1. 软件工程是要了解硬件一、概述：为什么要学习模拟电子技术2. 超大规模集成电路的设计与模拟电路、数字 电路息息相关3. 高素质人才要有工程背景前言1.通信系统 2.计算机系统 3.控制系统 4.电力系统 5.信号处理系统 当前的发展趋势：系统间的相互融合。4. 人才市场对系统型人才需求扩大。3. 科技发展自身的需要以电工基础为 技术支撑的五个系统6.2 二极管第6章半导体器件6.1 半导体的基础知识上页下页6.3 特殊二极管6.4 晶体管1 1. .本征半导体本征半导体完全纯净 的具有晶体 结构的半导 体称为本征 半导体 。它 具有共价键 结构。 锗和硅的原子结构锗和硅的原子结构单晶硅中的共价键结构单晶硅中的共价键结构价 电 子硅原子14.1半导体的的导电特性在半导 体中，同 时存在着 电子导电 和空穴导 电。空穴 和自由电 子都称为 载流子。 它们成对 出现，成 对消失。 在常温下自由电子和空穴的形成复合自由电子本征 激发上页下页返回空穴2.2. N N型半导体和型半导体和P P型半导体型半导体原理图P自由电子结构图磷原子正离子P+ 在硅或锗中掺入少量的五价元素，如磷或砷、锑，则形成N型半导体。多余价电子少子多子正离子在N型半导体中，电子是多子，空穴是少子N型半导体P型半导体在硅或锗中掺入三价元素，如硼或铝、镓，则形成P型半导体。原理图BB- 硼原子负离子空穴填补空位结构图在P型半导体中，空穴是多子，电子是少子。多子少子负离子用专门的制造工艺在同一 块半导体单晶 上，形成P型半 导体区域和N型 半导体区域， 在这两个区域 的交界处就形成一个PN结 。P 区N 区P区的空穴向N区扩散并与电子复合N区的电子向P区扩散并与空穴复合空间电荷区内电场方向3. . PNPN结的形成结的形成上页下页返回空穴电子空间电荷区内电场方向在一定条件下，多子扩散和少子漂移达到动态平衡。P区N区多子扩散少子漂移第1章上页下页返回在一定条件下，多子扩散和少子漂移达到动态平衡，空间电荷区 的宽度基本上稳定。形成了PN结空间电荷区阻挡层耗尽层 内电场内电场阻挡多子的扩散运动，推动少子的漂移运动。空间电荷区内电场方向PN多子扩散少子漂移结 论 ：在PN结中同时存在多子的扩散运动和少子的漂移运动。上页下页返回4.4. PN PN结的单向导电性结的单向导电性P区N区内电场外电场 EI空间电荷区变窄P区的空穴进入空间电荷区 和一部分负离子中和N区电子进入空间电荷区和一部分正 离子中和扩散运动增强，形成较大的正向电流。上页下页外加正向电压返回外电场驱使空间电荷区两侧的空穴和自由电子移走空间电荷区变宽 内电场 外电场少子越过PN结形成 很小的反向电流IRE上页下页外加反向电压N区 P区返回扩散受阻由上述分析可知：PN结具有单向导电性即在PN结上加正向电压时，PN结电阻很低 ，正向电流较大。（PN结处于导通状态）加反向电压时，PN结电阻很高，反向电 流很小。（PN结处于截止状态）切记上页下页返回二、 二极管的特性和主要参数1.1.结构结构 表示符号 面接触型点接触型引线触丝外壳N型锗片N型硅阳极引线PN结阴极引线金锑合金底座铝合金小球上页下页阴极阳极D返回上页下页返回几种二极管外观图几种二极管外观图小功率 二极管 大功率 二极管发光 二极管ER- D -UAI2.二极管的伏安特性：外加电压，测电流-20-40-250.40.2-5010O155I/mAU/V锗管的伏安特性I/A死区 电压死区电压：硅管约为： 0.5V,锗管约为：0.1V 。导通时的正向压降：硅 管约为:0.6V0.8V,锗管 约为:0.2V0.3V。常温下，反向饱和电流 很小.当PN结温度升高时 ，反向电流明显增加。注 意:! 非线性特征二极管的伏安特性硅管的伏安特性-40-20OU/VI/mA604020-50-250.40.8正向反向击穿电压死区 电压U(BR)I/A硅二极管管伏安特性上页返回下页三、 二极管的电路模型 1.二极管的工作点ER- D -UU = E RI工作点：QEE RUQIQQIUO非线性电路 计算IU2.二极管特性的折线近似及模型QU0NOPU = UON rD I二极管的电路模型 用于小信号处理+UONrDDi1.折线模型在导通条件下 ，该模型在Q 点附近将非线 性电路转化为 线性电路IUOIUU0NO2.理想开关模型（短路模型）用于大电压信号处理。3.理想开关电压模型用于大电流信号处理PN结具有单向导电性硅管的伏安特性-40-20OU/VI/mA604020-50-250.40.8正向反向击穿电压死区 电压U(BR)I/A硅二极管管伏安特性在硅或锗中掺入三价元素，如硼 或铝、镓，则形成P型半导体。在一定条件下，多子扩散和少子漂移达到动态平衡，空间电荷区的宽度 基本上稳定。形成了PN结空间电荷区阻挡层耗尽层内电场在硅或锗中掺入少量的五价元素， 如磷或砷、锑，则形成N型半导体。阴极阳极电路如图，求：UABV阳 =6 V V阴 =12 VV阳V阴 二极管导通 若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB = 6V 否则， UAB低于6V一个管压降，为6.3或6.7V例1：取 B 点作参考点， 断开二极管，分析二 极管阳极和阴极的电 位。在这里，二极管起钳位作用。 D6V 12V3kBAUAB+重点两个二极管的阴极接在一起 取 B 点作参考点，断开二极 管，分析二极管阳极和阴极 的电位。V1阳 =6 V，V2阳=0 V，V1阴 = V2阴= 12 V UD1 = 6V，UD2 =12V UD2 UD1 D2 优先导通， D1截止。 若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB = 0 V例2:D1承受反向电压为6 V流过 D2 的电流为求：UAB在这里， D2 起 钳位作用， D1起 隔离作用。 BD16V 12V3kAD2UAB+ui 8V，二极管导通，可看作短路 uo = 8Vui 0 UBCVBVE共发射极放大电路上页下页返回IEIBRBUBBICUCC输 入 电 路输 出 电 路公共端RCBCESectEBECRbRcIBICIEECEB共发射极连接：IB = IB-ICBOIE = IB+IC输入电流输出电流当IB=0时穿透电流由IBICBOSectBJT的特性曲线三极管的伏安特性指管子各电极的电压与电流的关系曲线B是输入电极，C是输出电极，E是公共电极。Ib是输入电流，Ube是输入电压，加在B、E两电极之间。IC是输出电流，Uce是输出电压，从C、E两电极取出。 输出特性曲线:IC=f(Uce)Ib=C共发射极接法三极管的特性曲线：三极管输入特性曲线1. Uce=0V时，发射极与集电极短路，发射结与集电结均正偏，实际上是两个二极管并联的正向特性曲线。2. 当Uce 1V时， Ucb= Uce - Ube 0，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，且基区复合减 少， IC / IB 增大，特性曲线将 向右稍微移动一些。但Uce再增加时，曲线右移很不明显。通 常只画一条。输入特性曲线分三个区 非线性区 死区 线性区正常工作区，发射极正偏 NPN Si: Ube= 0.60.8V PNP Ge: Ube= -0.2-0.3VSectIB = f (UBE ) UC E = 常数三极管输出特性曲线IC=f(Uce)Ib=C饱和区: (1) IC受Uce显著控制的区域，该 区域内Uce的数值较小，一般Uce 0.7V(硅管)。发射结正偏，集电结正偏 (2) Uces=0.3V左右截止区：Ib=0的曲线下方的区域 Ib=0 Ic=IceoNPN：Ube0.5V,管子就处于截止态通常该区：发射结反偏，集电结反偏。输出特性曲线可以分为三个区域:Sect三极管输出特性曲线放大区IC平行于Uce轴的区域，曲线基本平行等距。(1) 发射结正偏，集电结反偏，电压Ube大于0.7V左右(硅管) 。(2) Ic=Ib,即Ic主要受Ib的控制。(3) 判断三极管工作状态的依据：饱和区:发射结正偏，集电结正偏 截止区： 发射结反偏，集电结反偏或：Ube0.5V（Si)Ube0.2V（Ge)Sect ICM 集电极最大允许电流当集电极电流增加时， 就要下降，当值下降到 线性放大区值的2/3时所对应的最大集电极电流极限参数当ICICM时，三极管并不一定会损坏。 PCM 集电极最大允许功耗集电极电流通过集电结时所产生的功耗，PCM= IC uCE ， Sect反向击穿电压表示三极管电极间承受反向电压的能力ICMUCEOPCM由上所述可知由上所述可知: :1由于基区很薄且掺杂浓度小,电子在基区扩散的数量 远远大于复合的数量。即：ICIB 或 ICIB上页下页返回晶体管起电流放大作用，必须满足发射结正偏，集电结反偏的条件。3当基极电路由于外加电压或电阻改变而引起IB的微小变 化时，必定使IC发生较大的变化。即三极管的基极电流 对集电极电流具有控制作用。1晶体管三个工作区的特点: :放大区放大区: :截止区截止区: :饱和区饱和区: :发射结正偏,集电结反偏 有电流放大作用, IC=IB 输出曲线具有恒流特性发射结、集电结处于反偏失去电流放大作用, IC0晶体管C、E之间相当于开路发射结、集电结处于正偏失去放大作用晶体管C、E之间相当于短路3.主要参数集电极基极间反向饱和电流 ICBO集电极发射极间穿透电流 ICEOICEO=(1+)ICBO交流电流放大系数=IC / IB上页下页直流电流放大系数=IC / IB电流放大系数电流放大系数极间反向饱和电流极间反向饱和电流返回ICEOCBEAAICBO CEB例1、如图，UCC=6V，RC=3K， RB=3K，当U1分别为3V、1V、-1V时，试问T处于何种工作状态？IBRBICUCCRCTU1解饱和时，当U1=3V，当U1=1V，T深度饱和T放大当U1= -1VT可靠截止4. 温度对晶体管特性的影响返回对输入特性的影响对晶体管输出特性的影响返回 rce很大，约为100k。一般可忽略IBUBEQIBUBEQUCEICICUCEIB1、微变等效电路法：T微变等效电路把T线性化6.4.3微变等效电路法 一般用测试仪测出； rbe 与Q点有关，可用图示仪测出。一般也用公式估算 rbe 记住1. 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 。 作业：2 2、晶体管具有电流放大作的外部条件？、晶体管具有电流放大作的外部条件？3. 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。 解：波形如解图所示。 作业： 6.8