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模擬電子技術(shù)第1章半導(dǎo)體器件一、半導(dǎo)體知識(shí)基礎(chǔ)3、半導(dǎo)體:導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)。1、導(dǎo)體:很容易導(dǎo)電的物質(zhì)。2、絕緣體:幾乎不導(dǎo)電的物質(zhì)。如鍺(Ge)、硅(Si)、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。SiGe1.1半導(dǎo)體的特性共用電子對(duì)二、本征半導(dǎo)體1、本征:本質(zhì)特征,即純凈的半導(dǎo)體。2、定義:完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。3、導(dǎo)電機(jī)理:本征激發(fā)(熱激發(fā))sisisisi空穴自由電子自由電子成對(duì)產(chǎn)生空穴總結(jié)(1)本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子。自由電子和空穴(2)本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。思考本征半導(dǎo)體與導(dǎo)體的區(qū)別?三、雜質(zhì)半導(dǎo)體1、N型半導(dǎo)體(電子半導(dǎo)體)本征半導(dǎo)體中摻入微量的五價(jià)元素磷N型半導(dǎo)體++++++++示意圖P+sisisi硅晶體中摻磷出現(xiàn)自由電子磷

Pp特點(diǎn):多數(shù)載流子——自由電子少數(shù)載流子——空穴施主原子P型半導(dǎo)體--------示意圖受主原子2、P型半導(dǎo)體(空穴半導(dǎo)體)特點(diǎn):多數(shù)載流子——空穴少數(shù)載流子——自由電子本征半導(dǎo)體中摻入微量的三價(jià)元素硼B(yǎng)-sisisi硅晶體中摻硼出現(xiàn)空穴硼

BB多數(shù)載流子數(shù)目由摻雜濃度確定少數(shù)載流子數(shù)目與溫度有關(guān)。溫度↑→少子↑注意:總結(jié)(1)N型半導(dǎo)體(電子半導(dǎo)體)特點(diǎn):多數(shù)載流子——自由電子少數(shù)載流子——空穴(2)P型半導(dǎo)體(空穴半導(dǎo)體)特點(diǎn):多數(shù)載流子——空穴少數(shù)載流子——自由電子1.2半導(dǎo)體二極管一、PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?、PN結(jié)的形成--------P++++++++N(1)由載流子的濃度差→多子擴(kuò)散N區(qū)P區(qū)P區(qū)N區(qū)電子空穴(2)正負(fù)離子顯電性→建立空間電荷區(qū)→形成內(nèi)電場(chǎng)E(3)內(nèi)電場(chǎng)E阻礙多子擴(kuò)散有利少子漂移擴(kuò)散=漂移動(dòng)平衡PN結(jié)的形成過(guò)程:①

空間電荷區(qū)中沒(méi)有載流子。②

空間電荷區(qū)的內(nèi)電場(chǎng)阻礙P區(qū)的空穴和N區(qū)的自由電子形成擴(kuò)散電流。(內(nèi)電場(chǎng)阻礙多子的擴(kuò)散)④多子由摻雜濃度確定,少子與溫度有關(guān)。③空間電荷區(qū)中內(nèi)電場(chǎng)的作用使P區(qū)的電子和N區(qū)的空穴形成漂移電流。(內(nèi)電場(chǎng)有助少子漂移)總結(jié)2、PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕?)正偏PN結(jié)加正向電壓導(dǎo)通:耗盡層變窄,擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)加劇,由于外電源的作用,形成擴(kuò)散電流,PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。(2)反偏PN結(jié)加反向電壓截止:耗盡層變寬,阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng),有利于漂移運(yùn)動(dòng),形成漂移電流。由于電流很小,故可近似認(rèn)為其截止。二、二極管的伏安特性D陰極(k)陰極陰極陰極陽(yáng)極(a)陽(yáng)極陽(yáng)極陽(yáng)極點(diǎn)接觸型面接觸型外形符號(hào)點(diǎn)接觸型:結(jié)面小、結(jié)電容小,適用高頻小電流場(chǎng)合,如:檢波電路、數(shù)字開(kāi)關(guān)電路。面接觸型:結(jié)面大、結(jié)電容大,用在低頻電路,

如整流電路.1、正向特性UIO死區(qū)+--+UBRUD(1)死區(qū)電壓=0.1V(鍺管)0.5V(硅管)(2)正向特性:正向電阻很小UD=0.2~0.3V

(鍺管)0.6~0.7V

(硅管)(1)反向飽和電流:IS2、反向特性IS(2)反向擊穿電壓:UBR(3)二極管方程:三、二極管的主要參數(shù)1、最大整流電流IF:正偏極限參數(shù)二極管長(zhǎng)期使用時(shí),允許流過(guò)二極管的最大正向平均電流。(點(diǎn)接觸型<幾十毫安,面接觸型較大。)2、最高反向工作電壓UR:反偏極限參數(shù)二極管不被反向擊穿時(shí)允許承受的最大反向電壓。一般UR是UBR的一半(或三分之二)。3、反向電流IR:在UBR下對(duì)應(yīng)的反向電流,IR愈小愈好。4、最高工作頻率fM

:二極管工作的上限截止頻率,結(jié)電容越大,fM越低。PN結(jié)的電容效應(yīng)1.勢(shì)壘電容:反偏形成

PN結(jié)外加電壓變化時(shí),空間電荷區(qū)的寬度將發(fā)生變化,有電荷的積累和釋放的過(guò)程,與電容的充放電相同,其等效電容稱(chēng)為勢(shì)壘電容CT。2.擴(kuò)散電容

PN結(jié)外加的正向電壓變化時(shí),在擴(kuò)散過(guò)程中載流子的濃度及其梯度均有變化,也有電荷的積累和釋放的過(guò)程,其等效電容稱(chēng)為擴(kuò)散電容CD。結(jié)電容:

結(jié)電容不是常量!若PN結(jié)外加電壓頻率高到一定程度,則失去單向?qū)щ娦裕∷?、二極管的等效電路1、理想模型正偏:壓降為0;反偏:電流為0。2、恒壓降模型導(dǎo)通時(shí)壓降恒定:Si:0.7V;Ge:0.3V。理想二極管近似分析中最常用理想開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)UD=0截止時(shí)IS=0導(dǎo)通時(shí)UD=Uon截止時(shí)IS=0導(dǎo)通時(shí)i與u成線性關(guān)系例電路如圖。已知ui

=10sinωtV,且E=5V,試分析工作原理,并作出輸出電壓uo的波形。5V/5.7V10VOωtui(b)O5V/5.7VωtuO解:1:理想模型⑴ui

<E,D

截止,uR=0,輸出uo

=ui

Eui

RD(a)uO⑵ui

>E,D

導(dǎo)通,uD=0,輸出uO

=E2:恒壓降模型⑴ui

<E+0.7,

D

截止,uR=0,⑵ui

≥E+0.7,

D

導(dǎo)通,uD=0,輸出uo

=ui

輸出uO

=E+0.7電路為正限幅電路例圖示兩個(gè)電路。已知ui

=10sinωtV,

試畫(huà)出輸出電壓uo的波形。(用理想模型)解:⑴圖(a)ui

>0,D

導(dǎo)通,uO=0,

ui

<0,D

截止,uO=

ui

⑵圖(b)ui

>0,D導(dǎo)通,uO=ui

,

ui

<0,D截止,uO=010V0ωtui-10V0ωtuOuO10V0ωtui

RD(a)uO-+-+ui

RD(b)uO-+-+二極管實(shí)現(xiàn)整流作用VA>VB,DA先導(dǎo)通,

DA起鉗位作用,使VF=3V。FAB-12V0V+3VDARDBVB<VF

,DB截止,

將VB與VF隔離例電路中,輸入端VA=+3V,VB=0V,試求輸出端F的電位VF。(DA

、DB為理想二極管)解:

二極實(shí)現(xiàn)鉗位和隔離作用五、穩(wěn)壓二極管+-DZ符號(hào)1、伏安特性

由一個(gè)PN結(jié)組成,反向擊穿后在一定的電流范圍內(nèi)端電壓基本不變,為穩(wěn)定電壓。2、主要參數(shù)(1)穩(wěn)定電壓UZ

在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流下,所對(duì)應(yīng)的反向工作電壓。(2)穩(wěn)定電流IZ

:穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的參考電流。(3)動(dòng)態(tài)內(nèi)阻rZ

:(4)額定功耗PZ

:(5)電壓溫度系數(shù)αU

1.3雙極結(jié)型三極管一、基本結(jié)構(gòu)b基極e發(fā)射極c集電極NPN型PNP型NNP發(fā)射結(jié)集電結(jié)becIBIEICTbecIBIEICTb基極e發(fā)射極c集電極PPN二、電流分配和放大原理1、載流子傳輸過(guò)程N(yùn)PNIENIEPIBNICBOICN2、電流分配關(guān)系(1)內(nèi)部:NPNIENIEPIBNICBOICN(2)外部:3、三極管的放大作用(1)共基極直流電流放大系數(shù):NPNIENIEPIBNICBOICN(2)共射直流電流放大系數(shù):(3)三種組態(tài):ICIB共發(fā)射極CEICIE共基極CBIEIB共集電極CCNPNIENIEPIBNICBOICN三、三極管的特性曲線1、輸入特性u(píng)CE≥2ViB

/

AuBE/V204060800.40.80uCE=0V①①死區(qū)②③②非線性區(qū)③線性區(qū)

uCE=1VICIB共發(fā)射極CEICIB共發(fā)射極CENPNIENIEPIBNICBOICN2、輸出特性1234iC/mAuCE/V36912IB=020A40A60A80A100A0飽和區(qū)放大區(qū)截止區(qū)為什么uCE較小時(shí)iC隨uCE變化很大?為什么進(jìn)入放大狀態(tài)曲線幾乎是橫軸的平行線?狀態(tài)uBEiCuCE截止<UonICEOVCC放大≥UonβiB≥uBE飽和≥Uon<βiB≤uBE四、三極管的主要參數(shù)(1)共射電流放大系數(shù):1、電流放大系數(shù)和

b(2)共射直流電流放大系數(shù):(3)共基電流放大系數(shù):(4)共基直流電流放大系數(shù):NPNIENIEPIBNICBOICN2、反向飽和電流(1)集-基極反向電流ICBO溫度↑→少子↑→ICBO↑(2)集-射極穿透電流ICEOICEO=(1+

)ICBO,溫度↑→

ICBO↑→ICEO↑↑→IC↑3、極限參數(shù)(1)集電極最大允許電流ICMIC↓→

↓→當(dāng)

值下降到正常值的三分之二時(shí)的集電極電流即為ICM。(2)極間反向擊穿電壓發(fā)射極開(kāi)路時(shí)集-基極之間的擊穿電壓U(BR)CBO(3)集電極最大允許耗散功率PCM三極管的最大熱損耗。使用三極管時(shí):IC≤ICM、UCE≤

U(BR)CEO、UCEIC≤

PCM基極開(kāi)路時(shí)集-射極之間的擊穿電壓U(BR)CEO1.4場(chǎng)效應(yīng)三極管MOS管的結(jié)構(gòu):MO

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