模拟电子技术经典教程 半导体电路设计基础
模拟电子技术第1章PPT课件
多数载流子——自由电子 施主离子
少数载流子—— 空穴
7
8
2. P型半导体
在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。
硅原子
+4
空穴
+4
硼原子
+4
8
电子空穴对
空穴
+4 +4
P型半导体
－ － －－
+3 +4
－ － －－
－ － －－
+4 +4
受主离子
多数载流子—— 空穴 少数载流子——自由电子 9
杂质半导体的示意图
(1) 稳定电压UZ ——
在规定的稳压管反向工作电流IZ下UZ，所对应的Iz反min 向工作电u压。
(2) 动态电阻rZ ——
△I
rZ =U /I
rZ愈小，反映稳压管的击穿特性△愈U 陡。
I zmax
(3) 最小稳定工作 电流IZmin——
保证稳压管击穿所对应的电流，若IZ＜IZmin则不能稳压。
(4) 最大稳定工作电流IZmax——
17
EW
R
18
(2) 扩散电容CD
当外加正向电压
不同时，PN结两 + 侧堆积的少子的 数量及浓度梯度 也不同，这就相 当电容的充放电 过程。
P区 耗 尽 层 N 区 －
P 区中电子 浓度分布
N 区中空穴 浓度分布
极间电容（结电容）
Ln
Lp
x
电容效应在交流信号作用下才会明显表现出来
18
19
1.2 半导体二极管
30
31
四、稳压二极管
稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊二极管
பைடு நூலகம்
模拟电子技术基础》典型习题解答
半导体器件的基础知识电路如图所示，已知u i ＝5sin ωt (V)，二极管导通电压U D ＝。
试画出u i 与u O 的波形，并标出幅值。
图 解图解：波形如解图所示。
电路如图（a ）所示，其输入电压u I1和u I2的波形如图（b ）所示，二极管导通电压U D ＝。
试画出输出电压u O 的波形，并标出幅值。
图解：u O 的波形如解图所示。
解图已知稳压管的稳定电压U Z ＝6V ，稳定电流的最小值I Zmin ＝5mA ，最大功耗P ZM ＝150mW 。
试求图所示电路中电阻R 的取值范围。
图解：稳压管的最大稳定电流 I ZM ＝P ZM /U Z ＝25mA电阻R 的电流为I ZM ～I Zmin ，所以其取值范围为已知图所示电路中稳压管的稳定电压U Z ＝6V ，最小稳定电流I Zmin ＝5mA ，最大稳定电流I Zmax ＝25mA 。
（1） 别计算U I 为10V 、15V 、35V 三种情况下输出电压U O 的值； （2） 若U I ＝35V 时负载开路，则会出现什么现象为什么 图 解：（1）当U I ＝10V 时，若U O ＝U Z ＝6V ，则稳压管的电流小于其最小稳定电流，所以稳压管未击穿。
故当U I ＝15V 时，若U O ＝U Z ＝6V ，则稳压管的电流小于其最小稳定电流，所以稳压管未击穿。
故当U I ＝35V 时，稳压管中的电流大于最小稳定电流I Zmin ，所以U O ＝U Z ＝6V 。
（2）=-=R U U I )(Z I D Z 29mA ＞I ZM ＝25mA ，稳压管将因功耗过大而损坏。
电路如图（a ）、（b ）所示，稳压管的稳定电压U Z ＝3V ，R 的取值合适，u I 的波形如图（c ）所示。
试分别画出u O1和u O2的波形。
图 解图解：波形如解图所示测得放大电路中六只晶体管的直流电位如图所示。
在圆圈中画出管子，并分别说明它们是硅管还是锗管。
图解：晶体管三个极分别为上、中、下管脚，答案如解表所示。
模拟电子技术基础目录
模拟电子技术基础目录模拟电子技术基础目录模拟电子技术基础目录前言教学建议第1章半导体二极管及其应用1.1 半导体物理基础知识1.1.1 本征半导体1.1.2 杂质半导体1.2 pn结1.2.1 pn结的形成1.2.2 pn结的单向导电性1.2.3 pn结的反向击穿特性1.2.4 pn结的电容特性1.3 半导体二极管及其基本电路1.3.1 半导体二极管的伏安特性曲线1.3.2 半导体二极管的主要参数1.3.3 半导体二极管的电路模型1.3.4 二极管基本应用电路1.4 特殊二极管1.4.1 稳压二极管.1.4.2 变容二极管1.4.3 光电二极管1.4.4 发光二极管思考题习题第2章双极型晶体管及其放大电路2.1 双极型晶体管的工作原理2.1.1 双极型晶体管的结构2.1.2 双极型晶体管的工作原理2.2 晶体管的特性曲线2.2.1 共射极输出特性曲线2.2.2 共射极输入特性曲线2.2.3 温度对晶体管特性的影响2.2.4 晶体管的主要参数2.3 晶体管放大电路的放大原理2.3.1 放大电路的组成2.3.2 静态工作点的作用2.3.3 晶体管放大电路的放大原理2.3.4 基本放大电路的组成原则2.3.5 直流通路和交流通路2.4 放大电路的静态分析和设计2.4.1 晶体管的直流模型及静态工作点的估算2.4.2 静态工作点的图解分析法2.4.3 晶体管工作状态的判断方法2.4.4 放大状态下的直流偏置电路2.5 共射放大电路的动态分析和设计2.5.1 交流图解分析法2.5.2 放大电路的动态范围和非线性失真2.5.3 晶体管的交流小信号模型2.5.4 等效电路法分析共射放大电路2.5.5 共射放大电路的设计实例2.6 共集放大电路（射极输出器）2.7 共基放大电路2.8 多级放大电路2.8.1 级间耦合方式2.8.2 多级放大电路的性能指标计算2.8.3 常见的组合放大电路思考题习题第3章场效应晶体管及其放大电路3.1 场效应晶体管3.1.1 结型场效应管3.1.2 绝缘栅场效应管3.1.3 场效应管的参数3.2 场效应管工作状态分析及其偏置电路3.2.1 场效应管工作状态分析3.2.2 场效应管的偏置电路3.3 场效应管放大电路3.3.1 场效应管的低频小信号模型3.3.2 共源放大电路3.3.3 共漏放大电路思考题习题第4章放大电路的频率响应和噪声4.1 放大电路的频率响应和频率失真4.1.1 放大电路的幅频响应和幅频失真4.1.2 放大电路的相频响应和相频失真4.1.3 波特图4.2 晶体管的高频小信号模型和高频参数4.2.1 晶体管的高频小信号模型4.2.2 晶体管的高频参数4.3 晶体管放大电路的频率响应4.3.1 共射放大电路的频率响应4.3.2 共基、共集放大器的频率响应4.4 场效应管放大电路的频率响应4.4.1 场效应管的高频小信号等效电路4.4.2 共源放大电路的频率响应4.5 多级放大器的频率响应4.5.1 多级放大电路的上限频率4.5.2 多级放大电路的下限频率4.6 放大电路的噪声4.6.1 电子元件的噪声4.6.2 噪声的度量思考题习题第5章集成运算放大电路5.1 集成运算放大电路的特点5.2 电流源电路5.3 以电流源为有源负载的放大电路5.4 差动放大电路5.4.1 零点漂移现象5.4.2 差动放大电路的工作原理及性能分析5.4.3 具有电流源的差动放大电路5.4.4 差动放大电路的大信号分析5.4.5 差动放大电路的失调和温漂5.5 复合管及其放大电路5.6 集成运算放大电路的输出级电路5.7 集成运算放大电路举例5.7.1 双极型集成运算放大电路f0075.7.2 cmos集成运算放大电路mc145735.8 集成运算放大电路的外部特性及其理想化5.8.1 集成运放的模型5.8.2 集成运放的主要性能指标5.8.3 理想集成运算放大电路思考题习题第6章反馈6.1 反馈的基本概念及类型6.1.1 反馈的概念6.1.2 反馈放大电路的基本框图6.1.3 负反馈放大电路的基本方程6.1.4 负反馈放大电路的组态和四种基本类型6.2 负反馈对放大电路性能的影响6.2.1 稳定放大倍数6.2.2 展宽通频带6.2.3 减小非线性失真6.2.4 减少反馈环内的干扰和噪声6.2.5 改变输入电阻和输出电阻6.3 深度负反馈放大电路的近似计算6.3.1 深负反馈放大电路近似计算的一般方法6.3.2 深负反馈放大电路的近似计算6.4 负反馈放大电路的稳定性6.4.1 负反馈放大电路的自激振荡6.4.2 负反馈放大电路稳定性的判断6.4.3 负反馈放大电路自激振荡的消除方法思考题习题第7章集成运算放大器的应用7.1 基本运算电路7.1.1 比例运算电路7.1.2 求和运算电路7.1.3 积分和微分运算电路7.1.4 对数和反对数运算电路7.2 电压比较器7.2.1 电压比较器概述7.2.2 单门限比较器7.2.3 迟滞比较器7.2.4 窗口比较器7.3 弛张振荡器7.4 精密二极管电路7.4.1 精密整流电路7.4.2 峰值检波电路7.5 有源滤波器7.5.1 滤波电路的作用与分类7.5.2 一阶有源滤波器7.5.3 二阶有源滤波器7.5.4 开关电容滤波器思考题习题第8章功率放大电路8.1 功率放大电路的特点与分类8.2 甲类功率放大电路8.3 互补推挽乙类功率放大电路8.3.1 双电源互补推挽乙类功率放大电路8.3.2 单电源互补推挽乙类功率放大电路8.3.3 采用复合管的准互补推挽功率放大电路8.4 集成功率放大器8.5 功率器件8.5.1 双极型大功率晶体管8.5.2 功率mos器件8.5.3 绝缘栅双极型功率管及功率模块8.5.4 功率管的保护思考题习题第9章直流稳压电源9.1 直流电源的组成9.2 整流电路9.2.1 单相半波整流电路9.2.2 单相全波整流电路9.2.3 单相桥式整流电路9.2.4 倍压整流电路9.3 滤波电路9.3.1 电容滤波电路9.3.2 电感滤波电路9.3.3 复合型滤波电路9.4 稳压电路9.4.1 稳压电路的主要指标9.4.2 线性串联型直流稳压电路9.4.3 开关型直流稳压电路思考题习题第10章可编程模拟器件与电子电路仿真软件10.1 在系统可编程模拟电路原理与应用10.1.1 isppac10的结构和原理10.1.2 其他isppac器件的结构和原理10.1.3 isppac的典型应用10.2 multisim软件及其应用10.2.1 multisim 8的基本界面10.2.2 元件库10.2.3 仿真仪器10.2.4 仿真分析方法10.2.5 在模拟电路设计中的应用思考题习题第11章集成逻辑门电路11.1 双极型晶体管的开关特性11.2 mos管的开关特性11.3 ttl门电路11.3.1 ttl标准系列与非门11.3.2 其他类型的ttl标准系列门电路11.3.3 ttl其他系列门电路11.4 ecl门电路简介11.5 cmos门11.5.1 cmos反相器11.5.2 其他类型的cmos电路11.5.3 使用cmos集成电路的注意事项11.5.4 cmos其他系列门电路11.6 cmos电路与ttl电路的连接思考题习题参考文献延伸阅读：模拟电子技术基础50问1、空穴是一种载流子吗？空穴导电时电子运动吗？答：不是，但是在它的运动中可以将其等效为载流子。
模拟电子技术第一章半导体基础新
稳压管两端电压变化量与对应的电流变化量的比值
rZ =
UZ IZ
（6） 稳定电压的温度系数
温度每变化1°C，稳定电压UZ的相对变化量
Uz 100%
UzT
稳压管正常工作的条件： （1）工作在反向击穿状态 （2）稳压管中的电流在稳定电流及最大工作电流之间
3、应用电路
uo＝ Ｕz
其他类型二极管
1、发光二极管：当外加正向电压使的正向电流足够大时， 二极管开始发光。发光二极管也具有单向导电性，它 的开启电压比一般的二极管大。颜色不同，发光二极 管的开启电压不同。一般红色的在1.6—1.8V之间， 绿色的为2V左右。
阴极
符号
1.2.2 二极管的伏安特性
一、正向特性
阈值电压Uth:使二极管开始导通的电压 硅管Uon=0.5V 锗管Uon=0.1V
I / mA 正向特性
导通电压：
反向特性
硅(0.6～0.8)V (取0.7V） 锗(0.1～0.3)V (取0.2V）
U/V
反向击穿特性
Uth
二、反向特性
加反向电压时，反向电流很小。 （与电压基本无关）
+4
+4
在外电场作用下，
电子和空穴均能 参与导电
+4
+4
+4
价电子填补空穴 空穴移动方向
电子移动方向
+4
+4
+4
外电场方向
四、本征浓度
在一定温度条件下，产生与复合的过程虽然仍在不断进行， 但电子-空穴对却保持一定的数目
本征半导体载流子的浓度
ni (T)
pi (T)
K T e 3/ 2 Eg /(2kT) 1
模拟电子技术基础常用半导体器件.ppt
PN结处载流子的运动
漂移运动
P型半导 体
－－－－ － － －－－－ － －
－－－－ － －
－－－－ － －
N型半导 内电场E 体 + +++++ + +++++ + +++++ + +++++
空间电荷区
扩散运动
(1-14)
PN结处载流子的运动
漂移运动
P型半导 体
－－－－ － － －－－－ － －
－－－－ － －
(1-34)
1.2.4 二极管的等效电路
能够用简单、理想的模型来模拟电子 器件的复杂特性或行为的电路称为等效电路， 也称为等效模型。
能够模拟二极管特性的电路称为二极管的 等效电路，也称为二极管的等效模型。
(1-35)
一、由伏安特性折线化得到的等效电路
1. 理想模型
2. 恒压降模型
3. 折线模型
Uon Uon
如何判断二极管的工作状态？
什么情况下应选用二极管的什么等效电路？
对V和Ui二极管的模 型有什么不同？
iD
V
uD R
V与uD可比，则需图解： ID 实测特性
Q
uD=V－iR
UD
应用举例——补充
R
+
2. 限幅电路
D I
例2.4.2 提示
UREF
(1) uI (Uon UREF ) 3.5 V 时
型半导体和N型半导体，经过载流子的扩 散，在它们的交界面处就形成了PN结。
(1-12)
模电第一章半导体基础及二极管电路
vS
if (vS 0) vS
if (vS 0) vS
D1
vS
RL vO
D2
D1
vO
RL vO
D2
D1
RL vO
vS
D2
t
t
D1
RL vO
D2
38
二极管整流电路：全波整流
D4
D1
AC
Line
vS
vO
vS
Voltage
R
t
D2
D3
3
本征半导体及其特性
导 体 (Conductor)
电导率 ＞105 铝、金、钨、铜等金属，镍铬等合金。
半导体 (Semiconductor)
电导率 10-9~ 102 硅、锗、砷化镓、磷化铟、碳化镓、重掺杂多晶硅
绝缘体 (Insulator)
电导率10-22 ~10-14
二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅等
RL VO
当 RL不变时：
Vs
Vo
Vz
I Vo z
IR
VR
Vo 当 Vs 不变时：
# 不加R可以吗？
RL Io IR Vo Iz IR VR
Vo
41
二极管模拟电路：限幅电路（一）
限幅：按照规定的范围，将输入信号波形的一部分传 送到输出端、而将其余部分消去。一般利用器件的开 关特性实现
I evD /VT S
当vD 100mV 时，i IS ，反向电流基本不变
模电-第1章-半导体基础PPT课件
+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
空间电荷区， 也称耗尽层。
扩散. 运动
扩散的结果是使空间电
荷区逐渐加宽，空间电
荷区越宽。
20
一、PN 结的形成
2、说明
（1）空间电荷区（耗尽层、势垒区、高阻Байду номын сангаас）内几乎没有载 流子，其厚度约为0.5μｍ。
（2）内电场的大小：
对硅半导体：VD≈0.6～0.8V， 对锗半导体：VD≈0.2～0.4V （3）当两边的掺杂浓度相等时，PN结是对称的。当两边的掺 杂浓度不等时，PN结不对称。
+4
+4
+4
+4
电子和空穴在外电场的作 用下都将作定向运动，这 种作定向运动电子和空穴 （载流子）参与导电，形 成本征半导体中的电流。
.
10
二、本征半导体
2、本征半导体的导电机理 （3）结论
①电子和空穴总是成对出现的------本征激发。 电子和空穴也可以复合而消失。
②本征半导体在外电场的作用下，形成两种电流------空穴电 流和电子电流，外电路的总电流等于两种电流的代数和。 ③电子--空穴对的数目对温度、光照十分敏感。 ④本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。
N 型半导体
磷原子
.
+4 +4
+5
+4
15
三、杂质半导体
空穴
2、P 型半导体
（1）在本征半导体中掺入
模拟电子技术基础简明教程第一讲
第一章 半导体器件的基础知识第一节 半导体的导电特性 一、物质按导电性能的分类1．导体—容易导电的物质（铁，铝，铜等）原因：从内部结构看，导体内部有大量的自由电子。
2．绝缘体—不容易导电或导电性能很差的一类物质（陶瓷，云母，塑料等）原因：从内部结构看，其内部没有自由电子。
3．半导体—导电性能介于两者之间的一类物质（硅、锗、砷化镓等）。
半导体器件就是由各种半导体材料制成的。
二、半导体的导电特性半导体不同于导体，也不同于绝缘体，它具有如下一些特点。
特点一：热敏特性—半导体受热后，其导电性能将发生变化。
利用半导体的这一温度特性，可制成半导体器件，如：热敏电阻符号：可见，半导体具有负温度特性特点二：光敏特性——半导体受光照射后，导电性能发生变化。
利用半导体的光敏特性，可制成光电二极管、光电三极管、光敏电阻（用于自动控制系统）特点三：杂敏特性——在纯净的半导体中掺杂入极微量的杂质，其导电能力会成百 万倍提高。
电阻温度 R t温度电阻电阻掺杂利用半导体的杂敏特性可制成半导体二极管、三极管，场效应三极管管、可控硅等。
以上我们把物质按其导电性能分为三类。
提出问题：物质的导电性为什么有这样的差异？ 三、本征半导体内部的物质结构 1．硅和锗的原子结构可见：S i 和G e 都是四价元素。
由中学化学知识可知，物质的导电性是由最外层电子所决定，据此可将硅原子与锗原子的原子结构模型进行简化。
中心部分称为惯性核（原子实），最外层的4个电子称为价电子。
2．本征半导体内部的物质结构（实际上是一种单晶体结构）在单晶体里所有原子都是有规则排列的，由锗或硅原子形成的单晶体都是“金刚石”结构，在金刚石结构中，每个原子都处在它最近邻的四个原子所形成的正四面体的体心处。
据此可画出硅或锗晶体的平面图。
本征半导体——纯净半导体（不含任何其他种类的原子，实际上是一种非常纯净的单晶半导体）S i （G e ）：硅（S i ）锗（G e共价键结构——由于相邻两个原子间距离较近，使得相邻两个原子之间的价电子为2个原子所共有，称这种结合方式为共价键结构。
模拟电子技术教案-第1章 半导体二极管及其基本应用
模拟电子技术主编第1章半导体二极管及其基本应用1.1.1 半导体的基础知识本证半导体1.定义：纯净的单晶半导体称为本征半导体。
2.本征半导体的原子结构及共价键：共价键内的两个电子由相邻的原子各用一个价电子组成，称为束缚电子。
3.本征激发和两种载流子：——自由电子和空穴受温度的影响，束缚电子脱离共价键成为自由电子，在原来的位置留有一个空位，称此空位为空穴。
在本征半导体中，自由电子和空穴成对出现，数目相同。
复合现象：空穴出现以后，邻近的束缚电子可能获取足够的能量来填补这个空穴，而在这个束缚电子的位置又出现一个新的空位，另一个束缚电子又会填补这个新的空位，这样就形成束缚电子填补空穴的运动。
为了区别自由电子的运动，称此束缚电子填补空穴的运动为空穴运动。
4. 结论(1）半导体中存在两种载流子，一种是带负电的自由电子，另一种是带正电的空穴，它们都可以运载电荷形成电流。
（2）本征半导体中，自由电子和空穴相伴产生,数目相同。
（3）一定温度下，本征半导体中电子空穴对的产生与复合相对平衡，电子空穴对的数目相对稳定。
（4）温度升高，激发的电子空穴对数目增加，半导体的导电能力增强。
这是半导体和导体在导电机制的本质差异。
另一方面，空穴的出现是半导体导电区别导体导电的一个主要特征。
杂质半导体1.定义：为了提高半导体的导电能力可在本征半导体中掺入微量杂质元素，该半导体称为杂质半导体。
2.半导体分类在本征半导体中有意识加入微量的三价元素或五价元素等杂质原子，可使其导电性能显著改变。
根据掺入杂质的性质不同，杂质半导体分为两类：电子型（N 型）半导体和空穴型（P 型）半导体。
（1）N 型半导体在硅（或锗）半导体晶体中，掺入微量的五价元素，如磷（P）、砷（As）等，则构成N 型半导体。
五价的元素具有五个价电子，它们进入由硅（或锗）组成的半导体晶体中，五价的原子取代四价的硅（或锗）原子，在与相邻的硅（或锗）原子组成共价键时，因为多一个价电子不受共价键的束缚，很容易成为自由电子，于是半导体中自由电子的数目大量增加。
1-模拟电子技术半导体基础知识
模拟电子技术
2、本征半导体的结构
共价键
由于热运动，具有足够能量 的价电子挣脱共价键的束缚 而成为自由电子 自由电子的产生使共价键中 留有一个空位置，称为空穴 自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。 动态平衡 一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定；温度升高， 热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对 的浓度加大。
面接触型：结面积大， 结电容大，故结允许 的电流大，最高工作 频率低。
平面型：结面积可小、 可大，小的工作频率 高，大的结允许的电 流大。
模拟电子技术
二、二极管的伏安特性及电流方程
二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。
i f (u )
i IS (e
u UT
1)
(常温下 UT 26m ) V
模拟电子技术
二、杂质半导体
1. N型半导体
多数载流子 空穴比未加杂质时的数目多 了？少了？为什么？
5
杂质半导体主要靠多数载流 子导电。掺入杂质越多，多子 浓度越高，导电性越强，实现 导电性可控。 磷（P）
模拟电子技术
2. P型半导体
多数载流子 P型半导体主要靠空穴导电， 掺入杂质越多，空穴浓度越高， 导电性越强，
模拟电子技术
第一章 半导体二极管和三极管
模拟电子技术
第一章 半导体二极管和三极管
§1.1 半导体基础知识 §1.2 半导体二极管 §1.3 晶体三极管
模拟电子技术
§1 半导体基础知识
一、本征半导体 二、杂质半导体 三、PN结的形成及其单向导电性 四、PN结的电容效应
模拟电子技术
一、本征半导体
1、什么是半导体？什么是本征半导体？
ui=0时直流电源作用
模拟电子技术经典教程 半导体电路设计基础79页PPT
几种常用的偏置技术
1234....混单分自合压电给偏法阻 偏置法 压法法
I缺缺度缺的VB GQ 点点变点FVISREV B Bg：：化：TQ G 1V RS V工仍的只C Q gR C G2RV 作存问适b R 1VgCV b 点在题用2C C V 1B CVRE S稳工于IR (bDo D Vn 2b定作耗D)Q BR R E 性点尽b(V oS 2In差随型B R )DE b (R温o 2n)
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第第九四章章
有源负载电路
恒流源由于其动态输出电阻很大，故在电路中可用作放 大器的有源负载，从而提高电路的电压放大倍数。
T2、T3组成恒流源，作为T1 的有源负载
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第第九四章章
§4.5 复合管及复合结构电路
当两个三极管组合在一起时，可等
效为一个管子，称为复合管（达林
顿管）。
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第第九四章章
微电流源
VBE1 V B E2IE2R e2
IE2VBE1ReV 2BE2
VBE
在可许功 镜以多耗IVI像得倍的C BE2 E电到的集 流一微成V II源个电电E tE2 lS中比 流 路neI接基 源 中IVER EtV S入准 ， 。et2 电 适Rle电流 用n阻小 微IIE E ，1 2
基本镜像电流源
电路要求
三极管T1、T2为对称管，即 其器件参数完全相同。
电路工作原理
I R IC12IBIC22IB
IC2 1
2
IC2
IC2和IR是镜像关系，且 IC 2IR V C C R V B E V R C C > > 2
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模拟电子技术经典教程半导体器件基础
(c )
所以二极管D1最终截止
(d )
作
P258
业
[P2.3]
二极管的电路模型及其应用举例
2.1.5 二极管的电路模型
2.1.6 二极管的应用举例
2.1.5 二极管的电路模型
1. 理想模型 2. 恒压降模型 3. 折线模型
vD 0V , I S 0
Si : vD 0.7V , Ge : vD 0.2V
P区
N区
对于P型半导体和N型半导体结合面，离 子薄层形成的空间电荷区称为PN结。 PN结的形成过程 在空间电荷区，由于缺少多子，所以也 称耗尽层。 动画1－3 因浓度差 多子的扩散运动 由杂质离子形成空间电荷区 空间电荷区形成内电场 内电场促使少子漂移 内电场阻止多子扩散 最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。
在一定的温度条件下，由本征激发决定的 少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是 恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关， PN结加反向电压时 这个电流也称为反向饱和电流。 • 高电阻 • 很小的反向漂移电流
iD(mA)
1
vBR
-Is
2 3 (uA)
vth
VD(v)
反向击穿特性
当外加的反向电压大于一定的数值（击
PN结的电容效应
(1) 势垒电容CB 势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的。当 外加电压使PN结上压降发生变化时，离子薄层的 厚度也相应地随之改变，这相当PN结中存储的电 荷量也随之变化，犹如电容的充放电。
PN结的电容效应
(2) 扩散电容CD 扩散电容是由多子扩散 后，在PN结的另一侧面 积累而形成的。当外加 正向电压不同时，PN结 两侧堆积的多子的浓度 梯度分布也不同，这就 相当电容充放电过程。
模拟电子技术基础简明教程-(第三版)第一章
于扩散电流，漂移电流也称反向电流 I ； 由于少数载流子浓度很低，反向电流数值非常小。
反向电流又称反向饱和电流。对温度十分敏感，随
着温度升高，
IS
将急剧增大。 19
总结：
第二节 半导体二极管
当 PN 结正向偏置时，耗尽层变窄，回路
中产生一个较大的正向电流， PN 结处于 导通
状态；当 PN 结反向偏置时，耗尽层变宽，回
+4
+4
+4
电子 – 空穴对
+4
+4
+4
在一定温度下电子 – 空穴对的
产生和复合达到动态平衡。
本征载流子的浓度对温度十分敏感
6
第一节 半导体的特性
二、 杂质半导体
在本征半导体中掺入某种特定的杂质，就成为杂质半导体。
1. N型（或电子型）半导体 (N-type semiconductor) 在4价的硅或锗中掺入少量的5价杂质元素，
29
（b) PN 结加反向电压
第二节 半导体二极管
空间电荷区的正负离子数目发生变化，如同电 容的放电和充电过程。
势垒电容的大小可用下式表示：
Cb
dQ dU
S l
：半导体材料的介电比系数；
S ：结面积； l ：耗尽层宽度。
由于 PN 结 宽度 l 随外
Cb
加电压 U 而变化，因此势垒
电容 Cb不是一个常数。其 Cb = f (U) 曲线如图示。
第1章 半导体器件
1.1 半导体的特性 1.2 半导体二极管 1.3 双极型三极管(BJT) 1.4 场效应三极管
1
第一节 半导体的特性
本征半导体 杂质半导体
2
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多级放大器中电压放大倍数的求解
第一级 AV1
vi
vo1
第二级 AV2
vo2
L
第n级 级 AVn
vo
vo vo1 vo2 vo3 vo AV = = L = AV 1 AV 2 L AVn vi vi vo1 v02 von−1
P111例题 例题4.3.3-1
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第九章 第四章
§4.4 电流源及有源负载
第九章 第四章
组成复合管的原则
管内电流方向要一致
能组成复合管
不能组成复合管 上页 下页 返回
第九章 第四章
复合结构电路
共射和共基放大电路组合在一起， 共射和共基放大电路组合在一起，组成复 合结构电路，常称为串接放大器。 合结构电路，常称为串接放大器。 CE CB 电 路
vS
V CC
R1
RC vO
= VDD − I D 缺点：仍存在工作点随温 缺点：只适用于耗尽型R 缺点：+ R 缺点：工作点稳定性差 缺点： 缺点g 1 R： g 2 的FET 度变化的问题
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第九章 第四章
VCC
集成电路中的偏置技术
vi
RC
vO
采用恒流源进行直流偏置
IO
采用三极管或恒流源作有源负载
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第九章 第四章
§4.3 放大电路中的信号耦合技术
常常采用电容进行信号的耦合 单级 放大 器中 的耦 合技 术
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第九章 第四章
多级放大器中的耦合技术
将多个单级放大器串接在一起， 将多个单级放大器串接在一起，即可 组成一个多级放大器
输 入
多级 放大 器的 概念
第一级
第二级
L
第n级 级
输 出
是镜像关系， IC2和IR是镜像关系，且 I C 2
β >> 2
VCC − VBE VCC = IR = ≈ R R 上页 下页
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ห้องสมุดไป่ตู้
改进型镜像电流源
电路工作原理
IE3 I R = I C1 + I B 3= I C 2 + 1+ β 2I B 2 = IC 2 + = IC 2 1+ 1+ β (1+ β ) β
& β1 I b1 = (1上页 ) I b2下页 + β2 &
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第九章 第四章
§4.6 差分放大
电路形式 差分 放大 电路 及其 工作 原理
差分放大电路是由对 差分放大电路是由对 称的两个基本共射放 大电路， 大电路，通过射极公 共电阻耦合构成的。 共电阻耦合构成的。 对称的含义为两个三 对称的含义为两个三 极管的特性一致， 极管的特性一致，电 路参数对应相等。 路参数对应相等。
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第九章 第四章
微电流源
VBE1 = VBE 2 + I E 2 Re 2 VBE1 − VBE 2 ∴ IE2 = R e2
在镜像电流源中接入R 电阻， 在镜像电流源中接入 e电阻， Q I E = I ES e Vt I E1 ∴ IC 2 ≈ I E 2 = I ln 可以得到一个比基准电流小 E Re IE 许多倍的微电流源，适用微 2 许多倍的微电流源，2 ∴VBE = Vt ln I ES 功耗的集成电路中。 功耗的集成电路中。
纯共模输入 上页
& & Vi1 = −Vi 2
& & Vi1 = Vi 2
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第九章 第四章
输入输出方式
差分放大电路可以有两个输出端: 差分放大电路可以有两个输出端: 一个是集电极 集电极C 另一个是集电 一个是集电极 1，另一个是集电 输出称为双 极C2。从C1 和C2输出称为双
端输出， 端输出，仅从集电极 C1或C2 对地输出称为单端输出 单端输出。 对地输出称为单端输出。。 差分放大电路有两个输入端可 以实现双端输入 双端输入和 以实现双端输入和单端输入 双入－ 双入－双出 单入－ 单入－双出 上页 双入－ 双入－单出 单入－ 单入－单出 下页 返回
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第九章 第四章
基本镜像电流源
电路要求
三极管T1、T2为对称管， 三极管T1、T2为对称管，即 T1 为对称管 其器件参数完全相同。 其器件参数完全相同。
电路工作原理
I R = I C1 + 2 I B = I C 2 + 2 I B
2 = I C 2 1 + ≈ I C 2 β
I b1
I c1
T1
I e2
I c2
＋
CB R2
+
T
2
T2
+
VS
T
1
R 3 || R 2
RC
Vo
－
CC
+
R3
RE
CE
(a)
交流通路
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第九章 第四章
I b1 I c1
T1 T2
I e2
I c2
＋
VS
R 3 || R 2
RC
Vo
－
CE CB 电 路
交流通路
小信号等效电路
& & & Vo − I b2 rbe2 − β 2 I b2 RC − β1 β 2 RC & = AV = = & & & I b1rbe1 − I b2 rbe2 Vi (1 + β 2 ) rbe1
复 合 管
第九章 第四章
同类型管子组成的复合管
ib ic1
β1 β2
ic ic2 ie
ib2
rbe = r+ β + (1 ic β1ib + β 2 (1be1 1 ) ib + β1 ) rbe 2 ∴β = = = β1 + β 2 (1 + β1 ) ≈ β1 β 2 ib ib
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VBE Vt
∴ IE2
IES1=IES2
Vt I E1 = ln R e2 IE2
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第九章 第四章
比例电流源
在镜像电流源电路的基础上， 在镜像电流源电路的基础上，增 加两个发射极电阻， 加两个发射极电阻，使两个发射 极电阻中的电流成一定的比例关 即可构成比例电流源。 系，即可构成比例电流源。
ic = ic1 + ic 2 = β1ib + β 2ib 2 = β1ib + β 2 (1 + β1 ) ib
第九章 第四章
互补型管子组成的复合管
两个不同类型的管子组成的复合管，等效后管 两个不同类型的管子组成的复合管， 不同类型的管子组成的复合管 子的类型取决于第一个管子的类型 第一个管子的类型。 子的类型取决于第一个管子的类型。 上页 下页 返回
组成恒流源，作为T T2、T3组成恒流源，作为T1 的有源负载
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第九章 第四章
§4.5 复合管及复合结构电路
当两个三极管组合在一起时，可等 当两个三极管组合在一起时， 效为一个管子，称为复合管（ 效为一个管子，称为复合管（达林 顿管）。 顿管）。 两个相同类型的管子组成的复合管， 两个相同类型的管子组成的复合管， 的复合管 等效后管子的类型与原类型相同 与原类型相同。 等效后管子的类型与原类型相同。 两个不同类型的管子组成的复合管， 两个不同类型的管子组成的复合管， 的复合管 等效后管子的类型取决于第一个管 等效后管子的类型取决于第一个管 子的类型。 子的类型。 上页 下页 返回
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第九章 第四章
(4)用电流源给电容充电，以获得线性电压输出。 (4)用电流源给电容充电，以获得线性电压输出。 用电流源给电容充电
电 流 源 概 述
(5)电流源还可单独制成稳流电源使用。 (5)电流源还可单独制成稳流电源使用。 电流源还可单独制成稳流电源使用
(6)在模拟集成电路中，常用的电流源电路有： (6)在模拟集成电路中，常用的电流源电路有： 在模拟集成电路中 镜象电流源、比例电流源、 镜象电流源、比例电流源、 微电流源、多路电流源等。 微电流源、多路电流源等。
(1)电流源电路是指电流不随电压变化的电路。 (1)电流源电路是指电流不随电压变化的电路。 电流源电路是指电流不随电压变化的电路
电 流 源 概 述
(2)电流源电路用于模拟集成放大器中， (2)电流源电路用于模拟集成放大器中， 电流源电路用于模拟集成放大器中 以稳定静态工作点。 以稳定静态工作点。
(3)用电流源做有源负载，可获得增益高、 (3)用电流源做有源负载，可获得增益高、 用电流源做有源负载 动态范围大的特性。 动态范围大的特性。
第九章 第四章
静态分析
Q vi1 = vi 2 = 0
∴VE1 = VE 2 = −VBE = −0.7V
−0.7 + VEE ∴ I E1 = I E 2 = 2 Re I E1 I B1 = I B 2 = 1+ β
VCE1 = VCE 2 = VCC − RC I C1 − VE1
= VCC − RC I E1 + 0.7
≈ IC 2
由于有T 存在， 将比镜像电流源中的2 由于有T3存在，IB3将比镜像电流源中的2IB小1＋β3 更加接近。 倍。因此IC2和IREF更加接近。
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第九章 第四章
多路镜像电流源
此时， 此时，Iom与IR之间的误差将由原 通过一个基准电流源带动多个三极管的输出电流， 通过一个基准电流源带动多个三极管的输出电流， 来的（ 来的（m+1)I 即可构成多路电流源，即一个基准电流IREF可获 即可构成多路电流源，即一个基准电流B的减小为 （m + 1）I B (1 + β ) 得多个恒定电流。 得多个恒定电流。