第一章第一二节(新教材)

本征半导体：
完全纯净、结构完整的半导体晶体被称为本征半导体。 •本征半导体晶体内所含的原子为硅（Si）或锗（Ge）原 子、其简化的原子结构如右下图所示： •本征半导体在物理结构上呈单晶体形态。（见左下图）
Ge Si
+32
2 8 18 4 +4
+14
2 8 4
本征半导体的晶体结构
常见本征半导体原子的结构简化模型
• 信号可分为:
模拟信号：在时间和幅值上都是连续的信号。 数字信号：在时间和幅值上都是离散的信号。
模拟信号无处不在，在自然界中能够提取到的未经处 理的信号，几乎都是模拟信号,如：说话的声音、一天中室 内的温度、交流电传输线路中的电压、等等这些都是模拟 信号。
模拟电子技术就是一门对产生、处理模拟信号的电路 即模拟电路进行研究的课程。其中所涉及到的模拟信号， 在本门课程中只涉及到模拟电信号。 在本门课程中，我们首先将会学习到一些典型的，重 要的模拟电子器件，他们是：二极管、三极管、场效应管、 运算放大器等。之后，我们将介绍一些基本的模拟电路,并 对其做进一步的分析研究，这些电路包括：基本放大电路、 运算放大器电路、负反馈放大电路、低频功放电路、电源 电路等。
二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面
型 三大类。 (1)点接触型
用 往 于 用 往 低 于 用 频 高 结 于 大 频 结 面 整 集 面 电 流 积 成 流 积 可 和 电 大 大 PN结面积小，结电容小整 开 P 路 流 可 制 电 用于检波和变频等高频电路，关 N 小 造 路 电 路 P 型支持衬底 为小功率管。 中 PN PN
P型
-
PN结
扩散电流
N型
+ + + + + + + + +
-
+ +
漂移电流
+
内电场E 空间电荷区
4、内电场促进少子（少数载流子）的“漂移运动”，形成“漂移电流”。 5、开始时，扩散运动较强，漂移运动较弱，随着扩散的进行，空间电荷区加 宽、内电场加强，阻碍扩散运动、增强漂移运动，当扩散运动和漂移运动达 到动态平衡，漂移电流等于扩散电流时，稳定的空间电荷区，即PN结形成。
垒电容。其结构类似平板电容，其电荷随结电压变化而变化的 过程类似平板电容充放电。 PN结加反向电压时，结电容基本 以势垒电容为主。
扩散电容CD：多子扩散后，在PN结的另一侧累积形成的
电容为扩散电容。PN结加正向电压时的结电容基本等于扩散 电容。
PN结的结电容C：Cj＝CB＋CD。
结电容Cj很小，工作频率低时可忽略，高频时要考虑电容影
8 直流电源 6学时
平时成绩占20%
第1章 半导体器件 1.1 半导体器件的基础知识
1.2 半导体二极管 1.3 半导体三极管
1.4 场效应管
1.1 半导体器件的基础知识
1.1.1半导体材料
物质按导电性能可划分为：
导体：一般为低价元素，如铜、铁、铝等金属元素。 导电率为105S.cm-1量级。导电能力强。 绝缘体：一般为高价元素，如：电能力
+4
+5 +4
+4
+4
+4
+4
+4
+5 +4
+4
由本征（热）激发形成
2.P型半导体: 在本征半导体中掺入的三价元素如B
因留下的空穴很容易俘获 电子，使杂质原子成为负 离子。三价杂质因而也称 为受主杂质。 杂质原子提供 空穴是多数载流子
+4
+4
+3 +4
+4
+4
+4
+4
+4
+3 +4
自由电子是少数载流子 由本征（热）激发形成
势 垒 区
PN结形成过程流程图：
浓度差使多子做扩 散运动
形成空间电荷区，产生 内电场 内电场阻碍多子继续扩散， 加强少子漂移运动
扩散，漂移动态平衡，形 成PN结
2.PN结的单向导电性
刚刚所讨论的PN结处于平衡状态，称为平衡PN结。如在PN结 两端外加不同方向电压，就会破坏原平衡，呈现出单向导电性。 （1）外加正向电压 正向电压
（2）外加反向电压 1、外加反向电压形成
外电场，内外电场方 向相同，内电场被增 强。 2、外电场使多子远离 空间电荷区，结果使 空间电荷区离子层变 厚，势垒增加。 3、势垒增加使扩散电 流很快减到零。只剩 下漂移电流。漂移电 流由少子形成，其值 很小，温度一定时， 大小一定。不随外加 电压改变。固又叫反 向饱和电流。 反向电压
-
+
P型
-
PN结
外电场 + 扩散电流
N型
+ + + + + + + + +
+ +
漂移电流
内电场E 空间电荷区
有很小的漂移电流，即反向饱和电流，其值不 随反向电压而改变，此时PN结电阻很高。
(2) 在PN结外加上反向电压时：
PN结反偏（P(-), N (+)）时，仅有 很小的反向漂移(饱和)电流，呈现 高电阻，PN结截止。
共价键内的电子 称为束缚电子 挣脱原子核束缚的电子称为 自由电子，在本征（热）激 发下形成带负电荷的载流子。 留下的空位称为空穴，成为 带正电荷的载流子。
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
+4
本征半导体的载流子在 外加电场的作用下可定 向移动形成漂移电流。
1.在本征半导体中，一方面由于热激发，自由电子-空穴 对不断产生；另一方面，自由电子在运动过程中又会不断 地填补空穴从而使自由电子-空穴对消失，这一过程称为 复合。 2. 载流子在外电场的作用下，定向移动形成的漂移电流由 以下两种电流组成： 电子电流： 由带负电的，运动方向与外电场方向相反的电 子流形成。 空穴电流：由带正电的，价电子递补空穴运动形成的，与 外电场方向相同的空穴流形成。 电子流和空穴流方向相反，所形成的电子电流和空穴 电流方向相同，两者之和即为漂移电流。
本征半导体的导电特性:
+4
+4
+4
1.在T=0K，且无外 部激发能量时：
本征半导体内部没有能够 运载电荷、自由移动的带 电粒子，即载流子，此时 本征半导体呈绝缘特性。
+4
+4
+4
+4
+4
+4
常见本征半导体晶体结构平面示意图
2.在有外部激发能量（如温度升高，光照）时， 本征半导体内部产生本征（热）激发现象：
1.1.3杂质半导体
杂质半导体：掺入了杂质的半导体被叫做杂质半导体。 被掺入杂质越多，导电性能越强。
N（电子）型半导体
(掺入的五价元素如P、Se等)
杂质半导体
P（空穴）型半导体
(掺入的三价元素如B、Al、In等)
1.N型半导体: 在本征半导体中掺入五价元素，如P
由于五价元素很容易贡献电 子，因此将其称为施主杂质。 施主杂质因提供自由电子而 带正电荷成为正离子 杂质原子提供 自由电子是多数载流子（多子） 空穴是少数载流子（少子）
多子受温度的影响很小,在杂质半导体，掺入杂质 的浓度决定了多子的浓度，也就控制了杂质半导体的 导电性能； 少子是本征激发形成的，尽管其浓度很低，却对 温度非常敏感，这一特性既可以让我们用其制作光敏 器件和热敏器件，又是造成半导体器件温度稳定性差 的原因。
1.1.4 PN结
1.PN结的形成
P型半导体和N型半导体紧密接触在一起，在接触面形成PN结。
I IS (e
I
U / UT
1)

当加反向电压时 (U <<UT) ：

正偏
当加正向电压时 (U >>UT) ：
I IS
反偏
I I Se
0
U UT
U
4.PN结的击穿特性
反向击穿 PN结上反向电压达到某一数值(反向击穿电压UB)， 反向电流激增。 可 逆 击 穿 易发生于掺杂浓度相 雪崩击穿： 对小的PN结，反向击 穿电压相对较高。 易发生于掺杂浓度高 齐纳击穿： 的PN结，反向击穿电 压相对较低。 热击穿： PN结的电流或电压 较大，使PN结耗散 串联限流 功率超过极限值， 电阻避免 使结温升高，导致 PN结过热而烧毁。
信号 驱动
放大、隔离等
课程内容
1 半导体器件
2 基本放大电路 3 集成运算放大电路 4 放大电路的频率响应 5 负反馈放大电路
56学时 3.5学分
6学时 12学时 8学时 4学时
考核形式 期末闭卷笔试 成绩占80%
选择填空等客观题40% 分析计算等占60%
8学时
6 信号处理与波形产生电路 8学时 4学时 7 低频功率放大器
课程名称
模拟电子技术
主讲人：沈钰 单位：电工电子教学基地
2013年 2 月
第0章 预备知识
•信号:
信号是运载消息的工具，是消息的载体。从广义上讲， 它包括光信号、声信号和电信号等。 其 中 ， 电 信 号 是 指随时间而变化的电压u 或 电 流 i ， u=f(t)或 i=f(t)。电信号容易传送和控制，应用广泛。也 是本门课程研究是重点。
弱。
半导体：一般为四价元素，如：硅（Si）锗（Ge） 等。导电性能介于导体和绝缘体之间。且导电能力
随条件变化。
半导体物质特性：
掺杂特性 掺入杂质则导电率显著增加 半导体器件 温度特性 温度增加使导电率大为增加 热敏器件 光照特性 光照不仅大为增加导电率还可产生电动势