第1講 緒論和二極管

模擬電子技術(shù)問題：

1、模擬電子技術(shù)含義？

2、課程學(xué)習(xí)什么？

3、課程怎么學(xué)？一、電子技術(shù)的發(fā)展

廣播通信：發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、擴(kuò)音、錄音、程控交換機(jī)、電話、手機(jī)網(wǎng)絡(luò)：路由器、ATM交換機(jī)、收發(fā)器、調(diào)制解調(diào)器工業(yè)：鋼鐵、石油化工、機(jī)加工、數(shù)控機(jī)床交通：飛機(jī)、火車、輪船、汽車軍事：雷達(dá)、電子導(dǎo)航航空航天：衛(wèi)星定位、監(jiān)測(cè)醫(yī)學(xué)：γ刀、CT、B超、微創(chuàng)手術(shù)消費(fèi)類電子：家電（空調(diào)、冰箱、電視、音響、攝像機(jī)、照相機(jī)、電子表）、電子玩具、各類報(bào)警器、保安系統(tǒng)電子技術(shù)的發(fā)展很大程度上反映在元器件的發(fā)展上。1904年電子管問世1947年晶體管誕生1958年集成電路研制成功1947年貝爾實(shí)驗(yàn)室制成第一只晶體管1958年集成電路1969年大規(guī)模集成電路1975年超大規(guī)模集成電路

第一片集成電路只有4個(gè)晶體管，而1997年一片集成電路中有40億個(gè)晶體管。有科學(xué)家預(yù)測(cè)，集成度還將按10倍/6年的速度增長(zhǎng)，到2015或2020年達(dá)到飽和。學(xué)習(xí)電子技術(shù)方面的課程需時(shí)刻關(guān)注電子技術(shù)的發(fā)展！半導(dǎo)體元器件的發(fā)展二、模擬信號(hào)與模擬電路

模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)

大多數(shù)物理量所轉(zhuǎn)換成的信號(hào)均為模擬信號(hào)。

幾十kHz以下的中低頻，小信號(hào)模擬電子線路－－－－－－低頻電子線路2.模擬電路模擬電路是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行處理的電路。放大運(yùn)算濾波電源2、課程學(xué)習(xí)什么？常用半導(dǎo)體器件－了解內(nèi)部結(jié)構(gòu)，掌握外部特性處理模擬信號(hào)的各種電子電路及其相關(guān)的基本功能：各種放大電路、運(yùn)算電路、濾波電路、信號(hào)發(fā)生電路、電源電路等。模擬電路的分析方法。不同的電子電路在電子系統(tǒng)中的作用。3、課程怎么學(xué)？掌握基本概念、基本電路和基本分析方法

基本概念：概念是不變的，應(yīng)用是靈活的，“萬變不離其宗”。

基本電路：構(gòu)成的原則是不變的，具體電路是多種多樣的。

基本分析方法：不同類型的電路有不同的性能指標(biāo)和描述方法，因而有不同的分析方法。2.注意定性分析和近似分析的重要性3.學(xué)會(huì)辯證、全面地分析電子電路中的問題根據(jù)需求，最適用的電路才是最好的電路。要研究利弊關(guān)系，通常“有一利必有一弊”。4.要重視動(dòng)手能力的培養(yǎng)，注重實(shí)踐

MultiSim軟件上好“理論—EDA—實(shí)踐”三個(gè)臺(tái)階。課程體系元器件（二極管、三極管、電阻等）基本放大電路（共射、共集、共基）集成電路（運(yùn)放、功放）單元電路（實(shí)現(xiàn)功能－放大、濾波）系統(tǒng)設(shè)計(jì)第一章二、三四、五、六七、八、九第一章半導(dǎo)體器件第二章基本單元電路第三章多級(jí)放大電路與頻率響應(yīng)第四章集成運(yùn)算放大器第五章功率放大電路第六章放大電路中的反饋第七章集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用第八章信號(hào)發(fā)生電路第九章直流穩(wěn)壓電源章節(jié)劃分與學(xué)時(shí)分配6學(xué)時(shí)12學(xué)時(shí)4學(xué)時(shí)2學(xué)時(shí)4學(xué)時(shí)8學(xué)時(shí)10學(xué)時(shí)4學(xué)時(shí)6學(xué)時(shí)理論學(xué)時(shí)：56學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：16學(xué)時(shí)－－電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)(一)第一章半導(dǎo)體器件第一節(jié)半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)第二節(jié)半導(dǎo)體二極管第三節(jié)半導(dǎo)體三極管第四節(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET）本章教學(xué)主要內(nèi)容第一節(jié)半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)

一、本征半導(dǎo)體

1半導(dǎo)體及其特點(diǎn)

（1）定義：

導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)，如硅(Si)、鍺(Ge)。本征半導(dǎo)體：高度提純的、晶體結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體材料單晶體。共價(jià)鍵中的電子，稱為價(jià)電子。半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)：?jiǎn)尉Ч柚械墓矁r(jià)健結(jié)構(gòu)（2）特點(diǎn)：

光敏特性、熱敏特性、摻雜特性2半導(dǎo)體中的載流子

載流子是指運(yùn)載電荷的粒子。

半導(dǎo)體中的載流子有兩種：自由電子、空穴。

空穴是怎樣產(chǎn)生的呢?

本征半導(dǎo)體中的載流子2半導(dǎo)體中的載流子

自由電子帶負(fù)電空穴帶正電電中性

本征熱激發(fā)產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。當(dāng)溫度升高（加熱或光照），價(jià)電子獲得足夠的能量掙脫原子核及共價(jià)鍵的束縛，進(jìn)入自由空間成為自由電子參與導(dǎo)電，同時(shí)在原來的位置上留下空位，稱為空穴。這個(gè)過程稱為本征熱激發(fā)。KeyWords:本征熱激發(fā)

電子-空穴對(duì)

動(dòng)態(tài)平衡二、雜質(zhì)半導(dǎo)體1定義：按摻雜的不同分為P型(Positive--空穴型)和N型(Negative--電子型)兩種雜質(zhì)半導(dǎo)體。（1）P型半導(dǎo)體

受主雜質(zhì):空穴濃度遠(yuǎn)大于電子濃度多數(shù)載流子—多子少數(shù)載流子—少子三價(jià)雜質(zhì)原子在電離中接受了一個(gè)電子（摻入少量雜質(zhì)的半導(dǎo)體）在本征半導(dǎo)體中摻入微量的三價(jià)元素(硼)在P型半導(dǎo)體中，空穴是多子，電子是少子。結(jié)論（2）N型半導(dǎo)體

施主雜質(zhì)磷原子丟失一個(gè)電子時(shí)就變成了帶正電的正離子電子的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空穴的濃度。結(jié)論：在N型半導(dǎo)體中，電子是多子，空穴是少子。

在本征半導(dǎo)體中摻入微量的五價(jià)元素三、PN結(jié)1PN結(jié)的形成濃度差空間電荷區(qū)（內(nèi)電場(chǎng)）少子的漂移運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)平衡穩(wěn)定的空間電荷區(qū)多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)PN2PN結(jié)在P型和N型半導(dǎo)體交界面出形成的空間電荷區(qū)。耗盡區(qū)、阻擋層、勢(shì)壘層幾微米~幾十微米內(nèi)電場(chǎng)的電勢(shì)差：Si0.5~0.7V Ge0.1~0.3V3PN結(jié)的特點(diǎn)：?jiǎn)蜗驅(qū)щ娦?/p>

（1）外加正向電壓(正偏置)—PN結(jié)導(dǎo)通外加電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相反，內(nèi)電場(chǎng)被削弱，此時(shí)多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)大大超過少子漂移運(yùn)動(dòng)，形成較大的正向電流，這時(shí)稱PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。PN結(jié)正偏PN結(jié)正向?qū)ㄍ怆妶?chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相反利于擴(kuò)散擴(kuò)散>漂移PN結(jié)變窄外部電源不斷提供電荷產(chǎn)生較大的擴(kuò)散電流I克服內(nèi)電場(chǎng)，呈現(xiàn)低阻性，電流大。（2）外加反向電壓(反偏置)—PN結(jié)截止

外加電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相同，增強(qiáng)了內(nèi)電場(chǎng)，多子擴(kuò)散難以進(jìn)行，少子在電場(chǎng)作用下形成反向電流I，因?yàn)槭巧僮悠七\(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，I很小，這時(shí)稱PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。PN結(jié)反偏PN結(jié)反向截止外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相同利于漂移漂移>擴(kuò)散PN結(jié)變厚外部電源不斷提供電荷產(chǎn)生較小的反向電流I

呈現(xiàn)高阻性，電流小，基本飽和?？朔?nèi)電場(chǎng)，呈現(xiàn)低阻性，電流大。PN結(jié)正偏導(dǎo)通；反偏截止，這種性質(zhì)稱PN結(jié)的單向?qū)щ娦?。結(jié)論：3PN結(jié)的電容效應(yīng)(了解)勢(shì)壘電容+擴(kuò)散電容第二節(jié)半導(dǎo)體二極管一、二極管的結(jié)構(gòu)按PN結(jié)分點(diǎn)接觸面接觸按材料分硅管鍺管按用途分普通管整流管二、二極管的伏安特性曲線及電流方程式1.二極管的電流方程式常溫下，UT=26mV反向飽和電流溫度電壓當(dāng)量加正向電壓時(shí)加反向電壓時(shí)當(dāng)時(shí)2伏安特性曲線二極管的伏安特性iD

=0Uon

=0.5~0.7V

0.1~0.3V(硅管)(鍺管)0

U

Uon

Uon

：開啟電壓或死區(qū)電壓(1).正向特性UDQ

UonUDQ

=(0.6

0.8)V硅管取

0.7V(0.1

0.3)V鍺管取

0.2V工作電壓二極管的伏安特性U(BR)

U

0

iD=IS<0.1

A(硅)

幾十

A(鍺)U>

U(BR)PN結(jié)兩端外加的反向電壓增加到一定值時(shí)反向電流急劇增大(反向擊穿)(2).反向特性三、環(huán)境溫度對(duì)伏安特性曲線的影響當(dāng)溫度升高時(shí)，正向特性曲線左移。反向飽和特性曲線下移。其變化規(guī)律為Uon減小，Is增大四、二極管的主要參數(shù)1最大整流電流3最大反向工作電壓4反向電流：值越小越好5最高工作頻率：決定于結(jié)電容的大小

二極管長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)，允許流過的最大正向電流的平均值。

二極管正常使用時(shí)允許加的最高反向電壓。

使用時(shí)應(yīng)注意流過二極管的正向最大電流不能大于這個(gè)數(shù)值，否則可能損壞二極管。

一般取反向擊穿電壓的一半。2反向擊穿電壓1理想二極管理想二極管的死區(qū)電壓和正向電壓降都等于零，反向電流也等于零，理想二極管在電路中相當(dāng)于一個(gè)開關(guān)元件。五、二極管的等效分析D—非線性器件2考慮正向壓降時(shí)的等效電路(1)二極管的直流電阻與交流電阻（1）直流電阻（2）交流電阻

與Q點(diǎn)位置有關(guān)過Q點(diǎn)切線斜率倒數(shù)3微變等效電路（2）微變等效電路分析二極管只考慮它的單向?qū)щ娦裕蠢玫刃щ娐愤M(jìn)行分析。前2種最常用，第3種幾乎不用。當(dāng)外電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于內(nèi)電場(chǎng)（10倍以上），常利用第一種方法考慮；當(dāng)外電壓大于內(nèi)電場(chǎng)（但非遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于），常使用第二種方法。討論：解決兩個(gè)問題如何判斷二極管的工作狀態(tài)？什么情況下應(yīng)選用二極管的什么等效電路？應(yīng)根據(jù)不同情況選擇不同的等效電路??？100V？5V？2V？二極管整流電路p531-9在如圖所示電路中，已知為正弦波，二極管的正向壓降和反向電流均可忽略（理想二極管），定性畫出輸出電壓的波形。舉例：P24例1-5

分析圖1-33電路，當(dāng)UA和UB分別為0V和3V的不同組合時(shí)，二極管V1、V2的狀態(tài)，并求出此時(shí)Uo的值。設(shè)二極管均為硅管。優(yōu)先導(dǎo)通六、特殊二極管：

穩(wěn)壓二極管

1穩(wěn)壓原理：

2穩(wěn)壓管的主要特點(diǎn)：應(yīng)用反向擊穿特性具有穩(wěn)壓效應(yīng)的特殊二極管。

3在正向?qū)〞r(shí)，穩(wěn)壓管的正向特性與普通二極管相同，其導(dǎo)通電壓為0.7伏。4穩(wěn)壓管的工作條件：5穩(wěn)壓管的主要參數(shù)(1)穩(wěn)定電