模拟电子技术基础,理论与实践，微观与宏观，晶体管与电路；管为路用。 工程近似，估算。 一般取3位有效数字 要有数量级概念,脉冲，数字信号，计数；连续，模拟信号，按比例放大,一、特点,二、要求,五勤：手、脚、眼、嘴、脑 六会：看、算、用、测、装、排,模拟信号,三、参考书 P612,1、康华光 电子技术基础 模拟部分教材， 陈大钦 彭容修模拟 学习与解题指南，高教社 2、江晓安 董秀峰模拟电子技术教材， 模拟 学习指导与题解，西安电子科技大学出版社 3、马积勋模拟 重点难点及典型题解，西安交大出版社 4、唐竞新模拟 解题指南，清华大学出版社,第一章 常用半导体器件,1. 1 半导体基础： 本征半导体、杂质半导体、PN结,四、符号规定,一、本征半导体 如 硅Si，锗Ge,T=300K，本征载流子浓度：Si 1010/cm3，Ge 1013/cm3。,热运动产生自由电子和空穴，称为本征激发， 本征载流子,温度一定，本征激发与复合构成动态平衡,第一章 常用半导体器件,1. 1 半导体基础： 本征半导体、杂质半导体、PN结,自由电子、空穴对，电阻率对温度极敏感,T = 0，不导电。,电子和空穴都参与导电,晶体，数密度约1023/cm3。,结论：,1. 本征半导体中电子空穴成对出现，且数量少；,2. 半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电；,3. 本征半导体导电能力弱，并与温度有关。,热敏，光敏， 故温度稳定性差,T = 0，不导电。 室温下，自由电子、空穴对，电阻率对温度极敏感,T=300K，本征载流子浓度：Si 1010/cm3，Ge 1013/cm3。,二、杂质半导体 有 N 型半导体和 P 型半导体,载流子数 空穴数,载流子数 电子数,电阻率对温度仍然敏感。,掺杂约1016/cm3，电阻率下降为百万分之一。,（1）在N型半导体中如果掺入足够量的三价元素，可将其改型为P型半导体。 （2）因为N型半导体的多子是自由电子，所以它带负电。,解：（1） （2）,I = IP + IN,N 型半导体 I IN,P 型半导体 I IP,思考：,三、PN结的形成,空间电荷区、耗尽层、势垒层,多子扩散、少子漂移， 离子不动,1. 载流子的浓度差 引起多子的扩散,内建电场,2. 复合使交界面形成空间电荷区,(耗尽层),空间电荷区特点:,无载流子，,阻止扩散进行，,3. 扩散和漂移达到动态平衡,总电流 I = 0,内电场,外电场,外电场使多子向 PN 结移动, 中和部分离子使空间电荷区变窄。,扩散运动加强形成正向电流 IF 。,IF = I多子 I少子 I多子,外电场使少子背离 PN 结移动， 空间电荷区变宽。,PN 结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大; 反偏截止，电阻很大，电流近似为零。,漂移运动加强形成反向电流 IR,IR = I少子 0,2. 外加反向电压(反向偏置),1. 外加正向电压(正向偏置),电压P+N-时，耗尽层变窄，导通 电压P-N+时，耗尽层变宽，截止,单向导电性,正偏 反偏,四、PN 结的伏安特性,反向饱和电流,温度的 电压当量,电子电量,玻尔兹曼常数,当 T = 300 K(27C)：,UT = 26 mV,正向特性,反向击穿,加正向电压时,加反向电压时,iIS,1、PN结 电流方程,2、伏安特性曲线,PN结 电流方程,正偏，,单向导电性！,微安级，可忽略,指数式增大,U 的取值范围：,UT = KT/q = =26mV,称 UT 为温度的电压当量,P7-10 可略去,反偏，,伏安特性曲线,PN结 电流方程,反向特性,正向特性,高掺杂，低反压 齐纳击穿 低掺杂，高反压 雪崩击穿,B,A,UQ,UON,略去 3、PN结 的击穿机理 4、电容效应,工作点，选在直线部分的中点。,1、二极管的几种外形(上)和内部结构(下),1. 2 半导体二极管,普通二极管的符号,由PN结封装而成,2、二极管的主要参数,(1) IF 最大整流电流(最大正向平均电流),(2 ) URM 最高反向工作电压，为 U(BR) / 2,(3) IR 反向电流(越小单向导电性越好),(4) fM 最高工作频率(超过时单向导电性变差),按用途分： 整流、检波、稳压、发光、光电、变容、开关二极管等等,直流电阻,交流电阻,温度的影响,3、由伏安特性折线化得到的等效电路,认为导通电压为一个常数，忽略内阻。,忽略导通电压降，忽略内阻。,4、二极管仅加正向电压工作于直流状态：,例1.2.1 S 断开，D 加正向电压，导通； S 闭合，D 加反向电压，截止。,例 试求电路中电流 I1、I2、IO 和输出电压 UO 的值。,解：假设二极管断开,UP = 15 V,UP UN,二极管导通,等效为 0.7 V 的恒压源,P,N,UO = VDD1 UD(on)= 15 0.7 = 14.3 (V),IO = UO / RL= 14.3 / 3 = 4.8 (mA),I2 = (UO VDD2) / R = (14.3 12) / 1 = 2.3 (mA),I1 = IO + I2 = 4.8 + 2.3 = 7.1 (mA),5、直流电压源和交流电压源同时作用的二极管电路,P17 二极管的微变等效电路,P66 1.6 电路如图P1.6所示，二极管导通电压UD0.7V，常温下UT26mV，电容C对交流信号可视为短路；ui为正弦波，有效值为10mV。 试问二极管中流过的交流电流有效值为多少？,rDUT/ID10 故动态电流有效值 IdUi/rD1mA,解：二极管的直流电流 ID（VUD）/R2.6mA 其动态电阻 UT/ID,关键：找出工作点,与工作点有关,(1) 稳压管的伏安特性和参数,6、稳压二极管,特点：反向特性很陡， 工作于反向击穿状态。,主要应用参数,稳定电压,最小稳定电流,最大稳定电流,(2) 稳压管稳压电路,工作时反向击穿， 加限流电阻 R ，可恢复,发光二极管，导通电压1.6-2V，材料为砷化镓、磷化镓等，,光电二极管,P20 例1.2.2 求 R 的取值范围,若电路中稳压管的稳定电压UZ6V，最小稳定电流IZmin5mA，最大稳定电流IZmax40mA。R =2RL。当UI=15V，输出电压UO1= V； 当UI=30V，UO2= V。,5,6,P65 习题 一、 选择合适答案填入空内。 (1) 在本征半导体中加入 元素可形成N型半导体，加入 元素可形成 P 型半导体。 A. 五价 B. 四价 C. 三价 （2）当温度升高时，二极管的反向饱和电流将 。 A. 增大 B. 不变 C. 减小,P64 二、 （1）PN结加正向电压时，空间电荷区将 。 A. 变窄 B. 基本不变 C. 变宽 （2）设二极管的端电压为U，则二极管的电流方程是 。 A. ISeU B. C. （3）稳压管的稳压区是其工作在 。 A. 正向导通 B.反向截止 C.反向击穿,C,A,C,C,三、写出图T1.3所示各电路的输出电压值，设二极管导通电压UD0.7V。,解：UO11.3V，UO20，UO31.3V，UO42V， UO51.3V，UO62V。,四、已知稳压管的稳压值UZ6V，稳定电流的最小值IZmin5mA。求图T1.4所示电路中UO1和UO2各为多少伏。,解：UO16V，UO25V。,1.2 能否将1.5V的干电池以正向接法接到二极管两端？为什么？,1.3 电路如图P1.3所示，已知ui10sint(v)，试画出ui与uO的波形。设二极管正向导通电压可忽略不计。,解：不能。因为二极管的正向电流与其端电压成指数关系，当端电压为1.5V时，管子会因电流过大而烧坏。,1.4 电路如图P1.4所示，已知ui5sint (V)，二极管导通电压UD0.7V。试画出ui与uO的波形，并标出幅值。,1.5 电路如图P1.5（a）所示，其输入电压uI1和uI2的波形如图（b）所示，二极管导通电压UD0.7V。试画出输出电压uO的波形，并标出幅值。,1.9 已知图P1.9所示电路中稳压管的稳定电压UZ6V，最小稳定电流IZmin5mA，最大稳定电流IZmax25mA。（1）分别计算UI为10V、15V、35V三种情况下输出电压UO的值； （2）若UI35V时负载开路，则会出现什么现象?为什么？,（2）29mAIZM25mA，稳压管将因功耗过大而损坏。,解：（1）当UI10V时，若UOUZ6V，则稳压管的电流为4mA，小于其最小稳定电流，所以稳压管未击穿。故,当UI15V时，稳压管中的电流大于最 小稳定电流IZmin，所以 UOUZ6V 同理，当UI35V时，UOUZ6V。,1.11 电路如图P1.11（a）、（b）所示，稳压管的稳定电压UZ3V，R的取值合适，uI的波形如图（c）所示。试分别画出uO1和uO2的波形。,本节主要内容,一、半导体,本征半导体 Si，Ge，电子空穴成对，参与导电,N型,多子：自由电子 空穴 少子： 空穴 自由电子,P型,杂质半导体,热敏，光敏， 温度影响,二、PN结和二极管,单向导电性,UT = 26 mV,稳压二极管,特点：反向特性很陡，工作于反向击穿状态。,稳定电压,最小稳定电流,最大稳定电流,加限流电阻 R ，可恢复,