模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課件

《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》

電子教案

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課

程

說(shuō)

明

一、基本要求（1）掌握模擬電子技術(shù)中基本電路的工作原理、分析方法及簡(jiǎn)單估算方法；注重培養(yǎng)定性分析能力、綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新意識(shí)。（2）強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)，突出重點(diǎn)。掌握模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)、基本理論和重要知識(shí)點(diǎn)。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

（3）以分立元件、晶體管作為主要器件，集成運(yùn)放以應(yīng)用為主。（4）了解模擬電子技術(shù)的前沿理論、應(yīng)用前景和發(fā)展動(dòng)態(tài)，以及模擬電子技術(shù)教學(xué)的新成果，具有一定的創(chuàng)造能力和自學(xué)能力及獨(dú)立分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)二、發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)用

21世紀(jì)仍然是電子技術(shù)發(fā)展的世紀(jì)。微電子技術(shù)；光電子技術(shù)；分子、生物、傳感器電子技術(shù)；存儲(chǔ)、顯示電子技術(shù)是電子技術(shù)領(lǐng)域四項(xiàng)特別引人注目的技術(shù)。這些技術(shù)的迅速成熟使得電子技術(shù)呈現(xiàn)出的明顯的發(fā)展速度快；應(yīng)用領(lǐng)域廣；高新技術(shù)含量高；機(jī)電一體化；光電一體化；控制自動(dòng)化；操作傻瓜化；逐步實(shí)現(xiàn)人工智能化的發(fā)展趨勢(shì)。各種技術(shù)的相互滲透，數(shù)字化、多媒體、微電子等信息技術(shù)促進(jìn)了電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的逐步融合。

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

電子技術(shù)理論的高速發(fā)展、技術(shù)的進(jìn)步、創(chuàng)新使電子產(chǎn)品更新?lián)Q代速度越來(lái)越快，達(dá)到了前所未有的速度。電子技術(shù)滲透到了全社會(huì)的各個(gè)產(chǎn)品中，并不斷產(chǎn)生著新產(chǎn)品門(mén)類(lèi)。模擬技術(shù)被數(shù)字化技術(shù)逐步取代，已成為技術(shù)進(jìn)步的總趨勢(shì)。應(yīng)用技術(shù)由元件——集成——單機(jī)應(yīng)用——系統(tǒng)集成，并向?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、綜合化、智能化方向發(fā)展。發(fā)展速度之快、應(yīng)用領(lǐng)域之廣是人們難以預(yù)料的。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)三、課程特點(diǎn)、研究對(duì)象、體系結(jié)構(gòu)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)是研究各種半導(dǎo)體器件的性能、電路及其應(yīng)用的學(xué)科。采用定性分析、定量估算的模式。模擬信號(hào)的放大、運(yùn)算、處理、轉(zhuǎn)換和產(chǎn)生。先器件后電路、先小信號(hào)后大信號(hào)、先基礎(chǔ)后應(yīng)用。四、學(xué)習(xí)方法注重基本概念、基礎(chǔ)知識(shí)、電路的工作原理、電路結(jié)構(gòu)、技術(shù)要點(diǎn)。工程估算即近似計(jì)算。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第一章

常用半導(dǎo)體器件

1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)

1·2半導(dǎo)體二極管

1·3雙極型晶體管

1.4場(chǎng)效應(yīng)管模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)本章討論的問(wèn)題

為什么采用半導(dǎo)體材料制作電子器件？空穴是一種載流子嗎？空穴導(dǎo)電時(shí)電子運(yùn)動(dòng)嗎？什么是N型半導(dǎo)體？什么是P型半導(dǎo)體？當(dāng)兩種半導(dǎo)體制作在一起時(shí)會(huì)產(chǎn)生什么現(xiàn)象？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?qū)щ娦?？在PN結(jié)加反向電壓時(shí)果真沒(méi)有電流嗎？晶體管是通過(guò)什么方式來(lái)控制集電極電流的？場(chǎng)效應(yīng)管是通過(guò)什么方式來(lái)控制漏極電流的？為什么它們都可以用于放大？模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)

半導(dǎo)體器件是構(gòu)成電子電路的基本元件，它們所用的材料是經(jīng)過(guò)特殊加工且性能可控的半導(dǎo)體材料。

1.1.1本征半導(dǎo)體純凈的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱(chēng)為本征半導(dǎo)體。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)一、半導(dǎo)體物質(zhì)的導(dǎo)電性能取決于原子結(jié)構(gòu)。導(dǎo)體一般為低價(jià)元素。高價(jià)元素或高分子物質(zhì)導(dǎo)電性極差成為絕緣體。近代電子器件中，用得最多的半導(dǎo)體材料是硅和鍺，它們都是四價(jià)元素，它們的最外層電子既不像導(dǎo)體那么容易掙脫原子核的束縛，也不像絕緣體那樣被原子核束縛得那么緊，而且都具有晶體的結(jié)構(gòu)。因而其導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

在形成的晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體中，摻入特定的雜質(zhì)時(shí)，導(dǎo)電性能具有可控性；并且在光照和熱輻射條件下，導(dǎo)電性還有明顯的變化。這些特殊的性質(zhì)決定了半導(dǎo)體可以制成各種電子器件。

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)二、本征半導(dǎo)體中的晶體結(jié)構(gòu)單晶體即為本征半導(dǎo)體。晶格：晶體中的原子在空間形成排列整齊的點(diǎn)陣。硅或鍺原子組成晶體后，原子之間靠得很近，每個(gè)原子的價(jià)電子不僅受自身原子核的束縛，還受相鄰原子的影響，致使價(jià)電子軌道交疊。每個(gè)價(jià)電子有時(shí)繞自身原子核運(yùn)動(dòng)，有時(shí)也出現(xiàn)在相鄰原子所屬的軌道上，為兩個(gè)原子所共有，形成共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（a）硅和鍺原子的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)模型

(b)晶體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)及電子空穴對(duì)的產(chǎn)生硅、鍺原子結(jié)構(gòu)模型及共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)示意圖模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)三、本征半導(dǎo)體中的兩種載流子物質(zhì)內(nèi)部運(yùn)載電荷的粒子稱(chēng)為載流子。物質(zhì)的導(dǎo)電能力決定于載流子的數(shù)目和運(yùn)動(dòng)速度。晶體中的共價(jià)鍵具有很強(qiáng)的結(jié)合力，在熱力學(xué)零度，價(jià)電子沒(méi)有能力脫離共價(jià)鍵的束縛，這時(shí)晶體中沒(méi)有自由電子，半導(dǎo)體不能導(dǎo)電。在室溫下，少數(shù)價(jià)電子因熱激發(fā)而獲得足夠的能量，因而脫離共價(jià)鍵的束縛變?yōu)樽杂呻娮?，同時(shí)在原來(lái)共價(jià)鍵處留下一個(gè)空位。這個(gè)空位叫空穴。

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

當(dāng)共價(jià)鍵中出現(xiàn)空穴時(shí)，相鄰原子的價(jià)電子比較容易離開(kāi)它所在的共價(jià)鍵，填充到這個(gè)空穴中來(lái)，而在原共價(jià)鍵處留下新的空穴，這個(gè)空穴又可被相鄰原子的價(jià)電子填充，再出現(xiàn)空穴。這樣依次填充下去，便形成了空穴電流。所以在本征半導(dǎo)體中，自由電子與空穴是成對(duì)出現(xiàn)的。由于自由電子和空穴所帶電荷極性不同，所以它們的運(yùn)動(dòng)方向相反，本征半導(dǎo)體中的電流是兩個(gè)電流之和。在本征半導(dǎo)體中有兩種載流子，即電子和空穴。電子和空穴均參與導(dǎo)電，這是半導(dǎo)體導(dǎo)電的特殊性質(zhì)。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)四、本征半導(dǎo)體中載流子的濃度在本征半導(dǎo)體內(nèi)，受激產(chǎn)生一個(gè)自由電子必然相伴產(chǎn)生一個(gè)空穴，電子和空穴是成對(duì)產(chǎn)生的，這種現(xiàn)象稱(chēng)為本征激發(fā)。在本征半導(dǎo)體中，價(jià)電子受激產(chǎn)生電子—空穴對(duì)，而自由電子在運(yùn)動(dòng)中，以會(huì)遇到空穴，并與空穴相結(jié)合而消失，這一過(guò)程稱(chēng)為復(fù)合。在一定的溫度下，電子、空穴對(duì)的產(chǎn)生和復(fù)合都在不停地進(jìn)行，最終處于一種動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，使半導(dǎo)體中的載流子濃度一定。且空穴電子數(shù)相等。

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)理論分析表明，本征半導(dǎo)體載流子的濃度為

ni=pi=k1T3/2

e-E/2KTni和pi分別表示自由電子與空穴的濃度（cm－3），T為熱力學(xué)溫度，K為玻耳茲曼常數(shù)（8.63×10－5eV/K），E為熱力學(xué)零度時(shí)破壞共價(jià)鍵所需的能量，又稱(chēng)禁帶寬度（硅為1.21eV，鍺為0.785eV），K1是與半導(dǎo)體材料載流子有效質(zhì)量、有效能級(jí)密度有關(guān)的常量（硅3.87×10－6cm－3K－3/2，鍺為1.76×10—16cm－3K－3/2）。半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能對(duì)溫度很敏感。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體

在本征半導(dǎo)體中摻入微量的合適雜質(zhì)元素，就會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。這些微量元素的原子稱(chēng)為雜質(zhì)。摻雜后的半導(dǎo)體稱(chēng)為雜質(zhì)半導(dǎo)體，分N型和P型兩種。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)一、N型半導(dǎo)體在硅或鍺的晶體中摻入五價(jià)元素后，雜質(zhì)原子就替代了晶格中某些硅原子的位置，多余的一個(gè)價(jià)電子處在共價(jià)鍵之外，由于磷原子給出了一個(gè)多余的電子，故稱(chēng)磷原子為施主雜質(zhì)，也稱(chēng)N（Negative）型雜質(zhì)。磷原子給出一個(gè)多余的電子后，本身成為正離子，但在產(chǎn)生自由電子的同時(shí)，并不產(chǎn)生空穴，這點(diǎn)與本征半導(dǎo)體不同。正離子束縛在晶體中不能移動(dòng)，所以它不能參與導(dǎo)電。在摻磷后的硅晶體中同樣也有本征激發(fā)產(chǎn)生的電子－空穴對(duì)，但數(shù)量很少，因此，自由電子數(shù)遠(yuǎn)大于空穴數(shù)，故稱(chēng)這種雜質(zhì)半導(dǎo)體為N型半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體中，電子為多數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱(chēng)多子），空穴為少數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱(chēng)少子）。

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)N型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)二、P型半導(dǎo)體硼原子能接受一個(gè)電子，故稱(chēng)為受主雜質(zhì)或P型雜質(zhì)。硼原子接受一個(gè)電子后，成為帶負(fù)電的不能移動(dòng)的負(fù)離子，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)空穴。但產(chǎn)生空穴的同時(shí)并不產(chǎn)生自由電子，只是由于本征激發(fā)產(chǎn)生為數(shù)甚少的電子－空穴對(duì)，因此空穴的數(shù)量遠(yuǎn)大于自由電子的數(shù)量，故稱(chēng)這種雜質(zhì)半導(dǎo)體為P（Positive）型半導(dǎo)體。在P型半導(dǎo)體中，空穴為多子，自由電子為少子。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)P型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1.1.3PN結(jié)

在一塊本征半導(dǎo)體上，一邊摻入施主雜質(zhì)，使之變?yōu)镹型半導(dǎo)體，另一邊摻入受主雜質(zhì)，使之變?yōu)镻型半導(dǎo)體，那么在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體的交界面附近，就會(huì)形成一個(gè)具有獨(dú)特物理特性的PN結(jié)。PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴ＤM電子技術(shù)基礎(chǔ)一、PN結(jié)的形成物質(zhì)總是從濃度高的地方向濃度低的地方運(yùn)動(dòng)，這種由于濃度差而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時(shí)，交界面兩側(cè)多子和少子的濃度有很大的差別，就要進(jìn)行擴(kuò)散，進(jìn)而形成空間電荷區(qū)，隨著擴(kuò)散的進(jìn)行，空間電荷區(qū)加寬，內(nèi)電場(chǎng)加強(qiáng)。而內(nèi)電場(chǎng)的作用是阻止多子擴(kuò)散的，所以由濃度差產(chǎn)生的多子擴(kuò)散的結(jié)果產(chǎn)生的內(nèi)電場(chǎng)對(duì)擴(kuò)散的阻礙作用最終將達(dá)到平衡，使空間電荷區(qū)的寬度不再變化。

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

PN結(jié)的形成模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

在電場(chǎng)力作用下，載流子的運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為漂移運(yùn)動(dòng)。另一方面，在P區(qū)和N區(qū)交界面附近空間電荷區(qū)形成的內(nèi)電場(chǎng)又使少子產(chǎn)生漂移運(yùn)動(dòng)，使空間電荷區(qū)變窄，又將引起多子擴(kuò)散以加強(qiáng)內(nèi)電場(chǎng)。在平衡狀態(tài)下，總的擴(kuò)散電流等于漂移電流，且二者方向相反，PN結(jié)中的電流為零。

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)二、PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

1、PN結(jié)加正向電壓時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài)電源的正極接P區(qū)，負(fù)極接N區(qū)，叫做加“正向電壓”或“正向偏置”。產(chǎn)生較大的正向電流。

2、PN結(jié)加反向電壓時(shí)處于截止?fàn)顟B(tài)電源的正極接N區(qū)，負(fù)極接P區(qū)，稱(chēng)為加反向電壓。PN結(jié)加正向電壓時(shí)，耗盡層變窄，呈現(xiàn)較小的正向電阻，正向電流較大；加反向電壓時(shí)，耗盡層增厚，呈現(xiàn)較大的反向電阻，反向電流很小。PN結(jié)的這種正向?qū)щ娦阅芎茫聪驅(qū)щ娦阅懿畹奶匦?，稱(chēng)為PN結(jié)的單向?qū)щ娦?。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)PN結(jié)加正向電壓時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài)PN結(jié)加反向電壓時(shí)處于截止?fàn)顟B(tài)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)三、PN結(jié)的電流方程由理論分析可知，PN結(jié)所加端電壓u與流過(guò)它的電流i的關(guān)系為i=IS（equ/kT-1）IS

為反向飽和電流，q為電子電量，T為熱力學(xué)溫度，K為玻耳茲曼常數(shù)。將KT/q用UT代替，則得i=IS（eu/UT-1）常溫下，即T=300K時(shí)，UT≈26mV。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)四、PN結(jié)的伏安特性當(dāng)PN結(jié)外加正向電壓，且u遠(yuǎn)大于UT時(shí)，I≈ISeu/UT

；當(dāng)加于PN結(jié)的反向電壓增大到一定數(shù)值時(shí)，反向電流突然急劇增大，這種反向電流劇增的現(xiàn)象稱(chēng)為PN結(jié)的反向擊穿，對(duì)應(yīng)于電流開(kāi)始劇增的電壓，稱(chēng)為擊穿電壓。PN結(jié)擊穿分“雪崩擊穿”和“齊納擊穿”兩類(lèi)。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)雪崩擊穿的過(guò)程是這樣的，當(dāng)反向電壓較高時(shí)，結(jié)內(nèi)電場(chǎng)很強(qiáng)，而結(jié)層又有一定的寬度，在結(jié)內(nèi)作漂移運(yùn)動(dòng)的少數(shù)載流子受強(qiáng)電場(chǎng)的加速作用可獲得很大的能量。它與結(jié)內(nèi)原子碰撞時(shí)，使原子的價(jià)電子擺脫束縛狀態(tài)而形成電子－空穴對(duì)。新產(chǎn)生的電子和空穴在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，再去碰撞其它原子，產(chǎn)生更多的電子－空穴對(duì)。如此連鎖反應(yīng)，使耗盡層中載流子的數(shù)量急劇增加，反向電流迅速增大，PN結(jié)發(fā)生了雪崩擊穿。雪崩擊穿的本質(zhì)是碰撞電離。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)齊納擊穿發(fā)生在高濃度摻雜的PN結(jié)中。因?yàn)殡s質(zhì)濃度很高，使耗盡層的寬度比一般情況窄得多，即使外加反向電壓不高（5V以下），耗盡層中的電場(chǎng)強(qiáng)度就已達(dá)到非常高的數(shù)值，以致把結(jié)內(nèi)束縛電子直接從共價(jià)鍵中拉出來(lái)，產(chǎn)生大量載流子，發(fā)生齊納擊穿。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)五、PN結(jié)的電容效應(yīng)

PN結(jié)內(nèi)有電荷的存儲(chǔ)，當(dāng)外加電壓變化時(shí)，存儲(chǔ)的電荷量隨之變化，表明PN結(jié)具有電容的性質(zhì)。這一電容由勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容兩部分組成。

1、勢(shì)壘電容

PN結(jié)外加電壓變化時(shí)，空間電荷區(qū)的寬度隨之變化，即耗盡層的電荷量隨外加電壓而增多或減少，這種現(xiàn)象與電容器的充、放電過(guò)程相同，耗盡層寬窄變化所等效的這個(gè)電容稱(chēng)為勢(shì)壘電容Cb。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2、擴(kuò)散電容當(dāng)PN結(jié)加正向偏壓時(shí)，P區(qū)和N區(qū)的多子就會(huì)在擴(kuò)散過(guò)程中越過(guò)PN結(jié)成為另一方的少子，稱(chēng)為非平衡少子。當(dāng)正向偏壓變化時(shí)，相應(yīng)地有載流子的“充入”和“放出”，等效于電容的充、放電效應(yīng)。因?yàn)檫@一等效電容是由于載流子在擴(kuò)散中產(chǎn)生的電荷積累引起的，所以稱(chēng)為擴(kuò)散電容Cd。由此可見(jiàn)，PN結(jié)的結(jié)電容Cj是Cb與Cd之和，即Cj=Cb+Cd模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1·2半導(dǎo)體二極管

1.2.1半導(dǎo)體二極管的幾種常見(jiàn)結(jié)構(gòu)

半導(dǎo)體二極管按其不同結(jié)構(gòu)，可分為點(diǎn)接觸型、面結(jié)合型和平面型幾類(lèi)。點(diǎn)接觸型二極管由一根金屬絲經(jīng)過(guò)特殊工藝與半導(dǎo)體表面相接，形成PＮ結(jié)。因而結(jié)面積小，所以不能通過(guò)較大的電流，但結(jié)電容較小，一般在1pF以下，工作頻率可達(dá)100MHz以上，但不能承受較高的反向電壓和通過(guò)較大的電流。這類(lèi)管子適用高頻電路、小功率整流和脈沖數(shù)字電路中的開(kāi)關(guān)。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)面結(jié)合型二極管將三價(jià)元素鋁球置于N型硅片上，加熱使鋁球與硅片互相熔合滲透，形成合金，從而使接觸的那部分硅片轉(zhuǎn)變成P型，形成PN結(jié)。面結(jié)合型二極管PN結(jié)面積大，允許通過(guò)較大的電流，但結(jié)電容也大，因此這類(lèi)管子適用于整流等低頻電路。平面型二極管是采用擴(kuò)散法制制成的。它是在N型硅片上生成一層氧化膜，再用照相、腐蝕等一套光刻技術(shù)開(kāi)出一個(gè)窗口，通過(guò)窗口進(jìn)行濃度擴(kuò)散，形成P型區(qū)，從而形成PN結(jié)。結(jié)面積較大的平面型二極管可用于大功率整流等低頻電路。結(jié)面積小的平面型二極管，極間電容小，適用于高頻電路和脈沖數(shù)字電路。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（a）

結(jié)構(gòu)

（b）電路符號(hào)

（c）實(shí)物外形

二極管結(jié)構(gòu)、符號(hào)及外形模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1.2.2二極管的伏安特性一、二極管和PN結(jié)伏安特性的區(qū)別與PN結(jié)一樣，二極管具有單向?qū)щ娦?。但由于二極管存在半導(dǎo)體體電阻和引線(xiàn)電阻，所以當(dāng)外加正向電壓時(shí)，在電流相同的情況下，二極管的端電壓大于PN結(jié)上壓降；或者說(shuō)，在外加正向電壓相同的情況下，二極管的正向電流要小于PN結(jié)的電流；在大電流情況下，這種影響更為明顯。另外，由于二極管表面漏電流的存在，使外加反向電壓時(shí)的反向電流增大。在近似分析時(shí)，仍然用PN結(jié)的電流方程來(lái)描述二極管的伏安特性。開(kāi)啟電壓Uon：使二極管開(kāi)始導(dǎo)通的臨界電壓。

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)二、溫度對(duì)二極管的伏安特性的影響在環(huán)境溫度升高時(shí)，二極管的正向特性曲線(xiàn)將左移，反向特性曲線(xiàn)下移。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1.2.3二極管的主要參數(shù)

1.最大整流電流IＦ是二極管長(zhǎng)期工作允許通過(guò)的最大正向平均電流。其大小決定于PN結(jié)的面積、材料和散熱條件。因電流通過(guò)管子時(shí)，PN結(jié)要消耗一定的功率而發(fā)熱，電流太大將使PN結(jié)過(guò)熱而燒壞，因此使用時(shí)不要超過(guò)IＦ值。2.最大反向工作電壓UR

當(dāng)反向電壓增加到擊穿電壓UR時(shí)，反向電流劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐?。為了保證管子安全工作，UR值通常取擊穿電壓的一半。3.反向電流IR

是管子未擊穿時(shí)反向電流的數(shù)值。IR愈小管子的單向?qū)щ娦阅苡谩?.最高工作頻率fＭ是二極管具有單向性的最高工作頻率。其值主要由管子的勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容的大小決定。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1.2.4二極管的等效電路

二極管的伏安特性具有非線(xiàn)性，這給二極管應(yīng)用電路的分析帶來(lái)一定的困難。為了便于分析，常在一定的條件下，用線(xiàn)性元件所構(gòu)成的電路來(lái)近似模擬二極管的特性，并用之取代電路中的二極管。能夠模擬二極管特性的電路稱(chēng)為二極管的等效電路，也稱(chēng)為二極管的等效模型。一種等效電路是建立在器件物理原理基礎(chǔ)上的，其電路參數(shù)與物理機(jī)理密切相關(guān)，參數(shù)適用范圍大，因此模型較為復(fù)雜，參數(shù)的測(cè)量與計(jì)算也比較復(fù)雜，適用于計(jì)算機(jī)輔助分析；另一種等效電路是根據(jù)器件外特性而構(gòu)造的，因而模型較為簡(jiǎn)單，適用于似分析。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)一、由伏安特性折線(xiàn)化得到的等效電路理想二極管：導(dǎo)通時(shí)正向壓降為零，截止時(shí)反向電流為零。理想二極管＋電壓源Uon，截止時(shí)反向電流為零。理想二極管＋電壓源Uon＋電阻rD，截止時(shí)反向電流為零。二極管的端電壓小于導(dǎo)通電壓時(shí)電流為零；超過(guò)導(dǎo)通電壓后，特性曲線(xiàn)用一條斜線(xiàn)來(lái)近似，斜線(xiàn)的斜率為工作范圍內(nèi)電流、電壓的比值，其導(dǎo)數(shù)為等效的電阻。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)二、二極管的微變等效電路當(dāng)二極管外加直流正向偏置電壓時(shí)，將有一直流電流，曲線(xiàn)上反映該電壓和電流的點(diǎn)為Q點(diǎn)，若在Ｑ點(diǎn)基礎(chǔ)上加微小的變化量，則可以用以Ｑ點(diǎn)為切點(diǎn)的直線(xiàn)來(lái)近似微小變化時(shí)的曲線(xiàn)。即將二極管等效成一個(gè)動(dòng)態(tài)電阻rd，且rd=△uD/△iD稱(chēng)為二極管的微變等效電路。由于二極管正向特性為指數(shù)曲線(xiàn)，所以Q愈高，rd的數(shù)值愈小，利用二極管的電流方程可以求出rd。如果只考慮二極管兩端電壓在某一固定值附近作微小變化時(shí)所引起的電流變化，可以用曲線(xiàn)在該固定處的切線(xiàn)來(lái)近似表示這一小段曲線(xiàn)。交流電壓源和直流電壓源同時(shí)作用的二極管電路。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1.2.5穩(wěn)壓二極管一、穩(wěn)壓二極管的伏安特性穩(wěn)壓二極管是一種硅材料制成的面接觸型晶體二極管，簡(jiǎn)稱(chēng)穩(wěn)壓管。它具有陡峭的反向擊穿特性，工作在反向擊穿狀態(tài)。穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用在于：電流變化量I很大，只引起很小的電壓變化V。擊穿特性越陡，穩(wěn)壓管的動(dòng)態(tài)電阻越小，穩(wěn)壓性能就越好。必須控制反向電流不超過(guò)一定值，否則管子就會(huì)損壞。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(a)伏安特性

（b）符號(hào)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)二、穩(wěn)壓管的主要參數(shù)1穩(wěn)定電壓UZ是在規(guī)定電流下穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓。這一參數(shù)隨工作電流和溫度的不同略有改變，并且分散性大。2穩(wěn)定電流IZ即穩(wěn)壓管的端電壓等于UZ時(shí)的參考電流值，電流低于此值時(shí)穩(wěn)壓效果變壞，甚至根本不穩(wěn)壓，故也常將IZ記作IZmin。只要不超過(guò)穩(wěn)壓管的額定功率，電流愈大，穩(wěn)壓效果愈好。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)3動(dòng)態(tài)電阻rZ是穩(wěn)壓管兩端電壓和通過(guò)電流變化量的比。其值越小，電流變化時(shí)端電壓的變化越小，即穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓特性越好。4溫度系數(shù)α是說(shuō)明穩(wěn)定電壓值受溫度影響的參數(shù)，其數(shù)值為溫度每升高一度時(shí)穩(wěn)定電壓值的相對(duì)變化量。5額定功耗PZ它是由管子允許溫升所決定的，為UZ和IZM的乘積。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1.2.6其它類(lèi)型二極管一、發(fā)光二極管包括可見(jiàn)光、不可見(jiàn)光、激光等不同類(lèi)型。發(fā)光顏色決定于所用材料。開(kāi)啟電壓比普通的大。因驅(qū)動(dòng)電壓低、功耗小、壽命長(zhǎng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)廣泛用于顯示電路中。也具有單向?qū)щ娦?。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)二、光電二極管遠(yuǎn)紅外線(xiàn)接收管，是一種光能與電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換的器件，利用PN結(jié)的光敏特性，將接收到的光的變化轉(zhuǎn)換成電流的變化。伏安特性：1、無(wú)光照時(shí)，與普通二極管一樣，一象限。2、有光照時(shí)，特性曲線(xiàn)下移。三象限、四象限模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

在反向電壓的一定范圍內(nèi)，即在第三象限，特性曲線(xiàn)是一組橫軸的平行線(xiàn)。光電流受入射照度的控制。照度一定時(shí)，光電二極管可等效成恒流源。照度愈大，光電流愈大，在光電流大于幾十微安時(shí)，與照度成線(xiàn)性關(guān)系。這種特性可廣泛用于遙控、報(bào)警及光電傳感器中。特性曲線(xiàn)在第四象限時(shí)呈光電池特性。由于光電二極管的光電流較小，所以當(dāng)將其用于測(cè)量及控制等電路中時(shí)，需首先進(jìn)行放大處理。除上述特殊二極管外，還有利用PN結(jié)勢(shì)壘電容制成的變?nèi)荻O管，利用高摻雜材料形成PN結(jié)的隧道二極管，利用金屬與半導(dǎo)體之間的接觸勢(shì)壘而制成的肖特基二極管。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1·3雙極型晶體管1.3.1晶體管的結(jié)構(gòu)及類(lèi)型

在雙極型晶體管中，帶正電的空穴和帶負(fù)電的電子均參與導(dǎo)電，由此得名。根據(jù)不同的摻雜方式在同一個(gè)硅片上制造出三個(gè)摻雜區(qū)域，并形成兩個(gè)PN結(jié)就構(gòu)成雙極型晶體管。有兩種基本類(lèi)型即NPN型和PNP型。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)NPN型晶體管由三層半導(dǎo)體組成，中間是一層很薄的P型半導(dǎo)體，兩邊各為一塊N型半導(dǎo)體，三個(gè)區(qū)域分別為發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)，從這三個(gè)區(qū)域引出相應(yīng)的電極，稱(chēng)為發(fā)射極e、基極b和集電極c，在三個(gè)區(qū)域的交界面上形成兩PN結(jié)，處于發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間的叫做發(fā)射結(jié)，處于基區(qū)和集電區(qū)之間的稱(chēng)為集電結(jié)。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

晶體管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：發(fā)射區(qū)摻雜濃度高，基區(qū)薄且摻雜濃度低，集電結(jié)面積大。晶體管的外特性與三個(gè)區(qū)域的上述特點(diǎn)緊密相關(guān)。用晶體管組成放大電路，其中一個(gè)極作為輸入端，一個(gè)極作為輸出端，還有一個(gè)極作為輸入和輸出的公共端。根據(jù)用作公共端電極的不同，晶體管有三種不同的連接方式，即共基極接法、共發(fā)射極接法和共集電極接法。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1.3.2晶體管的電流放大作用

我們知道，把兩個(gè)二極管背靠背的連在一起，是沒(méi)有放大作用的，要想使它具有放大作用，必須做到一下幾點(diǎn)：一、三極管放大時(shí)必須的內(nèi)部條件1、發(fā)射區(qū)中摻雜濃度最高；2、基區(qū)必須很薄且摻雜濃度最低；

3、基電結(jié)的面積應(yīng)很大摻雜濃度較高。

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)二、三極管放大時(shí)必須的外部條件發(fā)射結(jié)應(yīng)正向偏置，集電結(jié)應(yīng)反向偏置。三、三極管的電流放大作用

1、載流子的傳輸過(guò)程因?yàn)榘l(fā)射結(jié)正向偏置，且發(fā)射區(qū)進(jìn)行重?fù)诫s，所以發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子擴(kuò)散注入至基區(qū)，又由于集電結(jié)的反向作用，故注入至基區(qū)的載流子在基區(qū)形成濃度差，因此這些載流子從基區(qū)擴(kuò)散至集電結(jié)，被電場(chǎng)拉至集電區(qū)形成集電極電流。而留在基區(qū)的很少，因?yàn)榛鶇^(qū)做的很薄。我們?cè)儆脠D形來(lái)說(shuō)明一下，如圖所示：模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2、電流的分配關(guān)系由于載流子的運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生相應(yīng)電流，它們的關(guān)系如下：

其中：ICEO為發(fā)射結(jié)少數(shù)載流子形成的反向飽和電流；ICBO為IB=0時(shí)，集電極和發(fā)射極之間的穿透電流。α為共基極電流的放大系數(shù)，β共發(fā)射極電流的放大系數(shù)。

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)它們可定義為：α=IC/IE，β=△IC/△IB≈IC/IB，放大系數(shù)有兩種（直流和交流），但我們一般認(rèn)為，它們二者是相等的，不區(qū)分它們。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1.3.3三極管的特性曲線(xiàn)

它的特性曲線(xiàn)與它的接法有關(guān)，在學(xué)習(xí)之前，我們先來(lái)學(xué)習(xí)一下它的三種不同接法。共基極共發(fā)射極共集電極

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)一、輸入特性

K為常數(shù)它與PN結(jié)的正向特性相似，三極管的兩個(gè)PN結(jié)相互影響，因此，輸出電壓UCE對(duì)輸入特性有影響，且UCE>1,時(shí)這兩個(gè)PN結(jié)的輸入特性基本重合。我們用UCE=0和UCE>=1,兩條曲線(xiàn)表示。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)二、輸出特性

K為常數(shù)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)它的輸出特性可分為三個(gè)區(qū)：

(1)截止區(qū)：IB<=0時(shí)，此時(shí)的集電極電流近似為零，管子的集電極電壓等于電源電壓，兩個(gè)結(jié)均反偏；

(2)飽和區(qū)：此時(shí)兩個(gè)結(jié)均處于正向偏置，UCE=0.3V；

(3)放大區(qū):此時(shí)IC=?IB，IC基本不隨UCE變化而變化，此時(shí)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1.3.4三級(jí)管主要參數(shù)

一、直流參數(shù)1共射直流電流放大系數(shù)=（IC–ICEO

）/IB2共基直流電流放大系數(shù)=IC/IE3極間反向電流ICBO

即發(fā)射極開(kāi)路時(shí)，集電結(jié)的反向飽和電流。ICEO

即基極開(kāi)路時(shí)，集電極－發(fā)射極間的穿透電流。它是由集電區(qū)貫穿基區(qū)至發(fā)射區(qū)的電流，故稱(chēng)穿透電流。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)二、交流參數(shù)1共射交流電流放大系數(shù)β2共基交流電流放大系數(shù)α3特征頻率fT使β下降到1的信號(hào)頻率稱(chēng)為特征頻率。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)三、極限參數(shù)是指為使晶體管安全工作對(duì)它的電壓、電流和功率損耗的限制。1最大集電極耗散功率PCM決定于晶體管的溫升。2最大集電極電流ICM

使β明顯減小的iC3極間反向擊穿電壓晶體管的某一電極開(kāi)路時(shí)，另外兩個(gè)電極間所允許加的最高反向電壓。如反向電壓超過(guò)規(guī)定值就會(huì)發(fā)生擊穿，擊穿原理與二極管相同。管子擊穿后將造成永久性的損壞或性能下降。

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

經(jīng)常接觸到的有下列三種擊穿電壓：

UCBO發(fā)射極開(kāi)路時(shí)集電極－基極間的反向擊穿電壓，這是集電結(jié)所允許加的最高反向電壓。

UCEO基極開(kāi)路時(shí)集電極－基極間的反向擊穿電壓，此時(shí)集電結(jié)承受反向電壓。

UEBO集電極開(kāi)路時(shí)發(fā)射極－基極間的反向擊穿電壓，這是發(fā)射結(jié)所允許加的最高反向電壓。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1.3.5溫度對(duì)晶體管特性及參數(shù)的影響

一、

溫度對(duì)ICBO影響溫度升高ICBO增大。二、

溫度對(duì)輸入特性的影響當(dāng)溫度升高時(shí)，正向特性曲線(xiàn)將左移。三、溫度對(duì)輸出特性的影響輸出特性曲線(xiàn)上移，電流放大倍數(shù)增大。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1.3.6光電三極管

光電三極管依據(jù)光照的強(qiáng)度來(lái)控制集電極電流的大小，其功能可等效為一只光電二極管與一只晶體管相連，并僅引出集電極與發(fā)射極。光電三極管與普通三極管的輸出特性曲線(xiàn)類(lèi)似，只是將參變量基極電流用入射光照度取代。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)光電三極管

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1.4場(chǎng)效應(yīng)管

是利用輸入回路的電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制輸出回路電流的一種半導(dǎo)體器件，并以此命名。由于它僅靠半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子導(dǎo)電，又稱(chēng)單極型晶體管。它不但具有雙極型晶體管體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，而且輸入回路的內(nèi)阻高達(dá)107～1012Ω，噪聲低，熱穩(wěn)定性好，抗輻射能力強(qiáng)，且比后者耗電省。結(jié)型：N、P溝道絕緣柵型：N溝道增強(qiáng)型、耗盡型MOS管、P溝道MOS管、VMOS管。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1.4.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管一、結(jié)構(gòu)、種類(lèi)、符號(hào)（a）

N型溝道

（b）P型溝道模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（c）

N溝道

（d）P溝道

結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)三、

結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理

1.uDS不變，改變uGS時(shí)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)導(dǎo)電溝道的變化

（a）UGS=0時(shí)

（b）UGS≤VP時(shí)溝道被夾斷模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.uGS不變，改變uDS時(shí)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)導(dǎo)電溝道的變化（a）uGS=0,uDS=0時(shí)的情況

（b）uGS=0,uDS<|VP|時(shí)的情況

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

（c）uGS=0,uDS=|VP|時(shí)的情況

（d）uGS=0,uDS>|VP|時(shí)的情況

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)三、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線(xiàn)

1.轉(zhuǎn)移特性

N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn)

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.輸出特性

N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管輸出特性曲線(xiàn)

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)①可變電阻區(qū)：當(dāng)漏源電壓uDS很小時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管工作于該區(qū)。此時(shí)，導(dǎo)電溝道暢通，場(chǎng)效應(yīng)管的漏源之間相當(dāng)于一個(gè)電阻一。在柵、源電壓uGS一定時(shí)，溝道電阻也一定，iD隨uGS增大而線(xiàn)性增大。但當(dāng)柵源電壓變化時(shí)，特性曲線(xiàn)的斜率也隨之發(fā)生變化。可以看出，柵源電壓uDS無(wú)關(guān)，我們稱(chēng)這個(gè)區(qū)域?yàn)楹懔鲄^(qū)，也稱(chēng)為放大區(qū)。在恒流區(qū)，iD主要由柵源電壓uGS決定。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)②恒流區(qū)：隨著uDS增大到一定程度，iD的增加變慢，以后iD基本恒定，而與漏源電壓uDS無(wú)關(guān)，我們稱(chēng)這個(gè)區(qū)域?yàn)楹懔鲄^(qū)，也稱(chēng)為放大區(qū)。在恒流區(qū)，iD主要由柵源電壓uGS決定。③擊穿區(qū)：如果繼續(xù)增大uDS到一定值后，漏、源極之間會(huì)發(fā)生擊穿，漏極電流iD急劇上升，若不加以限制，管子就會(huì)損壞。④夾斷區(qū)：當(dāng)uGS負(fù)值增加到夾斷電壓uGS（off）后，iD≈0，場(chǎng)效應(yīng)管截止。

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1.4.2絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管

一、增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)及工作原理1.結(jié)構(gòu)、種類(lèi)及符號(hào)（a）N溝道結(jié)構(gòu)圖

（b）N溝道符號(hào)圖（c）P溝道符號(hào)增強(qiáng)型MOS管結(jié)構(gòu)及符號(hào)圖模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)N溝道增強(qiáng)型MOS管工作原理

2.工