放大作用歸納： 三極管滿足內(nèi)部條件和外部條件，具有放大作用； 三極管的放大作用，按電流分配實現(xiàn)，稱之為電流控制元件； 電流放大系數(shù)共基電路：共射電路：三、三極管的特性曲線（共射連接）圖123vBEvCEiCiBPNNvBE(V)iB(A)802040600.20.40.60.8O1. 輸入特性曲線圖124vCE=0VVCE 1V vCE = 0，相當(dāng)于二極管的正向特性 v

13、CE 1V后， vCE， iC基本不變， iB亦基本不變 vCE = 1V，曲線右移（原因是集電結(jié)反偏， iE 大部分被拉到集電區(qū)， iB ） 工程上vCE = 1V的曲線即可代表vCE 1V的情況。vCE(V)iC(mA)43210 2 4 6 82. 輸出特性曲線圖125100806020iB=0ICE0iB=40(A) 先看iB=40A的一條曲線 要想改變iC ，得改變iB ，這樣，得到一組曲線簇；vCE 很小時，集電結(jié)反偏小，收集載流子能力弱， vCE iC 當(dāng)vCE 1V后， iC 大致與橫軸平行；四、三極管的主要參數(shù)1. 電流放大系數(shù)共射：若IC ICEO 則交流放大系數(shù)用 表示如

14、圖125vCE(V)iC(mA)43210 2 4 6 8圖1252.31.5ICIBQ100806040iB=20(A) 若滿足條件： ICEO很小時，可忽略； 管子工作在線性區(qū)。共基：2. 集電極基極反向飽和電流 ICBO發(fā)射極開路，c、b間加上一定反向電壓時的反向電流，（由少數(shù)載流子引起）硅管：1A小功率鍺管：約為10A。圖126VCCeA+cb ICBO3. 集電極發(fā)射極反向飽和電流ICE0（穿透電流）基極開路，c、e間加一定反向電壓時的集電極電流圖127VCCecb ICEOA4. 極限參數(shù)a. 集電極最大允許電流 ICM。三極管的參數(shù)變化不超過允許值時集電極允許的最大電流。當(dāng)電流超過ICM，管子性能下降，甚至燒壞。b.