.常用半導(dǎo)體器件

—多媒體教學課件模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

FundamentalsofAnalogElectronics

童詩白、華成英主編1.本課程的性質(zhì)是一門技術(shù)基礎(chǔ)課2.特點

非純理論性課程

實踐性很強

以工程實踐的觀點來處理電路中的一些問題3.研究內(nèi)容以器件為基礎(chǔ)、以信號為主線，研究各種模擬電子電路的工作原理、特點及性能指標等。4.教學目標能夠?qū)σ话阈缘摹⒊Ｓ玫碾娮与娐愤M行分析，同時對較簡單的單元電路進行設(shè)計。緒論5.學習方法重點掌握基本概念、基本電路的分析、計算及設(shè)計方法。6.成績評定標準理論： 平時成績％ 作業(yè)、期中考、考勤、提問等期中成績%期末考試%實驗：7.教學參考書康華光主編，《電子技術(shù)基礎(chǔ)》模擬部分第三版，高教出版社童詩白主編，《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》第四版，高教出版社陳大欽主編，《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)問答：例題?試題》，華工出版社前言課外閱讀教材：1.謝自美電子線路設(shè)計.實驗.測試華中理工大學出版社。2.畢滿清電子技術(shù)實驗與課程設(shè)計機械工業(yè)出版社。3.李東生Protel99SE電路設(shè)計技術(shù)入門電子工業(yè)出版社。第四版童詩白目錄1

常用半導(dǎo)體器件2基本放大電路3多級放大電路4集成運算放大電路5放大電路的頻率響應(yīng)6放大電路中的反饋7信號的運算和處理8波形的發(fā)生和信號的轉(zhuǎn)換9功率放大電路10直流穩(wěn)壓電源第四版童詩白第一章常用半導(dǎo)體器件1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識1.2半導(dǎo)體二極管1.3雙極型晶體管1.4場效應(yīng)管1.5單結(jié)晶體管和晶閘管1.6集成電路中的元件第四版童詩白本章重點和考點：1.二極管的單向?qū)щ娦?、穩(wěn)壓管的原理。2.三極管的電流放大原理，如何判斷三極管的管型、管腳和管材。3.場效應(yīng)管的分類、工作原理和特性曲線。

第四版童詩白本章討論的問題：2.空穴是一種載流子嗎？空穴導(dǎo)電時電子運動嗎？3.什么是N型半導(dǎo)體？什么是P型半導(dǎo)體？當二種半導(dǎo)體制作在一起時會產(chǎn)生什么現(xiàn)象？4.PN結(jié)上所加端電壓與電流符合歐姆定律嗎？它為什么具有單向性？在PN結(jié)中另反向電壓時真的沒有電流嗎？5.晶體管是通過什么方式來控制集電極電流的？場效應(yīng)管是通過什么方式來控制漏極電流的？為什么它們都可以用于放大？1.為什么采用半導(dǎo)體材料制作電子器件？

1.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識1.1.1本征半導(dǎo)體

純凈的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體導(dǎo)體：自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體，金屬一般都是導(dǎo)體。絕緣體：有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為絕緣體，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半導(dǎo)體：另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間，稱為半導(dǎo)體，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。一、導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體PNJunction半導(dǎo)賓體的導(dǎo)挑電機返理不侮同于旨其它皇物質(zhì)豎，所妄以它撇具有拆不同互于其占它物藍質(zhì)的錫特點角。例娃如：當受渡外界并熱和俊光的矮作用甩時，它的艇導(dǎo)電桿能力老明顯遵變化宋。往純啄凈的境半導(dǎo)攀體中警摻入創(chuàng)某些寧雜質(zhì)蝦，會傾使它昆的導(dǎo)屈電能郵力和噴內(nèi)部餅結(jié)構(gòu)猴發(fā)生糾變化與。熱敏器件光敏器件二極管+4+4+4+4+4+4+4+4+4完全啞純凈槍的、掛不含刊其他什雜質(zhì)蜓且具向有晶續(xù)體結(jié)煌構(gòu)的宋半導(dǎo)淹體稱艙為本摔征半霜導(dǎo)體將硅曉或鍺鑄材料德提純廣便形謊成單誓晶體吧，它民的原賊子結(jié)局構(gòu)為弦共價拐鍵結(jié)僚構(gòu)。價電泛子共價朝鍵圖頁本柄征半愧導(dǎo)體氏結(jié)構(gòu)跌示意傭圖二、本遮征半智導(dǎo)體切的晶體結(jié)構(gòu)當溫歸度T=觸0K繡時，蹦半導(dǎo)蛛體不惹導(dǎo)電步，如榨同絕連緣體遺。+4+4+4+4+4+4+4+4+4圖記本窗征半境導(dǎo)體渾中的自由督電子趁和空兵穴自由佛電子空穴若T，將胞有少木數(shù)價喇電子診克服泳共價淘鍵的枯束縛昂成為自由荒電子，在喂原來罷的共悉價鍵頸中留涼下一扎個空技位—再—空穴鹽。T自由枯電子和空穴使本征亮半導(dǎo)免體具童有導(dǎo)晌電能伏力，撫但很砍微弱匯?？昭ㄑ煽此⒊蓭в勒娛┑妮d浪流子巖。三、本醬征半螞導(dǎo)體中的惠兩種味載流晉子（動畫厲1-繁1）（動畫剪1-丸2）四、本征嶼半導(dǎo)壓體中載流明子的仿濃度在一音定溫割度下本征嫁半導(dǎo)挨體中載流買子的辣濃度茅是一般定的座，并值且自駐由電恐子與脹空穴雨的濃展度相耽等。本征貴半導(dǎo)鹽體中載流委子的裳濃度賢公式貫：T=3查00輕K室溫具下,票本征腎硅的獻電子基和空求穴濃靜度:n=p=1吹.4笨3×巡壽1010/c供m3本征凳鍺的忍電子折和空朵穴濃謠度:n=p=2鴿.3倆8×川1013/c艙m3ni=甜pi=挪K1T3/漿2e-EGO/(2kT)本征呼激發(fā)復(fù)合動態(tài)副平衡本征聲硅原銹子的蚊濃度墓:n=p=2少.3褲8×區(qū)1013/c皮m31.凍半潑導(dǎo)體靜中兩暫種載借流子帶負電的自由電子帶正電的空穴

2.窗本樣征半叉導(dǎo)體聞中，須自由投電子璃和空煩穴總鈔是成售對出繪現(xiàn)，航稱警為電子秧-軍空云穴對哥。3.業(yè)本近征半叫導(dǎo)體柿中自由異電子和空穴的濃許度用ni和pi表示暈，顯架然ni=pi。4.誦由信于物番質(zhì)的查運動弟，自厚由電瞧子和壺空穴掛不斷桑的產(chǎn)睬生又蛾不叨斷的遇復(fù)合底。在一罰定的勿溫度訪下，杜產(chǎn)生秋與復(fù)寫合運疑動期會達蘆到平瘦衡，扭載流失子的作濃度史就一朗定了鑼。5.稀載注流子育的濃歌度與巴溫度散密切林相關(guān)哨，它擾隨著懼溫度即的升崗高升，基米本按倍指數(shù)繞規(guī)律跨增加仔。小結(jié)雜質(zhì)勝半導(dǎo)金體雜質(zhì)卡半導(dǎo)牛體有舟兩種N置型半嬸導(dǎo)體P卡型半舉導(dǎo)體一、別N斃型史半導(dǎo)劈燕體(處Ne認ga崖ti仁ve間)在硅側(cè)或鍺爽的晶謊體中怠摻入頸少量證的5冬價雜質(zhì)左元素僑，如柳磷、趴銻、車砷等把，即黑構(gòu)成N校型半堪導(dǎo)體(或稱奶電子鈔型朋半渴導(dǎo)體)。常用燃的般5講價雜瓶質(zhì)元央素有宇磷、鑄銻、宜砷等知。本征題半導(dǎo)求體摻純?nèi)胨?惑價元掀素后愧，原潤來晶亂體中刺的某歸些硅穴原子遭將被災(zāi)雜質(zhì)登原子摧代替任。雜博質(zhì)原微子最胸外層廁有鄙5站個價勺電子興，其混中耕4型個與飛硅構(gòu)斧成共孔價鍵呀，多慰余一侵個電緞子只并受自孔身原舊子核忍吸引塑，在將室溫殃下即?？沙梢鉃樽怨嫌呻姼印Ｗ杂墒祀娮犹諠舛瓤具h大防于空才穴的塑濃度瘡，即n>>p。電子桐稱為寧多數(shù)道載流乒子(簡救稱多阿子)乖，空穴犁稱為陵少數(shù)債載流奴子(簡朗稱少銳子)蘭。5里價雜冷質(zhì)原四子稱塵為施主敵原子芹。+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5自由電子施主原子圖1.1.3N型半導(dǎo)體二、局P辦型刃半導(dǎo)抽體+4+4+4+4+4+4+4+4+4在硅得或鍺險的晶宿體中坦摻入該少量練的3慢價雜質(zhì)緩元素懼，如億硼、指鎵、鳳銦等椒，即吳構(gòu)成P鄉(xiāng)豐型半臟導(dǎo)體。+3空穴熄濃度燭多于靈電子鑼濃度氏，即p>>n?？昭摓槎嗝詳?shù)載夾流子，電噸子為公少數(shù)孕載流鏡子。3尚價雜涉質(zhì)原假子稱疏為受主咱原子贈。受主掉原子空穴圖幻玉P洽型拐半導(dǎo)勻體說明擴：1.具摻悲入雜晨質(zhì)的四濃度到?jīng)Q定等多數(shù)猾載流帆子濃昌度；棚溫度言決定詞少數(shù)賢載流偏子的向濃度才。3.愛雜吊質(zhì)半武導(dǎo)體疏總體集上保矮持電閘中性胞。4.勸雜銜質(zhì)半路導(dǎo)體活的表俯示方配法如過下圖榴所示委。2.雜質(zhì)羊半導(dǎo)木體載流旨子的侵數(shù)目要遠姻遠高但于本歐征半咐導(dǎo)體咸，因檢而其酸導(dǎo)電鞋能力密大大俊改善駁。(a)N宣型半星導(dǎo)體(b)P寺型半班導(dǎo)體圖飄雜勞質(zhì)半劣導(dǎo)體由的的栽簡化哪表示初法在一蝴塊半趕導(dǎo)體棕單晶服上一俱側(cè)摻指雜成通為舉P建型半唱導(dǎo)體舟，另袋一側(cè)攻摻雜處成為執(zhí)N態(tài)型畢半導(dǎo)唱體，薯兩個病區(qū)域資的交袖界處順就形燈成了綁一個娃特殊竹的薄技層，稱為殃P(guān)移N遇結(jié)。PNPN結(jié)圖子P柳N簽結(jié)的賊形成一、仇PN蹄結(jié)艘的形皇成PN系結(jié)PN葬結(jié)降中載萄流子秋的運索動耗盡呼層空間電荷區(qū)PN1.如擴她散運融動2.菠擴抽散運絨動形處成空憑間電椒荷區(qū)電子礦和空跡穴濃持度差挨形成多數(shù)癥載流聞子的為擴散事運動詞?！擯遙N腎結(jié)，蜓耗盡托層。PN（動畫蝴1-雀3）3.織空色間電檔荷區(qū)步產(chǎn)生珠內(nèi)電科場PN空間電荷區(qū)內(nèi)電場Uho空間宣電荷泛區(qū)正鎮(zhèn)負離玩子之聰間電鐘位差Uho——電位息壁壘；——內(nèi)電并場；內(nèi)雜電場萌阻止嘴多子敞的擴閥散——阻擋察層。4.登漂聚移運竄動內(nèi)電告場有貫利于再少子騙運動摧—漂移熄。少子徹的運致動與態(tài)多子演運動籍方向匪相反阻擋層5.哈擴窯散與燭漂移墊的動毒態(tài)平念衡擴散貴運動謠使空輕間電播荷區(qū)狼增大鑒，擴膨散電慨流逐嬌漸減睛?。浑S著貞內(nèi)電宰場的湖增強幣，漂循移運口動逐疊漸增米加；當擴蟲散電舍流與健漂移墨電流塊相等坐時，爐PN備結(jié)禁總的學電流撫等于搞零，俘空間殖電荷聯(lián)區(qū)的豪寬度貿(mào)達到蠢穩(wěn)定屠。即擴散刮運動椅與漂丑移運蔬動達殿到動竟態(tài)平臉衡。PN二、隊P廟N徹結(jié)的謀單向等導(dǎo)電蛛性1.PN艇結(jié)外加坊正向魔電壓架時處剖于導(dǎo)激通狀摘態(tài)又稱違正向恰偏置桐，簡攻稱正詞偏。外電場方向內(nèi)電場方向耗盡層VRI圖PN二、獲P柳N抹結(jié)的獅單向干導(dǎo)電聾性1.PN友結(jié)外加便正向愚電壓徹時處短于導(dǎo)昨通狀運態(tài)又稱票正向垂偏置匯，簡逼稱正尾偏。外電場方向內(nèi)電場方向耗盡層VRI空間電荷區(qū)變窄，有利于擴散運動，電路中有較大的正向電流。圖PN在階PN豈結(jié)舊加上床一個樓很小棄的正晶向電勝壓，仿即可元得到?jīng)_較大圈的正燭向電碼流，碧為防票止電齊流過津大，幸可接補入電盆阻R。2.PN翻結(jié)外加昏反向涌電壓警時處燒于截鬼止狀丘態(tài)(反偏)反向工接法群時，謠外電渴場與若內(nèi)電渠場的純方向艷一致扣，增觸強了隔內(nèi)電禿場的逮作用妖；外電袖場使騰空間忙電荷望區(qū)變間寬；不利骨于擴琴散運腸動，具有利薯于漂門移運縣動，芝漂移蠶電流碎大于磁擴散壟電流在，電腿路中叔產(chǎn)生必反向雷電流I；由于貼少數(shù)膛載流卷子濃估度很薪低，快反向蠅電流慣數(shù)值皺非常券小。耗盡層圖噸P艷N貍結(jié)加擊反相籠電壓嘉時截窗止反向桐電流谷又稱反向哄飽和餓電流。對溫灘度十由分敏壺感，隨著咐溫度塵升高調(diào)，IS將急賣劇增飄大。PN外電場方向內(nèi)電場方向VRIS當碎PN儲結(jié)池正向誦偏置前時，虛回路棍中將剛產(chǎn)生飛一個宅較大擱的正研向電虹流，承P既N間結(jié)處錯于導(dǎo)通蒙狀態(tài)；當怒PN今結(jié)立反向瘦偏置俯時，蟻回路甘中反質(zhì)向電護流非陽常小來，幾棗乎等卻于零灰，序PN索結(jié)鍋處于截止貪狀態(tài)。（動病畫1卷-4認）（動譜畫1凈-5綿）綜上倉所述藥：可見紐奉，碑PN秀結(jié)噸具有單向渡導(dǎo)電序性。IS：反休向飽各和電果流UT：溫抵度的株電壓紗當量在常宰溫(30歐0衰K)下，UT26通m躲V三、址P斑N險結(jié)的屯電流遍方程PN柄結(jié)所刊加端相電壓糖u與唐流過鏈的電偉流i填的關(guān)惱系為公式非推導(dǎo)免過程否略四、具PN握結(jié)的后伏安站特性i=f(u)之間蠟的關(guān)鏈系曲寸線。604020–0.002–0.00400.51.0–25–50i/mAu/V正向竭特性死區(qū)電壓擊穿電壓U(BR)反向毛特性圖埋P糖N結(jié)丈的伏碧安特絕性反向猴擊穿五、美PN炒結(jié)的暢電容甘效應(yīng)當P景N上痕的電丙壓發(fā)淺生變板化時磁，P陶N潑結(jié)中賞儲存扛的電最荷量叮將隨捕之發(fā)擇生變追化，率使P侵N結(jié)牲具有肌電容攝效應(yīng)遣。電容逮效應(yīng)識包括噸兩部蕉分勢壘闊電容擴散蘇電容1.券勢壘弓電容Cb是由贏P瞧N清結(jié)的伸空間聯(lián)電荷縫區(qū)變閱化形圓成的獻。(a)PN淘結(jié)便加正諷向電達壓（b)PN吊結(jié)永加反財向電熔壓-N空間電荷區(qū)PVRI+UN空間電荷區(qū)PRI+-UV空間懶電荷杜區(qū)的腿正負失離子冠數(shù)目辦發(fā)生合變化古，如噴同電唱容的秧放電訴和充悲電過麗程。勢壘緣瑞電容哭的大丹小可另用下零式表扇示：由于PN要結(jié)寬度l隨外織加電技壓u而變伏化，考因此勢壘粒電容Cb不是店一個摧常數(shù)。其Cb=f(U)曲線找如圖合示。：半敢導(dǎo)體及材料她的介傍電比拜系數(shù)以；S：結(jié)洞面積翠；l：耗粘盡層膊寬度句。OuCb圖1.1.11（b)2.蹈擴散逆電容CdQ是由攤多數(shù)院載流攏子在渴擴散身過程沖中積銷累而益引起蹤蝶的。在某繡個正誕向電腥壓下陳，P茫區(qū)晉中的走電子煤濃度np(或功N設(shè)區(qū)的揭空穴民濃度pn)分布以曲線議如圖舟中曲父線后1委所示猶。x=奮0救處為演P踐與核耗繳盡層芽的交娘界處當電貢壓加鉗大，np(或pn)會升黨高，菊如曲壇線吐2碎所示(反之寶濃度懼會降泳低)。OxnPQ12Q當加套反向雨電壓踢時，寧擴散錘運動油被削觸弱，斯擴散劑電容凝的作疏用可灶忽略振。Q正向產(chǎn)電壓膠變化挨時，閱變化剪載流屈子積采累電名荷量防發(fā)生搶變化跡，相慮當于悲電容很器充雖電和飄放電誦的過喬程投——剛擴受散電咬容效悠應(yīng)。圖PNPN結(jié)綜上業(yè)所述蕩：PN救結(jié)吊總的殃結(jié)電停容Cj包括羊勢壘格電容Cb和擴卸散電朋容Cd兩部適分。Cb和Cd值都抹很小某，通環(huán)常為孫幾個訴皮法壤~脈幾價十皮皇法，糧有些素結(jié)面閱積大織的二自極管皺可達校幾百怕皮法板。當反壩向偏尸置時拜，勢伴壘電啊容起攤主要波作用初，可謝以認患為CjCb。一般遙來說百，當溝二極廳管正丸向偏許置時他，擴糊散電得容起勇主要轉(zhuǎn)作用叼，即宿可以割認為CjCd；在信差號頻誓率較纏高時膚，須仰考慮吧結(jié)電嫩容的油作用未。1.辦2半導(dǎo)紀體二約極管在P夕N結(jié)疾上加披上引旨線和誘封裝滿，就濱成為陪一個濟二極鼠管。二極鑰管按手結(jié)構(gòu)弦分有點接駛觸型技、面諒接觸攏型和魂平面爭型圖二滿極管僻的幾氏種外形1枯點誓接觸淚型二共極管(a)點接觸型

二極管的結(jié)構(gòu)示意圖半導(dǎo)殘體二差極管峰的幾闖種常斤見結(jié)曉構(gòu)PN忙結(jié)面犧積小京，結(jié)膀電容斯小，躁用于跳檢波鑒和變朵頻等魚高頻隨電路鞠。3票平療面型截二極拒管往往膠用于飛集成屑電路賓制造向工藝刊中。環(huán)PN登結(jié)濤面積計可大日可小柳，用世于高稻頻整蠅流和扯開關(guān)詞電路割中。2冰面姑接觸注型二必極管PN決結(jié)面目積大筒，用談于工趕頻大隙電流爸整流貴電路臥。(b)面接觸型(c)平面型4疤二極挽管的撇代表頌符號D二極扮管的亂伏安仰特性二極嘩管的伶伏安者特性逆曲線掠可用井下式近表示硅二極管2CP10的伏安特性正向后特性反向糞特性反向佛擊穿板特性開啟噴電壓雅：0音.5曬V導(dǎo)通補電壓請：0柳.7一、練伏安峽特性鍺二極管2AP15的伏安特性UonU(BR)開啟抵電壓鄰：0瘦.1挖V導(dǎo)通籍電壓宇：0渾.2萌V二、員溫度畢對二題極管很伏安浮特性榜的影能響在環(huán)奸境溫債度升銳高時私，二趙極管兩的正退向特其性將腰左移復(fù)，反衛(wèi)向特朝性將版下移注。二極賓管的兩特性湯對溫顏度很麻敏感歐，具有理負溫救度系員數(shù)。–50I/mAU

/V0.20.4–2551015–0.01–0.020溫度增加二極只管的蓄參數(shù)(1局)吉最大也整流以電流IF(2晨)必反向午擊穿僅電壓U（B寫R）和最易高反書向工楊作電追壓URM(3型)反向幟電流IR(4袋)慘最高拉工作藍頻率fM(5遼)牌極間剖電容Cj在實肥際應(yīng)齊用中諸，應(yīng)鞏根據(jù)粥管子預(yù)所用罵的場險合，挺按其懂所承恩受的稈最高遼反向續(xù)電壓陷、最艷大正存向平孕均電菊流、城工作溉頻率將、環(huán)城境溫寄度等珠條件女，選始擇滿他足要公求的許二極明管。1.帆2.險4二極去管等效罪電路一、逗由伏正安特肢性折蝕線化死得到蛙的等祥效電佛路1.理想模型2.恒壓降模型3.折線模型二、盒二極飽管的墊微變德等效寒電路二極閉管工紙作在講正向困特性狗的某盞一小逆范圍餅內(nèi)時渡，其暖正向犧特性率可以滾等效重成一碌個微澤變電泡阻。即根據(jù)得Q凳點處鍋的微剖變電狹導(dǎo)則常溫藥下（T=3創(chuàng)00濫K）圖1.2.7二極管的微變等效電路應(yīng)用偽舉例二極窮管的扮靜態(tài)玩工作棄情況尺分析理想隸模型（R=10k）VDD=10V時恒壓約模型（硅二極管典型值）折線言模型（硅二極管典型值）設(shè)應(yīng)用皂舉例例1投：P微69借習題胃1.伏2解：困采用外理想灣電路傅模型ui和uo的波致形如法圖所慌示例2君：電路割如圖繁a所惱示，馬二極凳管導(dǎo)寒通電伴壓為率0.丹7V唯,輸臨入電最壓u11、u12如圖乒b所彼示解：闊采用腐恒壓君降電扇路模貼型二個氣二極碗管共臟陽極元接法輸入恐電壓羽小者醬先導(dǎo)捐通ui和uo的波貓形如串圖所塑示穩(wěn)壓討二極盯管一、價穩(wěn)壓斜管的拋伏安陽特性(a)符號(b)2CW17伏安特性利用二極管反向擊穿特性實現(xiàn)穩(wěn)壓。穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓時工作在反向電擊穿狀態(tài)，反向電壓應(yīng)大于穩(wěn)壓電壓。DZ(1場)召穩(wěn)定狀電壓UZ(2木)曠動態(tài)耗電阻rZ在規(guī)沃定的倆穩(wěn)壓宋管反池向工住作電鞋流IZ下，搭所對扣應(yīng)的鴿反向皇工作由電壓提。rZ=V