FA第五章集成運算放大器

模擬電子技術理論部分：50課時實操部分：40課時（分班）教師：吳楚珊TEL674032）E-MAIL：cswu@

理論部分：50課時實操部分：40課時（分班）教師：吳楚珊TEL674032）E-MAIL：cswu@

第一章半導體器件基礎1.1半導體的基本知識1.2半導體二極管1.3半導體三極管1.4BJT模型1.5場效應管導體：自然界中很容易導電的物質稱為導體絕緣體：有的物質幾乎不導電，稱為絕緣體半導體：另有一類物質的導電特性處于導體和絕緣體之間，稱為半導體，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。1.1半導體的基本知識金屬一般都是導體。在物理學中。根據材料的導電能力，可以將他們劃分導體、絕緣體和半導體。如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半導體的導電機理不同于其它物質，所以它具有不同于其它物質的特點。例如：

當受外界熱和光的作用時，它的導電能力明顯變化。

往純凈的半導體中摻入某些雜質，會使它的導電能力明顯改變。1.1半導體的基本知識熱敏特性、光敏特性、摻雜特性1.1半導體的基本知識典型的半導體是硅Si和鍺Ge，它們都是4價元素。硅原子鍺原子硅和鍺最外層軌道上的四個電子稱為價電子。

本征半導體的共價鍵結構束縛電子在絕對溫度T=0K時，所有的價電子都被共價鍵緊緊束縛在共價鍵中，不會成為自由電子，因此本征半導體的導電能力很弱，接近絕緣體。一.本征半導體

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”。

這一現象稱為本征激發(fā)，也稱熱激發(fā)。

當溫度升高或受到光的照射時，束縛電子能量增高，有的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+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴

自由電子產生的同時，在其原來的共價鍵中就出現了一個空位，稱為空穴。

可見本征激發(fā)同時產生電子空穴對。

外加能量越高（溫度越高），產生的電子空穴對越多。自由電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴電子空穴對動畫演示自由電子和空穴本征激發(fā)與本征激發(fā)相反的現象——復合在一定溫度下，本征激發(fā)和復合同時進行，達到動態(tài)平衡。電子空穴對的濃度一定。常溫300K時：電子空穴對的濃度硅：鍺：自由電子帶負電荷電子流+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由電子E＋－＋總電流載流子空穴帶正電荷空穴流導電機制動畫演示空穴的移動本征半導體的導電性取決于外加能量：溫度變化，導電性變化；光照變化，導電性變化。導電機制二.雜質半導體

在本征半導體中摻入某些微量雜質元素后的半導體稱為雜質半導體。1.

N型半導體

在本征半導體中摻入五價雜質元素，例如磷，砷等，稱為N型半導體。

N型半導體多余電子磷原子硅原子多數載流子——自由電子少數載流子——空穴++++++++++++N型半導體自由電子電子空穴對

在本征半導體中摻入三價雜質元素，如硼、鎵等?？昭ㄅ鹪庸柙佣鄶递d流子——空穴（多子）少數載流子——自由電子（少子）2.

P型半導體雜質半導體的示意圖++++++++++++N型半導體多子—電子少子—空穴－－－－－－－－－－－－P型半導體多子—空穴少子—電子少子濃度——與溫度有關多子濃度——與溫度無關內電場E因多輛子濃縮慧度差形成遍內電爹場多子看的擴崇散空間酬電荷放區(qū)阻止許多子畫擴散銳，促疏使少洲子漂殿移。PN結合空間另電荷押區(qū)多子黃擴散答電流少子膀漂移規(guī)電流耗盡陸層三.PN結及薦其單暢向導父電性1枕.席PN結的綿形成PN結少子飄移補充耗盡層失去的多子，耗盡層窄，E多子擴散

又失去多子，耗盡層寬，E動態(tài)膊平衡涌：擴散逆電流相＝初漂蒸移電礎流總電摔流＝0動畫罷演示:PN結的焰形成1、空休間電耳荷區(qū)樣中沒障有載收流子男。2、空歲間電會荷區(qū)雄中內料電場伯阻礙P中的中空穴秋、N區(qū)中的吸電子郵（都是養(yǎng)多子）向懇對方勺運動反（擴散深運動）。3、P區(qū)中御的電想子和N區(qū)中唯的空盟穴（都是瞞少子），推數量窩有限鍋，因樹此由創(chuàng)它們瘋形成臨的電觸流很耗小。注意:－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++空間按電荷輝區(qū)N型區(qū)P型區(qū)電位VV0勢壘UO硅0.5V鍺0.1V2.容PN結的槽單向諒導電蟲性(1訓)加正士向電梯壓（牽正偏并）——電源擺正極裝接P區(qū)，寒負極謝接N區(qū)外電勵場的努方向尖與內梯電場富方向詳相反枕。外電撤場削和弱內叼電場→耗盡現層變槍窄→擴散揪運動腦＞漂賣移運刪動→多子擴散娛形成鴨正向依電流IF正向電流內電執(zhí)場被蘇削弱盼，多玩子的弦擴散支加強裁能夠漁形成崗較大焦的擴挎散電仙流。(2索)加反宋向電緣瑞壓——電源景正極盈接N區(qū)，控負極同接P區(qū)外電流場的具方向播與內戀電場密方向挖相同顫。外電他場加餅強內賞電場→耗盡著層變邀寬→漂移讓運動神＞擴哪散運土動→少子繪漂移艦形成測反向畝電流IRPN在一穴定的買溫度是下，鞠由本勤征激豎發(fā)產良生的遣少子盆濃度判是一輝定的末，故IR基本搶上與孕外加游反壓技的大世小無想關，所以李稱為反向拼飽和糊電流。但IR與溫乓度有貴關。內電姻場被躁被加么強，征多子聽的擴哨散受另抑制舉。少纖子漂牧移加浸強，唇但少夕子數業(yè)量有雙限，悅只能歪形成悠較小敘的反傲向電患流。由此埋可以貧得出質結論錦：PN結具膠有單政向導稈電性避。PN結加陜正向昨電壓新時，疑具有獻較大迫的正文向擴符散電恒流，呢呈現澤低電逗阻，PN結導漏通；PN結加墳反向微電壓沫時，忘具有鐘很小卻的反喬向漂他移電間流，農呈現裹高電場阻，PN結截故止。3.并PN結的伏遙安特潑性曲芝線及壓表達略式根據嚇理論攝推導搖，PN結的足伏安糠特性票曲線絮如圖正偏IF（多借子擴該散）IR（少狠子漂然移）反偏反向氣飽和年電流反向教擊穿跪電壓反向籠擊穿1.誰2半導怒體二腐極管二極波管=糧PN結+管殼+引線NP結構符號陽極+陰極-半導黨體二弄極管似的型殖號國家衫標準策對半昏導體餐器件約型號解的命舌名舉購例如者下：2A連P9用數字代表同類器件的不同規(guī)格。代表器件的類型，P為普通管，Z為整流管，K為開關管。代表器件的材料，A為N型Ge，B為P型Ge，C為N型Si，D為P型Si。2代表二極管，3代表三極管。一德、半場導體哨二極攏管的V—譽A特性拔曲線硅：0.贏5瞞V鍺：0.活1統(tǒng)V(1遍)正向懲特性導通飲壓降反向飽和電流(2肌)反向英特性死區(qū)電壓擊穿電壓UBR實驗阿曲線uEiVmAuEiVuA鍺硅：0.帶7椅V鍺：0.曾3V二.二極疫管的歪模型盤及近少似分芒析計技算例：IR10VE1kΩD—非線性器件iuRLC—線性器件二極濃管的果模型DU串聯能電壓梨源模攻型UD二極裝管的欲導通筋壓降績。硅御管0.郊7V；鍺駁管0.斤3V。理想稈二極并管模覆型正偏反偏導通壓降二極管的V—A特性二極載管的講近似現分析鍬計算IR10VE1kΩIR10VE1kΩ例：串聯神電壓何源模奔型測量徒值9.足32數mA相對辱誤差理想線二極殊管模番型RI10VE1kΩ相對杜誤差0.朝7V例：二極顛管構惹成的挨限幅暴電路勉如圖谷所示殿，R＝1kΩ，URE摟F=2赤V，輸叫入信膊號為ui。(1正)若ui為4V的直虹流信伶號，達分別艦采用邪理想壩二極劫管模許型、燦理想第二極倆管串裝聯電隙壓源貝模型珠計算怨電流I和輸嫩出電腦壓uo解：（1）采橋用理帥想模赴型分攪析。采用任理想塵二極短管串責聯電憂壓源太模型慣分析級。（2）如端果ui為幅謠度±4V的交尚流三階角波頓，波誰形如零圖（b）所罷示，忽分別宰采用拜理想究二極輸管模磁型和機理想手二極倦管串構聯電貼壓源蓮模型擺分析恐電路邀并畫擁出相六應的贈輸出拘電壓描波形顆。解：①采脅用理購想二要極管模型籃分析酬。波廳形如刊圖所洪示。0-4V4Vuit2V2Vuot02.7Vuot0-4V4Vuit2.7V②采用濁理想執(zhí)二極孔管串贊聯電進壓源膀模型趙分析醫(yī)，波羞形如倡圖所百示。三.二極花管的槳主要遠參數(1妥)最大詢整流圖電流IF—嗚—二極送管長拆期連營續(xù)工作時都，允抵許通超過二極管企的最武大整畏流電流叨的平竊均值地。(2掙)反向爪擊穿粗電壓UBR掉——鋤—二極和管反背向電村流急劇甩增加迎時對騎應的娃反向電壓野值稱納為反隊向擊到穿電壓UBR。(3搬)反向引電流IR——在室弄溫下慶，在跪規(guī)定經的反庸向電榆壓下坐的反領向電備流值絲式。硅般二極螞管的賠反向擺電流幕一般昏在納到安(nA)級；拉鍺二肢極管內在微刺安(A)級。當穩(wěn)循壓二退極管積工作綿在反幣向擊凱穿狀曬態(tài)下,工作算電流IZ在Izm帝ax和Izm委in之間菌變化躬時,其兩沒端電鞋壓近報似為及常數穩(wěn)定昆電壓四、封穩(wěn)壓叢二極恩管(P楚17律)穩(wěn)壓萌二極恨管是核應用今在反臥向擊弊穿區(qū)揭的特賭殊二香極管正向巨同二封極管反偏鏟電壓磁≥UZ反向籃擊穿＋UZ－限流電阻穩(wěn)壓獻二極請管的剝主要藏參示數(1川)穩(wěn)定源電壓UZ——(2顧)動態(tài)候電阻rZ——在規(guī)令定的竭穩(wěn)壓聾管反恐向工暫作電喇流IZ下，拳所對此應的臨反向拴工作衡電壓忠。rZ=U/IrZ愈小莖，反給映穩(wěn)粉壓管舅的擊濁穿特承性愈騰陡。(3鋤)最小晨穩(wěn)定嘴工作鴉電禮流IZm存in——保證鈔穩(wěn)壓翠管擊翻穿所內對應您的電斑流，氏若IZ＜IZm功in則不是能穩(wěn)輕壓。(4賴)最大傻穩(wěn)定虧工作艷電流IZm附ax——超過Izm框ax穩(wěn)壓捏管會船因功壇耗過足大而兆燒壞角。穩(wěn)壓馬二極哲管應逼用注錘意事現項：（1）陪穩(wěn)壓個二極劇管接誼反向臘電壓嶼，保救證其電工作炊在反壘向撓擊倒穿區(qū)（2）應框用時剖應串窗接限祥流電期阻，穿防止仍管子晃被擊菊穿（3）因旱穩(wěn)定帆值不姿同，嘩穩(wěn)壓帆管不囑能并洽聯使升用負載喪電阻。要求當輸橋入電蒜壓由笛正常故值發(fā)休生20妻%波動臉時，絨負載弓電壓灣基本姿不變蘇。穩(wěn)壓芽二極視管的猜應用幣舉例uoiZDZRiLiuiRL穩(wěn)壓罩管的辨技術本參數:解：掌令輸委入電晝壓達毒到上選限時擋，流版過穩(wěn)旬壓管們的電及流為Izma獄x。求：電阻R和輸貸入電死壓ui的正乏常值求?！匠?令輸逮入電負壓降區(qū)到下深限時移，流刊過穩(wěn)淹壓管口的電湊流為Izmi