模擬電子技術基礎課件

模擬電子技術基礎主講：xxx第一講模擬電子技術基礎主講：xxx第一講1緒論1.電子技術的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢2.電子技術的應用范圍3.本課程與其它專業(yè)課的關系4.電子技術基礎學習特點緒論1.電子技術的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢2.電子技術的應用范圍3.2參考書：《模擬電子技術基礎》（第四版）：清華大學童詩白、華成英主編2.《電子技術基礎》（模擬部分第四版）：華中理工大學康華光主編參考書：《模擬電子技術基礎》（第四版）：2.《電子技術基31.1半導體的基本知識1.2PN結1.3半導體二極管第一章晶體二極管1.1半導體的基本知識第一章晶體二極管41.1半導體的基本知識1.1.1本征半導體及其導電性1.1.2雜質半導體1.1.3半導體的溫度特性

根據(jù)物體導電能力(電阻率)的不同，來劃分導體、絕緣體和半導體。半導體的電阻率為10-3～109cm。典型的半導體有硅Si和鍺Ge以及砷化鎵GaAs等。1.1半導體的基本知識1.1.1本征半導體及其導電性1.51.1.1本征半導體及其導電性

本征半導體——化學成分純凈的半導體晶體。制造半導體器件的半導體材料的純度要達到99.9999999%，常稱為“九個9”。它在物理結構上呈單晶體形態(tài)。1.1.1本征半導體及其導電性本征半導體——化學成6

(1）本征半導體的共價鍵結構

硅和鍺是四價元素，在原子最外層軌道上的四個電子稱為價電子。它們分別與周圍的四個原子的價電子形成共價鍵。共價鍵中的價電子為這些原子所共有，并為它們所束縛，在空間形成排列有序的晶體。這種結構的立體和平面示意圖見圖01.01。

圖01.01硅原子空間排列及共價鍵結構平面示意圖

(a)硅晶體的空間排列(b)共價鍵結構平面示意圖(c)(1）本征半導體的共價鍵結構硅和鍺是四7

（2）電子空穴對

當導體處于熱力學溫度0K時，導體中沒有自由電子。當溫度升高或受到光的照射時，價電子能量增高，有的價電子可以掙脫原子核的束縛，而參與導電，成為自由電子。

自由電子產生的同時，在其原來的共價鍵中就出現(xiàn)了一個空位，原子的電中性被破壞，呈現(xiàn)出正電性，其正電量與電子的負電量相等，人們常稱呈現(xiàn)正電性的這個空位為空穴。這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)，也稱熱激發(fā)。（2）電子空穴對當導體處于熱力學溫度0K時8

可見因熱激發(fā)而出現(xiàn)的自由電子和空穴是同時成對出現(xiàn)的，稱為電子空穴對。游離的部分自由電子也可能回到空穴中去，稱為復合，如圖01.02所示。本征激發(fā)和復合在一定溫度下會達到動態(tài)平衡。

圖01.02本征激發(fā)和復合的過程（動畫1-1）可見因熱激發(fā)而出現(xiàn)的自由電子和空穴是同時成9

(3)空穴的移動

自由電子的定向運動形成了電子電流，空穴的定向運動也可形成空穴電流，它們的方向相反。只不過空穴的運動是靠相鄰共價鍵中的價電子依次充填空穴來實現(xiàn)的，因此，空穴的導電能力不如自由電子（見圖01.03的動畫演示）。（動畫1-2）圖01.03空穴在晶格中的移動(3)空穴的移動自由電子的定向運動形成101.1.2雜質半導體(1)N型半導體(2)P型半導體在本征半導體中摻入某些微量元素作為雜質，可使半導體的導電性發(fā)生顯著變化。摻入的雜質主要是三價或五價元素。摻入雜質后的本征半導體稱為雜質半導體。1.1.2雜質半導體(1)N型半導體在11

(1）N型半導體

在本征半導體中摻入五價雜質元素，例如磷，可形成

N型半導體,也稱電子型半導體。

因五價雜質原子中只有四個價電子能與周圍四個半導體原子中的價電子形成共價鍵，而多余的一個價電子因無共價鍵束縛而很容易形成自由電子。

在N型半導體中自由電子是多數(shù)載流子,它主要由雜質原子提供；空穴是少數(shù)載流子,

由熱激發(fā)形成。

提供自由電子的五價雜質原子因自由電子脫離而帶正電荷成為正離子，因此，五價雜質原子也被稱為施主雜質。N型半導體的結構示意圖如圖01.04所示。圖01.04N型半導體結構示意圖(1）N型半導體在本征半導體中摻入五價12(2)P型半導體本征半導體中摻入三價雜質元素，如硼、鎵、銦等形成P型半導體，也稱為空穴型半導體。因三價雜質原子與硅原子形成共價鍵時，缺少一個價電子而在共價鍵中留下一個空穴。

P型半導體中空穴是多數(shù)載流子，主要由摻雜形成；電子是少數(shù)載流子，由熱激發(fā)形成。

空穴很容易俘獲電子，使雜質原子成為負離子。三價雜質因而也稱為受主雜質。P型半導體的結構示意圖如圖01.05所示。圖01.05P型半導體的結構示意圖

圖01.05P型半導體的結構示意圖(2)P型半導體本征半導體中摻入三價雜質131.1.3雜質對半導體導電性的影響

摻入雜質對本征半導體的導電性有很大的影響，一些典型的數(shù)據(jù)如下:

T=300K室溫下,本征硅的電子和空穴濃度:

n=p=1.4×1010/cm31

本征硅的原子濃度:

4.96×1022/cm3

3以上三個濃度基本上依次相差106/cm3。

2摻雜后N型半導體中的自由電子濃度:

n=5×1016/cm31.1.3雜質對半導體導電性的影響摻入14雜質半導體簡化模型雜質半導體簡化模型151.2PN結1.2.1PN結的形成1.2.2PN結的單向導電性1.2.3PN結的電容效應1.2PN結1.2.1PN結的形成1.2.2P161.2.1

PN結的形成

在一塊本征半導體兩側通過擴散不同的雜質,分別形成N型半導體和P型半導體。此時將在N型半導體和P型半導體的結合面上形成如下物理過程:

因濃度差

多子的擴散運動由雜質離子形成空間電荷區(qū)

空間電荷區(qū)形成內電場

內電場促使少子漂移內電場阻止多子擴散1.2.1PN結的形成在一塊本征半導體17

最后多子擴散和少子的漂移達到動態(tài)平衡。對于P型半導體和N型半導體結合面，離子薄層形成的空間電荷區(qū)稱為

PN結,在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱耗盡層。

圖01.06PN結的形成過程

（動畫1-3）

PN結形成的過程可參閱圖01.06。最后多子擴散和少子的漂移達到動態(tài)平衡。對于181.2.2

PN結的單向導電性

如果外加電壓使PN結中：P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱為加正向電壓，簡稱正偏；

PN結具有單向導電性，若外加電壓使電流從P區(qū)流到N區(qū)，PN結呈低阻性，所以電流大；反之是高阻性，電流小。

P區(qū)的電位低于N區(qū)的電位，稱為加反向電壓，簡稱反偏。

1.2.2PN結的單向導電性如果外加電壓使PN結中19

(1)PN結加正向電壓時的導電情況外加的正向電壓有一部分降落在PN結區(qū)，方向與PN結內電場方向相反，削弱了內電場。內電場對多子擴散運動的阻礙減弱，擴散電流加大。擴散電流遠大于漂移電流，可忽略漂移電流的影響,PN結呈現(xiàn)低阻性。

PN結加正向電壓時的導電情況如圖01.07（動畫1-4）圖01.07PN結加正向電壓時的導電情況(1)PN結加正向電壓時的導電情況外加的正向電20

(2)PN結加反向電壓時的導電情況

外加的反向電壓有一部分降落在PN結區(qū)，方向與PN結內電場方向相同，加強了內電場。內電場對多子擴散運動的阻礙增強，擴散電流大大減小。此時PN結區(qū)的少子在內電場的作用下形成的漂移電流大于擴散電流，可忽略擴散電流，由于漂移電流本身就很小，PN結呈現(xiàn)高阻性。

在一定溫度條件下，由本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的，故少子形成的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的大小無關，這個電流也稱為反向飽和電流。PN結加反向電壓時的導電情況如圖01.08所示。圖01.08PN結加反向電壓時的導電情況(2)PN結加反向電壓時的導電情況21

PN結外加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴散電流；PN結加反向電壓時，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流。由此可以得出結論：PN結具有單向導電性。

（動畫1-5）圖01.08PN結加反向電壓時的導電情況PN結外加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴散221.在雜質半導體中多子的數(shù)量與（a.摻雜濃度、b.溫度）有關。2.在雜質半導體中少子的數(shù)量與。（a.摻雜濃度、b.溫度）有關。3.當溫度升高時，少子的數(shù)量。

（a.減少、b.不變、c.增多）abc4.在外加電壓的作用下，P型半導體中的電流主要是，N型半導體中的電流主要是。（a.電子電流、b.空穴電流）ba思考題：1.在雜質半導體中多子的數(shù)量與2.231.2.3PN結的電容效應PN結具有一定的電容效應，它由兩方面的因素決定。

一是勢壘電容CB

二是擴散電容CD1.2.3PN結的電容效應PN結具有一24

(1)勢壘電容CB

勢壘電容是由空間電荷區(qū)離子薄層形成的。當外加電壓使PN結上壓降發(fā)生變化時，離子薄層的厚度也相應地隨之改變，這相當PN結中存儲的電荷量也隨之變化，猶如電容的充放電。勢壘電容的示意圖見圖01.09。圖01.09勢壘電容示意圖(1)勢壘電容CB勢壘電容是由空間電25

擴散電容是由多子擴散后，在PN結的另一側面積累而形成的。因PN結正偏時，由N區(qū)擴散到P區(qū)的電子，與外電源提供的空穴相復合，形成正向電流。剛擴散過來的電子就堆積在P區(qū)內緊靠PN結的附近，形成一定的多子濃度梯度分布曲線。(2)擴散電容CD

反之，由P區(qū)擴散到N區(qū)的空穴，在N區(qū)內也形成類似的濃度梯度分布曲線。擴散電容的示意圖如圖01.10所示。擴散電容是由多子擴散后，在PN結的另一側面26

圖01.10擴散電容示意圖

當外加正向電壓不同時，擴散電流即外電路電流的大小也就不同。所以PN結兩側堆積的多子的濃度梯度分布也不相同，這就相當電容的充放電過程。勢壘電容和擴散電容均是非線性電容。圖01.10擴散電容示意圖當外加正向電27半導體元件及其特性1-1半導體二極管1-2半導體三極管半導體元件及其特性1-1半導體二極管1-2半導281-1半導體二極管1．PN結的形成在半導體材料(硅、鍺)中摻入不同雜質可以分別形成N型和P型兩種半導體。N型半導體主要依靠自由電子導電，稱自由電子為多數(shù)載流子，而空穴數(shù)量遠少于電子數(shù)量，稱空穴為少數(shù)載流子。P型半導體主要靠空穴導電，稱空穴為多數(shù)載流子，而自由電子遠少于空穴的數(shù)量，稱自由電子為少數(shù)載流子。PN結的形成與特性1-1半導體二極管1．PN結的形成PN結的形成與特性29

當P型半導體和N型半導體接觸以后，由于交界兩側半導體類型不同，存在電子和空穴的濃度差。這樣，P區(qū)的空穴向N區(qū)擴散，N區(qū)的電子向P區(qū)擴散,如圖1.1.1(a)所示。由于擴散運動，在P區(qū)和N區(qū)的接觸面就產生正負離子層。N區(qū)失掉電子產生正離子，P區(qū)得到電子產生負離子。通常稱這個正負離子層為PN結。在ＰＮ結的Ｐ區(qū)一側帶負電，Ｎ區(qū)一側帶正電。ＰＮ結便產生了內電場，內電場的方向從Ｎ區(qū)指向Ｐ區(qū)。內電場對擴散運動起到阻礙作用，電子和空穴的擴散運動隨著內電場的加強而逐步減弱，直至停止。在界面處形成穩(wěn)定的空間電荷區(qū)。當P型半導體和N型半導體接觸以后，由于交界兩30模擬電子技術基礎課件312.PN結的特性1）正向導通給PN結加正向電壓，即P區(qū)接正電源，N區(qū)接負電源，此時稱PN結為正向偏置。這時PN結外加電場與內電場方向相反，當外電場大于內電場時，外加電場抵消內電場，使空間電荷區(qū)變窄，有利于多數(shù)載流子運動，形成正向電流。外加電場越強，正向電流越大，這意味著PN結的正向電阻變小。2.PN結的特性32正向導通反向截止正向導通反向截止332）反向截止給PN結加反向電壓，稱PN結反向偏置，如圖所示。這時外加電場與內電場方向相同，使內電場的作用增強,PN結變厚，多數(shù)載流子運動難于進行，有助于少數(shù)載流子運動，形成電流IR，少數(shù)載流子很少，所以電流很小，接近于零，即PN結反向電阻很大。2）反向截止34綜上所述，PN結具有單向導電性，加正向電壓時，PN結電阻很小，電流IR較大，是多數(shù)載流子的擴散運動形成的；加反向電壓時，PN結電阻很大，電流IR很小，是少數(shù)載流子運動形成的。綜上所述，PN結具有單向導電性，加正向電壓時35接在二極管P區(qū)的引出線稱二極管的陽極，接在N區(qū)的引出線稱二極管的陰極。二極管有許多類型。從工藝上分，有點接觸型和面接觸型；按用途分，有整流管、檢波二極管、穩(wěn)壓二極管、光電二極管和開關二極管等。二極管的結構和類型接在二極管P區(qū)的引出線稱二極管的陽極，接在36模擬電子技術基礎課件371．二極管伏安特性理論分析指出，半導體二極管電流I與端電壓U之間的關系可表示為I=IS(-1)此式稱為理想二極管電流方程。式中，IS稱為反向飽和電流，UT稱為溫度的電壓當量，常溫下UT≈26mV。實際的二極管伏安特性曲線如圖所示。圖中，實線對應硅材料二極管，虛線對應鍺材料二極管。二極管的特性及參數(shù)1．二極管伏安特性二極管的特性及參數(shù)38模擬電子技術基礎課件391）正向特性當二極管承受正向電壓小于某一數(shù)值時，還不足以克服PN結內電場對多數(shù)載流子運動的阻擋作用，這一區(qū)段二極管正向電流IF很小，稱為死區(qū)。死區(qū)電壓的大小與二極管的材料有關，并受環(huán)境溫度影響。通常，硅材料二極管的死區(qū)電壓約為0.5V，鍺材料二極管的死區(qū)電壓約為0.2V。當正向電壓超過死區(qū)電壓值時，外電場抵消了內電場，正向電流隨外加電壓的增加而明顯增大，二極管正向電阻變得很小。當二極管完全導通后，正向壓降基本維持不變，稱為二極管正向導通壓降UF。一般硅管的UF為0.7V，鍺管的UF為0.3V。1）正向特性402）反向特性當二極管承受反向電壓時，外電場與內電場方向一致，只有少數(shù)載流子的漂移運動，形成的漏電流IR極小，一般硅管的IR為幾微安以下，鍺管IR較大，為幾十到幾百微安。這時二極管反向截止。當反向電壓增大到某一數(shù)值時，反向電流將隨反向電壓的增加而急劇增大，這種現(xiàn)象稱二極管反向擊穿。擊穿時對應的電壓稱為反向擊穿電壓。普通二極管發(fā)生反向擊穿后，造成二極管的永久性損壞，失去單向導電性。2）反向特性412．二極管的主要參數(shù)二極管參數(shù)是反映二極管性能質量的指標。必須根據(jù)二極管的參數(shù)來合理選用二極管。二極管的主要參數(shù)有4項。1）最大整流電流IFMIFM是指二極管長期工作時允許通過的最大正向平均電流值。工作時，管子通過的電流不應超過這個數(shù)值，否則將導致管子過熱而損壞。2．二極管的主要參數(shù)422）最高反向工作電壓URMURM是指二極管不擊穿所允許加的最高反向電壓。超過此值二極管就有被反向擊穿的危險。URM通常為反向擊穿電壓的1/2~2/3，以確保二極管安全工作。3）最大反向電流IRMIRM是指二極管在常溫下承受最高反向工作電壓URM時的反向漏電流，一般很小，但其受溫度影響較大。當溫度升高時，IRM顯著增大。2）最高反向工作電壓URM434）最高工作頻率fMfM是指保持二極管單向導通性能時，外加電壓允許的最高頻率。二極管工作頻率與PN結的極間電容大小有關，容量越小，工作頻率越高。4）最高工作頻率fM44

二極管是電子電路中最常用的半導體器件。利用其單向導電性及導通時正向壓降很小的特點，可用來進行整流、檢波、鉗位、限幅、開關以及元件保護等各項工作。

1．整流所謂整流,就是將交流電變?yōu)閱畏较蛎}動的直流電。利用二極管的單向導電性可組成單相、三相等各種形式的整流電路。

2．鉗位利用二極管正向導通時壓降很小的特性，可組成鉗位電路。半導體二極管的應用二極管是電子電路中最常用的半導體器件。利用其單45若A點UA=0，二極管VD可正向導通，其壓降很小，故F點的電位也被鉗制在0V左右，即UF≈0。若A點UA=0，二極管VD可正向導通，其壓降463．限幅利用二極管正向導通后其兩端電壓很小且基本不變的特性，可以構成各種限幅電路，使輸出電壓幅度限制在某一電壓值以內。3．限幅47模擬電子技術基礎課件48

設輸入電壓ui=10sinωt(V),Us1=Us2=5V。當-Us2<ui<Us1時，VD1、VD2都處于反向偏置而截止，因此i=0,uo=ui。當ui>Us1時，VD1處于正向偏置而導通，使輸出電壓保持在Us1。當ui<-Us1時，VD2處于正向偏置而導通，輸出電壓保持在-Us2。由于輸出電壓uo被限制在+Us1與-Us2之間，即|uo|≤5V,好像將輸入信號的高峰和低谷部分削掉一樣,因此這種電路又稱為削波電路。設輸入電壓ui=10sinωt(V)494．元件保護在電子線路中，常用二極管來保護其他元器件免受過高電壓的損害。4．元件保護50在開關S接通時，電源E給線圈供電，L中有電流流過，儲存了磁場能量。在開關S由接通到斷開的瞬時，電流突然中斷，L中將產生一個高于電源電壓很多倍的自感電動勢eL，eL與E疊加作用在開關S的端子上，在S的端子上產生電火花放電，這將影響設備的正常工作，使開關S壽命縮短。接入二極管VD后，eL通過二極管VD產生放電電流i,使L中儲存的能量不經過開關S放掉，從而保護了開關S。在開關S接通時，電源E給線圈供電，L中有電流511.發(fā)光二極管1)發(fā)光二極管的符號及特性是一種將電能直接轉換成光能的固體器件，簡稱LED。發(fā)光二極管和普通二極管相似，也由一個PN結組成。發(fā)光二極管在正向導通時，由于空穴和電子的復合而發(fā)出能量，發(fā)出一定波長的可見光。光的波長不同，顏色也不同。常見的LED有紅、綠、黃等顏色。發(fā)光二極管的驅動電壓低、工作電流小，具有很強的抗振動和抗沖擊能力。由于發(fā)光二極管體積小、可靠性高、耗電省、壽命長，被廣泛用于信號指示等電路中。特種二極管1.發(fā)光二極管特種二極管52模擬電子技術基礎課件532)發(fā)光二極管的應用電源通斷指示發(fā)光二極管作為電源通斷指示通常稱為指示燈，在實際應用中給人提供很大的方便。發(fā)光二極管的供電電源既可以是直流的也可以是交流的，但必須注意的是，發(fā)光二極管是一種電流控制器件，應用中只要保證發(fā)光二極管的正向工作電流在所規(guī)定的范圍之內，它就可以正常發(fā)光。數(shù)碼管是電子技術中應用的主要顯示器件，是用發(fā)光二極管經過一定的排列組成的。2)發(fā)光二極管的應用54模擬電子技術基礎課件55模擬電子技術基礎課件56這是最常用的七段數(shù)碼顯示。要使它顯示0~9的一系列數(shù)字只要點亮其內部相應的顯示段即可。七段數(shù)碼顯示有共陽極(b)和共陰極(c)之分。數(shù)碼管的驅動方式有直流驅動和脈沖驅動兩種，應用中可任意選擇。數(shù)碼管應用十分廣泛，可以說，凡是需要指示或讀數(shù)的場合，都可采用數(shù)碼管顯示。這是最常用的七段數(shù)碼顯示。要使它顯示0~9的572.穩(wěn)壓二極管硅穩(wěn)壓二極管簡稱穩(wěn)壓管，是一種特殊的二極管，它與電阻配合具有穩(wěn)定電壓的特點。1）穩(wěn)壓管的伏安特性穩(wěn)壓管正向偏壓時，其特性和普通二極管一樣；反向偏壓時，開始一段和二極管一樣，當反向電壓達到一定數(shù)值以后，反向電流突然上升，而且電流在一定范圍內增長時，管兩端電壓只有少許增加，變化很小，具有穩(wěn)壓性能。這種“反向擊穿”是可恢復的，只要外電路限流電阻保障電流在限定范圍內，就不致引起熱擊穿而損壞穩(wěn)壓管。2.穩(wěn)壓二極管1）穩(wěn)壓管的伏安特性58模擬電子技術基礎課件592）穩(wěn)壓管的主要參數(shù)a.穩(wěn)定電壓值UVDZ:穩(wěn)壓管在正常工作時管子的端電壓,一般為3~25V，高的可達200V。b.穩(wěn)定電流IVDZ:穩(wěn)壓管正常工作時的參考電流。開始穩(wěn)壓時對應的電流最小，為最小穩(wěn)壓電流IVDZmin；對應額定功耗時的穩(wěn)壓電流為最大穩(wěn)壓電流IVDZmax。c.動態(tài)電阻rVDZ:穩(wěn)壓管端電壓的變化量ΔUVDZ與對應電流變化量ΔIVDZ之比，即2）穩(wěn)壓管的主要參數(shù)60d.穩(wěn)定電壓的溫度系數(shù):當溫度變化1℃時穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值UVDZ的相對變化量。e.穩(wěn)壓管額定功耗PVDZM:保證穩(wěn)壓管安全工作所允許的最大功耗。其大小為PVDZM=UVDZIVDZmax

d.穩(wěn)定電壓的溫度系數(shù):當溫度變化1℃時613）穩(wěn)壓二極管的應用UI是不穩(wěn)定的可變直流電壓，希望得到穩(wěn)定的電壓UO，故在兩者之間加穩(wěn)壓電路。它由限流電阻R和穩(wěn)壓管VDZ構成，RL是負載電阻。3）穩(wěn)壓二極管的應用621-2半導體三極管三極管是由兩個PN結、3個雜質半導體區(qū)域組成的，因雜質半導體有P、N型兩種，所以三極管的組成形式有NPN型和PNP型兩種。1.三極管的結構及類型不管是NPN型還是PNP型三極管，都有三個區(qū)：基區(qū)、發(fā)射區(qū)、集電區(qū)，以及分別從這三個區(qū)引出的電極：發(fā)射極e、基極b和集電極c;兩個PN結分別為發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間的發(fā)射結和集電區(qū)與基區(qū)之間的集電結。三極管的結構及類型1-2半導體三極管三極管是由兩個PN結63模擬電子技術基礎課件64三極管基區(qū)很薄，一般僅有1微米至幾十微米厚，發(fā)射區(qū)濃度很高，集電結截面積大于發(fā)射結截面積。使用中要注意電源的極性，確保發(fā)射結永遠加正向偏置電壓，三極管才能正常工作。三極管根據(jù)基片的材料不同，分為鍺管和硅管兩大類，目前國內生產的硅管多為NPN型（3D系列），鍺管多為PNP型（3A系列）；從頻率特性分，可分為高頻管和低頻管；從功率大小分，可分為大功率管、中功率管和小功率管。三極管基區(qū)很薄，一般僅有1微米至幾十微米厚，65模擬電子技術基礎課件662.三極管電流分配和放大作用實驗得出如下結論：IE=IC+IB

IC≈IE三個電流之間的關系符合基爾霍夫電流定律，IB雖然很小，但對IC有控制作用，IC隨IB改變而改變。β稱為三極管的電流放大系數(shù)，它反映三極管的電流放大能力，也可以說電流IB對IC的控制能力。2.三極管電流分配和放大作用671)三極管內部載流子的運動規(guī)律三極管電流之間為什么具有這樣的關系呢？這可以通過在三極管內部載流子的運動規(guī)律來解釋。a.發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子。電源UBB經過電阻Rb加在發(fā)射結上，發(fā)射結正偏，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子——自由電子不斷地越過發(fā)射結而進入基區(qū)，形成發(fā)射極電流IE。同時，基區(qū)多數(shù)載流子也向發(fā)射區(qū)擴散，但由于基區(qū)很薄，可以不考慮這個電流。因此，可以認為三極管發(fā)射結電流主要是電子流。1)三極管內部載流子的運動規(guī)律68模擬電子技術基礎課件69b.基區(qū)中的電子進行擴散與復合。電子進入基區(qū)后，先在靠近發(fā)射結的附近密集，漸漸形成電子濃度差，在濃度差的作用下，促使電子流在基區(qū)中向集電結擴散，被集電結電場拉入集電區(qū)，形成集電結電流IC。也有很小一部分電子與基區(qū)的空穴復合，形成復合電子流。擴散的電子流與復合電子流的比例決定了三極管的放大能力。b.基區(qū)中的電子進行擴散與復合。70c.集電區(qū)收集電子。由于集電結外加反向電壓很大，這個反向電壓產生的電場力將阻止集電區(qū)電子向基區(qū)擴散，同時將擴散到集電結附近的電子拉入集電區(qū)而形成集電結主電流ICN。另外集電區(qū)的少數(shù)載流子——空穴也會產生漂移運動，流向基區(qū)，形成反向飽和電流ICBO，其數(shù)值很小，但對溫度卻非常敏感。c.集電區(qū)收集電子。712）三極管的電流分配關系綜合載流子的運動規(guī)律，三極管內的電流分配如圖所示，圖中的箭頭表示電流方向。由于三極管基區(qū)的雜質濃度很低，且厚度很薄，這就減小了電子和空穴復合的機會，所以從發(fā)射區(qū)注入到基區(qū)的電子只有很小一部分在基區(qū)復合掉，絕大部分到達集電區(qū)。這就是說構成發(fā)射極電流IE的兩部分中，IBE部分是很小的，ICE部分所占百分比是大的，若它們的比值用hFE本表示，則有2）三極管的電流分配關系72模擬電子技術基礎課件73hFE本表示三極管的電流放大能力，稱為本征電流放大系數(shù)。它的大小取決于基區(qū)中載流子擴散與復合的比例關系，這種比例關系是由管子內部結構決定的，一旦管子制成后，這種比例關系（hFE本值）也就確定了。各極電流滿足下列分配關系：IB=IBE-ICBOIC=ICE+ICBOhFE本表示三極管的電流放大能力，稱為本征74=hFE本IBE+ICBO=hFE本(IB+ICBO)+ＩCBO

=hFE本IB+(1+hFE本)ICBO=hFE本IB+ICEOICEO=(1+hFE本)ICBOIE=ICE+IBE=(IC-ICBO)+(IB+ICBO)=IC+IB=hFE本IBE+ICBO75由三極管內部的載流子運動規(guī)律可知，集電極電流IC主要來源于發(fā)射極電流IE，而同集電極外電路幾乎無關，只要加到集電結上的反向電壓能夠把從基區(qū)擴散到集電結附近的電子吸引到集電區(qū)即可。這就是三極管的電流控制作用。三極管能實現(xiàn)放大作用也是以此為基礎的，這也是三極同二極管一個質的區(qū)別所在。IE的大小是由發(fā)射結上的外加正向電壓UBE的大小決定的，UBE的變化將引起IE的變化，IE的變化再引起IB和IC的變化，所以，實質上是發(fā)射結上的正向電壓UBE對各極電流有控制作用。由三極管內部的載流子運動規(guī)律可知，集電極電流76UBE變化能引起IC變化的現(xiàn)象，本應理解為電壓控制，但二者的關系是非線性的，表達起來很不方便，當ICBO（或ICEO）可忽略時，則有IC≈hFE本IB，表明IC同IB（或IE）有一個比例關系，使用起來很方便，所以通常說IC受IB（或IE）控制，或者說，IC隨IB（或IE）成正比變化。這里還需指出，三極管的結構特點是它具有電流控制作用的內部依據(jù)，而發(fā)射結正向偏置、集電結反向偏置是它實現(xiàn)電流控制作用的外部條件。這是因為IC受IB（或IE）控制，是在滿足上述外部條件下實現(xiàn)的，因此，三極管在作放大運用時的直流供電必須滿足這個外部條件。

UBE變化能引起IC變化的現(xiàn)象，本應理解為電773）放大作用在基極回路（b、e間）加入一個待放大的信號電壓us;在集電極回路（c、e間）串入一個負載電阻RL，RL兩端電壓變量為Δuo。基極接信號稱輸入端，集電極接負載，稱之為輸出端，發(fā)射極既接信號又接負載，稱之為公共端。這種連接方式稱為共發(fā)射極接法。3）放大作用78模擬電子技術基礎課件79

1.共射輸入特性1)當UCE=0時的輸入特性（圖中曲線①）當UCE=0時，相當于集電極和發(fā)射極間短路，三極管等效成兩個二極管并聯(lián)，其特性類似于二極管的正向特性。三極管的特性曲線1.共射輸入特性三極管的特性曲線80模擬電子技術基礎課件81模擬電子技術基礎課件822)當UCE≥1V時的輸入特性（圖中曲線②）當UCE≥1V時，輸入特性曲線右移（相對于UCE=0時的曲線），表明對應同一個UBE值，IB減小了，或者說，要保持IB不變，UBE需增加。這是因為集電結加反向電壓，使得擴散到基區(qū)的載流子絕大部分被集電結吸引過去而形成集電極電流IC,只有少部分在基區(qū)復合，形成基極電流IB,所以IB減小而使曲線右移。對應輸入特性曲線某點（例如圖1.2.8的Q點）切線斜率的倒數(shù)，稱為三極管共射極接法（Q點處）的交流輸入電阻，記作rbe,即2)當UCE≥1V時的輸入特性（圖中曲83842.輸出特性曲線輸出特性曲線是指當三極管基極電流IB為常數(shù)時，集電極電流IC與集電極、發(fā)射極間電壓UCE之間的關系，即：IC=f(UCE)|IB=常數(shù)輸出特性曲線如圖所示。2.輸出特性曲線85模擬電子技術基礎課件861）截止區(qū)2）放大區(qū)a.對應同一個IB值，|UCE|增加時，IC基本不變（曲線基本與橫軸平行）。b.對應同一個UCE值，IB增加，IC顯著增加，并且IC的變量ΔIC與IB的變量ΔIB基本為正比關系（曲線簇等間距）。3）飽和區(qū)1）截止區(qū)87

1.電流放大系數(shù)β動態(tài)（交流）電流放大系數(shù)β：當集電極電壓UCE為定值時，集電極電流變化量ΔIC與基極電流變化量ΔIB之比，即靜態(tài)（直流）電流放大系數(shù)：三極管為共發(fā)射極接法，在集電極-發(fā)射極電壓UCE一定的條件下，由基極直流電流IB所引起的集電極直流電流與基極電流之比，稱為共發(fā)射極靜態(tài)（直流）電流放大系數(shù)，記作三極管的主要參數(shù)1.電流放大系數(shù)β靜態(tài)（直流）電流放大882.極間反向截止電流１)發(fā)射極開路，集電極－基極反向截止電流ICBO。２)基極開路，集電極－發(fā)射極反向截止電流ICEO是當三極管基極開路而集電結反偏和發(fā)射結正偏時的集電極電流。2.極間反向截止電流89

3.極限參數(shù)集電極最大允許電流ICM：當IC超過一定數(shù)值時β下降，β下降到正常值的2/3時所對應的IC值為ICM，當IC>ICM時，可導致三極管損壞。反向擊穿電壓U（BR）CEO：基極開路時，集電極、發(fā)射極之間最大允許電壓為反向擊穿電壓U（BR）CEO，當UCE>U（BR）CEO時，三極管的IC、IE劇增，使三極管擊穿。為可靠工作，使用中取3.極限參數(shù)90模擬電子技術基礎課件91復合三極管是把兩個三極管的管腳適當?shù)倪B接起來使之等效為一個三極管，典型結構如圖所示。ic=ic1+ic2=β1ib1+β2ib2=β1ib1+β2(1+β1)ib1≈β1ib1+β2β1ib1=β1ib1（1+β2）≈β1β2ib1復合三極管復合三極管是把兩個三極管的管腳適當?shù)倪B接起來使之等效為92模擬電子技術基礎課件93即β=說明復合管的電流放大系數(shù)β近似等于兩個管子電流放大系數(shù)的乘積。同時有ICEO=ICEO2+β2ICEO1表明復合管具有穿透電流大的缺點。即94第二章基本放大電路§2.1概述§2.2基本共射放大電路的工作原理§2.3放大電路的分析方法§2.4靜態(tài)工作點的穩(wěn)定第二章基本放大電路§2.1概述§2.4靜態(tài)工作點的95設置Q點的原因前一節(jié)知識的回顧Q點設置的合理性晶體管工作在放大區(qū)晶體管實現(xiàn)線性放大設置Q點的原因前一節(jié)知識的回顧Q點設置的合理性晶體管工作在放96基本共射放大電路的Q點分析靜態(tài)Q點通過晶體管的動態(tài)電阻rbe影響電壓放大倍數(shù)、輸入電阻等動態(tài)參數(shù)。+ECIBQICQUBEQUCEQRBRCC1C2T基本共射放大電路的Q點分析靜態(tài)Q點通過晶體管的動態(tài)電阻rbe97§2.4靜態(tài)工作點的穩(wěn)定1.客觀上的不穩(wěn)定帶來…….2.是什么原因使它不穩(wěn)定?3.怎么穩(wěn)定?4.在穩(wěn)定的過程中會遇到……Q點的穩(wěn)定性§2.4靜態(tài)工作點的穩(wěn)定1.客觀上的不穩(wěn)定帶來…….2.是98對于前面的放大電路(即固定偏置電路)而言，靜態(tài)工作點由UBE、和ICEO決定，這三個參數(shù)隨溫度而變化，溫度對靜態(tài)工作點的影響主要體現(xiàn)在這些方面。TUBEIBICT、ICEOIC因此Q點不穩(wěn)定會……..Q點與電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出信號是否產生失真有關。一、首先討論問題1和問題2對于前面的放大電路(即固定偏置電路)而言，靜態(tài)工作點由UBE99TIC固定偏置電路的Q點是不穩(wěn)定的。怎么穩(wěn)定？很重要的工程思維方式：以“變化”應“變化”從而實現(xiàn)補償?shù)哪康?。為此，需要改進固定偏置電路，常采用射極分壓式偏置電路來穩(wěn)定靜態(tài)工作點。使得當溫度升高IC增加時，能夠自動減少IB，從而抑制Q點的變化，保持Q點基本穩(wěn)定。提示TIC固定偏置電路的Q點是不穩(wěn)定的。怎么穩(wěn)定？很重要的工程思100I1I2IB1靜態(tài)分析(2)穩(wěn)定的原理(1)Q點的估算TUBEIBICUEIC二、射極分壓式偏置電路B點的電位固定BICEI1I2IB1靜態(tài)分析(2)穩(wěn)定的原理(1)Q點的估算T1012動態(tài)性能分析發(fā)射極電阻的引入帶來……？如何解決？提示rbeRCRLR'BRE2動態(tài)性能分析發(fā)射極電阻的引入帶來……？如何解決？提示r102CE的作用：交流通路中，CE將RE短路，RE對交流不起作用，放大倍數(shù)不受影響。CECE的作用：交流通路中，CE將RE短路，RE對交流不起作用103模擬電子技術基礎主講：xxx第一講模擬電子技術基礎主講：xxx第一講104緒論1.電子技術的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢2.電子技術的應用范圍3.本課程與其它專業(yè)課的關系4.電子技術基礎學習特點緒論1.電子技術的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢2.電子技術的應用范圍3.105參考書：《模擬電子技術基礎》（第四版）：清華大學童詩白、華成英主編2.《電子技術基礎》（模擬部分第四版）：華中理工大學康華光主編參考書：《模擬電子技術基礎》（第四版）：2.《電子技術基1061.1半導體的基本知識1.2PN結1.3半導體二極管第一章晶體二極管1.1半導體的基本知識第一章晶體二極管1071.1半導體的基本知識1.1.1本征半導體及其導電性1.1.2雜質半導體1.1.3半導體的溫度特性

根據(jù)物體導電能力(電阻率)的不同，來劃分導體、絕緣體和半導體。半導體的電阻率為10-3～109cm。典型的半導體有硅Si和鍺Ge以及砷化鎵GaAs等。1.1半導體的基本知識1.1.1本征半導體及其導電性1.1081.1.1本征半導體及其導電性

本征半導體——化學成分純凈的半導體晶體。制造半導體器件的半導體材料的純度要達到99.9999999%，常稱為“九個9”。它在物理結構上呈單晶體形態(tài)。1.1.1本征半導體及其導電性本征半導體——化學成109

(1）本征半導體的共價鍵結構

硅和鍺是四價元素，在原子最外層軌道上的四個電子稱為價電子。它們分別與周圍的四個原子的價電子形成共價鍵。共價鍵中的價電子為這些原子所共有，并為它們所束縛，在空間形成排列有序的晶體。這種結構的立體和平面示意圖見圖01.01。

圖01.01硅原子空間排列及共價鍵結構平面示意圖

(a)硅晶體的空間排列(b)共價鍵結構平面示意圖(c)(1）本征半導體的共價鍵結構硅和鍺是四110

（2）電子空穴對

當導體處于熱力學溫度0K時，導體中沒有自由電子。當溫度升高或受到光的照射時，價電子能量增高，有的價電子可以掙脫原子核的束縛，而參與導電，成為自由電子。

自由電子產生的同時，在其原來的共價鍵中就出現(xiàn)了一個空位，原子的電中性被破壞，呈現(xiàn)出正電性，其正電量與電子的負電量相等，人們常稱呈現(xiàn)正電性的這個空位為空穴。這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)，也稱熱激發(fā)。（2）電子空穴對當導體處于熱力學溫度0K時111

可見因熱激發(fā)而出現(xiàn)的自由電子和空穴是同時成對出現(xiàn)的，稱為電子空穴對。游離的部分自由電子也可能回到空穴中去，稱為復合，如圖01.02所示。本征激發(fā)和復合在一定溫度下會達到動態(tài)平衡。

圖01.02本征激發(fā)和復合的過程（動畫1-1）可見因熱激發(fā)而出現(xiàn)的自由電子和空穴是同時成112

(3)空穴的移動

自由電子的定向運動形成了電子電流，空穴的定向運動也可形成空穴電流，它們的方向相反。只不過空穴的運動是靠相鄰共價鍵中的價電子依次充填空穴來實現(xiàn)的，因此，空穴的導電能力不如自由電子（見圖01.03的動畫演示）。（動畫1-2）圖01.03空穴在晶格中的移動(3)空穴的移動自由電子的定向運動形成1131.1.2雜質半導體(1)N型半導體(2)P型半導體在本征半導體中摻入某些微量元素作為雜質，可使半導體的導電性發(fā)生顯著變化。摻入的雜質主要是三價或五價元素。摻入雜質后的本征半導體稱為雜質半導體。1.1.2雜質半導體(1)N型半導體在114

(1）N型半導體

在本征半導體中摻入五價雜質元素，例如磷，可形成

N型半導體,也稱電子型半導體。

因五價雜質原子中只有四個價電子能與周圍四個半導體原子中的價電子形成共價鍵，而多余的一個價電子因無共價鍵束縛而很容易形成自由電子。

在N型半導體中自由電子是多數(shù)載流子,它主要由雜質原子提供；空穴是少數(shù)載流子,

由熱激發(fā)形成。

提供自由電子的五價雜質原子因自由電子脫離而帶正電荷成為正離子，因此，五價雜質原子也被稱為施主雜質。N型半導體的結構示意圖如圖01.04所示。圖01.04N型半導體結構示意圖(1）N型半導體在本征半導體中摻入五價115(2)P型半導體本征半導體中摻入三價雜質元素，如硼、鎵、銦等形成P型半導體，也稱為空穴型半導體。因三價雜質原子與硅原子形成共價鍵時，缺少一個價電子而在共價鍵中留下一個空穴。

P型半導體中空穴是多數(shù)載流子，主要由摻雜形成；電子是少數(shù)載流子，由熱激發(fā)形成。

空穴很容易俘獲電子，使雜質原子成為負離子。三價雜質因而也稱為受主雜質。P型半導體的結構示意圖如圖01.05所示。圖01.05P型半導體的結構示意圖

圖01.05P型半導體的結構示意圖(2)P型半導體本征半導體中摻入三價雜質1161.1.3雜質對半導體導電性的影響

摻入雜質對本征半導體的導電性有很大的影響，一些典型的數(shù)據(jù)如下:

T=300K室溫下,本征硅的電子和空穴濃度:

n=p=1.4×1010/cm31

本征硅的原子濃度:

4.96×1022/cm3

3以上三個濃度基本上依次相差106/cm3。

2摻雜后N型半導體中的自由電子濃度:

n=5×1016/cm31.1.3雜質對半導體導電性的影響摻入117雜質半導體簡化模型雜質半導體簡化模型1181.2PN結1.2.1PN結的形成1.2.2PN結的單向導電性1.2.3PN結的電容效應1.2PN結1.2.1PN結的形成1.2.2P1191.2.1

PN結的形成

在一塊本征半導體兩側通過擴散不同的雜質,分別形成N型半導體和P型半導體。此時將在N型半導體和P型半導體的結合面上形成如下物理過程:

因濃度差

多子的擴散運動由雜質離子形成空間電荷區(qū)

空間電荷區(qū)形成內電場

內電場促使少子漂移內電場阻止多子擴散1.2.1PN結的形成在一塊本征半導體120

最后多子擴散和少子的漂移達到動態(tài)平衡。對于P型半導體和N型半導體結合面，離子薄層形成的空間電荷區(qū)稱為

PN結,在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱耗盡層。

圖01.06PN結的形成過程

（動畫1-3）

PN結形成的過程可參閱圖01.06。最后多子擴散和少子的漂移達到動態(tài)平衡。對于1211.2.2

PN結的單向導電性

如果外加電壓使PN結中：P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱為加正向電壓，簡稱正偏；

PN結具有單向導電性，若外加電壓使電流從P區(qū)流到N區(qū)，PN結呈低阻性，所以電流大；反之是高阻性，電流小。

P區(qū)的電位低于N區(qū)的電位，稱為加反向電壓，簡稱反偏。

1.2.2PN結的單向導電性如果外加電壓使PN結中122

(1)PN結加正向電壓時的導電情況外加的正向電壓有一部分降落在PN結區(qū)，方向與PN結內電場方向相反，削弱了內電場。內電場對多子擴散運動的阻礙減弱，擴散電流加大。擴散電流遠大于漂移電流，可忽略漂移電流的影響,PN結呈現(xiàn)低阻性。

PN結加正向電壓時的導電情況如圖01.07（動畫1-4）圖01.07PN結加正向電壓時的導電情況(1)PN結加正向電壓時的導電情況外加的正向電123

(2)PN結加反向電壓時的導電情況

外加的反向電壓有一部分降落在PN結區(qū)，方向與PN結內電場方向相同，加強了內電場。內電場對多子擴散運動的阻礙增強，擴散電流大大減小。此時PN結區(qū)的少子在內電場的作用下形成的漂移電流大于擴散電流，可忽略擴散電流，由于漂移電流本身就很小，PN結呈現(xiàn)高阻性。

在一定溫度條件下，由本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的，故少子形成的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的大小無關，這個電流也稱為反向飽和電流。PN結加反向電壓時的導電情況如圖01.08所示。圖01.08PN結加反向電壓時的導電情況(2)PN結加反向電壓時的導電情況124

PN結外加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴散電流；PN結加反向電壓時，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流。由此可以得出結論：PN結具有單向導電性。

（動畫1-5）圖01.08PN結加反向電壓時的導電情況PN結外加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴散1251.在雜質半導體中多子的數(shù)量與（a.摻雜濃度、b.溫度）有關。2.在雜質半導體中少子的數(shù)量與。（a.摻雜濃度、b.溫度）有關。3.當溫度升高時，少子的數(shù)量。

（a.減少、b.不變、c.增多）abc4.在外加電壓的作用下，P型半導體中的電流主要是，N型半導體中的電流主要是。（a.電子電流、b.空穴電流）ba思考題：1.在雜質半導體中多子的數(shù)量與2.1261.2.3PN結的電容效應PN結具有一定的電容效應，它由兩方面的因素決定。

一是勢壘電容CB

二是擴散電容CD1.2.3PN結的電容效應PN結具有一127

(1)勢壘電容CB

勢壘電容是由空間電荷區(qū)離子薄層形成的。當外加電壓使PN結上壓降發(fā)生變化時，離子薄層的厚度也相應地隨之改變，這相當PN結中存儲的電荷量也隨之變化，猶如電容的充放電。勢壘電容的示意圖見圖01.09。圖01.09勢壘電容示意圖(1)勢壘電容CB勢壘電容是由空間電128

擴散電容是由多子擴散后，在PN結的另一側面積累而形成的。因PN結正偏時，由N區(qū)擴散到P區(qū)的電子，與外電源提供的空穴相復合，形成正向電流。剛擴散過來的電子就堆積在P區(qū)內緊靠PN結的附近，形成一定的多子濃度梯度分布曲線。(2)擴散電容CD

反之，由P區(qū)擴散到N區(qū)的空穴，在N區(qū)內也形成類似的濃度梯度分布曲線。擴散電容的示意圖如圖01.10所示。擴散電容是由多子擴散后，在PN結的另一側面129

圖01.10擴散電容示意圖

當外加正向電壓不同時，擴散電流即外電路電流的大小也就不同。所以PN結兩側堆積的多子的濃度梯度分布也不相同，這就相當電容的充放電過程。勢壘電容和擴散電容均是非線性電容。圖01.10擴散電容示意圖當外加正向電130半導體元件及其特性1-1半導體二極管1-2半導體三極管半導體元件及其特性1-1半導體二極管1-2半導1311-1半導體二極管1．PN結的形成在半導體材料(硅、鍺)中摻入不同雜質可以分別形成N型和P型兩種半導體。N型半導體主要依靠自由電子導電，稱自由電子為多數(shù)載流子，而空穴數(shù)量遠少于電子數(shù)量，稱空穴為少數(shù)載流子。P型半導體主要靠空穴導電，稱空穴為多數(shù)載流子，而自由電子遠少于空穴的數(shù)量，稱自由電子為少數(shù)載流子。PN結的形成與特性1-1半導體二極管1．PN結的形成PN結的形成與特性132

當P型半導體和N型半導體接觸以后，由于交界兩側半導體類型不同，存在電子和空穴的濃度差。這樣，P區(qū)的空穴向N區(qū)擴散，N區(qū)的電子向P區(qū)擴散,如圖1.1.1(a)所示。由于擴散運動，在P區(qū)和N區(qū)的接觸面就產生正負離子層。N區(qū)失掉電子產生正離子，P區(qū)得到電子產生負離子。通常稱這個正負離子層為PN結。在ＰＮ結的Ｐ區(qū)一側帶負電，Ｎ區(qū)一側帶正電。ＰＮ結便產生了內電場，內電場的方向從Ｎ區(qū)指向Ｐ區(qū)。內電場對擴散運動起到阻礙作用，電子和空穴的擴散運動隨著內電場的加強而逐步減弱，直至停止。在界面處形成穩(wěn)定的空間電荷區(qū)。當P型半導體和N型半導體接觸以后，由于交界兩133模擬電子技術基礎課件1342.PN結的特性1）正向導通給PN結加正向電壓，即P區(qū)接正電源，N區(qū)接負電源，此時稱PN結為正向偏置。這時PN結外加電場與內電場方向相反，當外電場大于內電場時，外加電場抵消內電場，使空間電荷區(qū)變窄，有利于多數(shù)載流子運動，形成正向電流。外加電場越強，正向電流越大，這意味著PN結的正向電阻變小。2.PN結的特性135正向導通反向截止正向導通反向截止1362）反向截止給PN結加反向電壓，稱PN結反向偏置，如圖所示。這時外加電場與內電場方向相同，使內電場的作用增強,PN結變厚，多數(shù)載流子運動難于進行，有助于少數(shù)載流子運動，形成電流IR，少數(shù)載流子很少，所以電流很小，接近于零，即PN結反向電阻很大。2）反向截止137綜上所述，PN結具有單向導電性，加正向電壓時，PN結電阻很小，電流IR較大，是多數(shù)載流子的擴散運動形成的；加反向電壓時，PN結電阻很大，電流IR很小，是少數(shù)載流子運動形成的。綜上所述，PN結具有單向導電性，加正向電壓時138接在二極管P區(qū)的引出線稱二極管的陽極，接在N區(qū)的引出線稱二極管的陰極。二極管有許多類型。從工藝上分，有點接觸型和面接觸型；按用途分，有整流管、檢波二極管、穩(wěn)壓二極管、光電二極管和開關二極管等。二極管的結構和類型接在二極管P區(qū)的引出線稱二極管的陽極，接在139模擬電子技術基礎課件1401．二極管伏安特性理論分析指出，半導體二極管電流I與端電壓U之間的關系可表示為I=IS(-1)此式稱為理想二極管電流方程。式中，IS稱為反向飽和電流，UT稱為溫度的電壓當量，常溫下UT≈26mV。實際的二極管伏安特性曲線如圖所示。圖中，實線對應硅材料二極管，虛線對應鍺材料二極管。二極管的特性及參數(shù)1．二極管伏安特性二極管的特性及參數(shù)141模擬電子技術基礎課件1421）正向特性當二極管承受正向電壓小于某一數(shù)值時，還不足以克服PN結內電場對多數(shù)載流子運動的阻擋作用，這一區(qū)段二極管正向電流IF很小，稱為死區(qū)。死區(qū)電壓的大小與二極管的材料有關，并受環(huán)境溫度影響。通常，硅材料二極管的死區(qū)電壓約為0.5V，鍺材料二極管的死區(qū)電壓約為0.2V。當正向電壓超過死區(qū)電壓值時，外電場抵消了內電場，正向電流隨外加電壓的增加而明顯增大，二極管正向電阻變得很小。當二極管完全導通后，正向壓降基本維持不變，稱為二極管正向導通壓降UF。一般硅管的UF為0.7V，鍺管的UF為0.3V。1）正向特性1432）反向特性當二極管承受反向電壓時，外電場與內電場方向一致，只有少數(shù)載流子的漂移運動，形成的漏電流IR極小，一般硅管的IR為幾微安以下，鍺管IR較大，為幾十到幾百微安。這時二極管反向截止。當反向電壓增大到某一數(shù)值時，反向電流將隨反向電壓的增加而急劇增大，這種現(xiàn)象稱二極管反向擊穿。擊穿時對應的電壓稱為反向擊穿電壓。普通二極管發(fā)生反向擊穿后，造成二極管的永久性損壞，失去單向導電性。2）反向特性1442．二極管的主要參數(shù)二極管參數(shù)是反映二極管性能質量的指標。必須根據(jù)二極管的參數(shù)來合理選用二極管。二極管的主要參數(shù)有4項。1）最大整流電流IFMIFM是指二極管長期工作時允許通過的最大正向平均電流值。工作時，管子通過的電流不應超過這個數(shù)值，否則將導致管子過熱而損壞。2．二極管的主要參數(shù)1452）最高反向工作電壓URMURM是指二極管不擊穿所允許加的最高反向電壓。超過此值二極管就有被反向擊穿的危險。URM通常為反向擊穿電壓的1/2~2/3，以確保二極管安全工作。3）最大反向電流IRMIRM是指二極管在常溫下承受最高反向工作電壓URM時的反向漏電流，一般很小，但其受溫度影響較大。當溫度升高時，IRM顯著增大。2）最高反向工作電壓URM1464）最高工作頻率fMfM是指保持二極管單向導通性能時，外加電壓允許的最高頻率。二極管工作頻率與PN結的極間電容大小有關，容量越小，工作頻率越高。4）最高工作頻率fM147

二極管是電子電路中最常用的半導體器件。利用其單向導電性及導通時正向壓降很小的特點，可用來進行整流、檢波、鉗位、限幅、開關以及元件保護等各項工作。

1．整流所謂整流,就是將交流電變?yōu)閱畏较蛎}動的直流電。利用二極管的單向導電性可組成單相、三相等各種形式的整流電路。

2．鉗位利用二極管正向導通時壓降很小的特性，可組成鉗位電路。半導體二極管的應用二極管是電子電路中最常用的半導體器件。利用其單148若A點UA=0，二極管VD可正向導通，其壓降很小，故F點的電位也被鉗制在0V左右，即UF≈0。若A點UA=0，二極管VD可正向導通，其壓降1493．限幅利用二極管正向導通后其兩端電壓很小且基本不變的特性，可以構成各種限幅電路，使輸出電壓幅度限制在某一電壓值以內。3．限幅150模擬電子技術基礎課件151

設輸入電壓ui=10sinωt(V),Us1=Us2=5V。當-Us2<ui<Us1時，VD1、VD2都處于反向偏置而截止，因此i=0,uo=ui。當ui>Us1時，VD1處于正向偏置而導通，使輸出電壓保持在Us1。當ui<-Us1時，VD2處于正向偏置而導通，輸出電壓保持在-Us2。由于輸出電壓uo被限制在+Us1與-Us2之間，即|uo|≤5V,好像將輸入信號的高峰和低谷部分削掉一樣,因此這種電路又稱為削波電路。設輸入電壓ui=10sinωt(V)1524．元件保護在電子線路中，常用二極管來保護其他元器件免受過高電壓的損害。4．元件保護153在開關S接通時，電源E給線圈供電，L中有電流流過，儲存了磁場能量。在開關S由接通到斷開的瞬時，電流突然中斷，L中將產生一個高于電源電壓很多倍的自感電動勢eL，eL與E疊加作用在開關S的端子上，在S的端子上產生電火花放電，這將影響設備的正常工作，使開關S壽命縮短。接入二極管VD后，eL通過二極管VD產生放電電流i,使L中儲存的能量不經過開關S放掉，從而保護了開關S。在開關S接通時，電源E給線圈供電，L中有電流1541.發(fā)光二極管1)發(fā)光二極管的符號及特性是一種將電能直接轉換成光能的固體器件，簡稱LED。發(fā)光二極管和普通二極管相似，也由一個PN結組成。發(fā)光二極管在正向導通時，由于空穴和電子的復合而發(fā)出能量，發(fā)出一定波長的可見光。光的波長不同，顏色也不同。常見的LED有紅、綠、黃等顏色。發(fā)光二極管的驅動電壓低、工作電流小，具有很強的抗振動和抗沖擊能力。由于發(fā)光二極管體積小、可靠性高、耗電省、壽命長，被廣泛用于信號指示等電路中。特種二極管1.發(fā)光二極管特種二極管155模擬電子技術基礎課件1562)發(fā)光二極管的應用電源通斷指示發(fā)光二極管作為電源通斷指示通常稱為指示燈，在實際應用中給人提供很大的方便。發(fā)光二極管的供電電源既可以是直流的也可以是交流的，但必須注意的是，發(fā)光二極管是一種電流控制器件，應用中只要保證發(fā)光二極管的正向工作電流在所規(guī)定的范圍之內，它就可以正常發(fā)光。數(shù)碼管是電子技術中應用的主要顯示器件，是用發(fā)光二極管經過一定的排列組成的。2)發(fā)光二極管的應用157模擬電子技術基礎課件158模擬電子技術基礎課件159這是最常用的七段數(shù)碼顯示。要使它顯示0~9的一系列