模拟电子技术1章

扩散运动 扩散运动使靠近接触面P区空穴浓度降低、靠近接触面N区自由电 子浓度降低，产生由N区指向P区内电场，阻止扩散运动进行。
由于扩散运动使P区与N区的交界面缺少多数载流子，形成内电 场，从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从N区向P区、自 由电子从P区向N 区运动。——有利于少子的运动
漂移运动 因电场作用所产生的 运动称为漂移运动。
模拟电子技术基础
1. 本课程的性质：技术基础课 2. 特点 非纯理论性课程 实践性很强
以工程实践的观点来处理电路中的一些问题
3. 研究内容 以器件为基础、以信号为主线，研究各种模拟电子电路的工作
原理、特点及性能指标等。
4. 教学目标 能够对一般性的、常用的电子电路进行分析，同时对较简单的
单元电路进行设计。
半导体具有下列的重要特性：
(1) 热敏性: 一些半导体对温度反应很灵敏, 其电阻率随温度升
高而明显下降, 利用该特性可制成各种热敏元件, 如热敏电阻、 温度传感器等。
(2) 光敏性: 有些半导体的电阻率随光照增强而明显下降, 利用 这种特性可做成各种光敏元件, 如光敏电阻和光电管等。 (3) 掺杂性: 在纯净的半导体中掺入其它微量元素（如磷和硼）
1.2.3 二极管主要参数
1. 最大整流电流IF 二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。 2. 最高反向工作电压UR 二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，单向导电 性被破坏，甚至过热而烧坏。通常UR为击穿电压UBR的一半。 3. 反向电流 IR 二极管未击穿时的反向电流。IR愈小，二极管的单向导电性愈 好， IR对温度敏感。 4. 最高工作频率fM 二极管工作的上限频率。超过此值时，由于结电容的作用，二极 管的单向导电性变坏。
放大的条件 （发射结正偏） u BE U on （集电结反偏） u CB 0，即 u CE u BE
多子—空穴
多子—电子
P型半导体
－ － － － － － － －
N型半导体
+ +
+ +
+ +
+
+ + +
－
－
－
－ห้องสมุดไป่ตู้
+
+
少子—电子
少子—空穴
少子浓度——与温度有关 多子浓度——与掺杂有关
1.1.3 PN结
一、 PN结的形成
物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气体、液体、固体 均有之。
P区空穴 浓度远高 于N区。 N区自由电 子浓度远高 于P区。
导通时i与u 成线性关系
例1.2.1：二极管导通压降为0.7V。估算开关断开和闭合时输出 电压的数值。
二、二极管的微变等效电路
当二极管在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极 管等效为一个电阻，称为动态电阻，也就是微变等效电路。
ui=0时直流电源作用
根据电流方程， rd uD iD UT ID
1.2.4 二极管等效电路
在一定的条件下，可用线性模型来代替二极管，称为二极管 的等效模型（或等效电路）。根据二极管的伏安特性，对应于不 同的应用场合， 可建立不同的等效模型。
1． 理想模型（a） 理想 二极管
由图可见，理想二极管正向导 通时，其端电压等于零，相当 于短路；反向截止时，电流等 于零，相当于开路。所以理想 导通时 UD＝0 二极管相当于一个理想开关。 截止时IS＝0
反向饱和电流 0.1µ A以下 几十µ A
从二极管的伏安特性可以反映出： 1. 单向导电性
u
正向特性为 指数曲线
i I S (e
若正向电压 若反向电压
UT
1)
u UT
u U T ，则 i I S e
；
u U T ，则 i I S。
反向特性为横轴的平行线 2. 伏安特性受温度影响 T（℃）↑→在电流不变情况下管压降u↓ →反向饱和电流IS↑ T（℃）↑→正向特性左移，反向特性下移
二、P型半导体
在纯净的硅（或锗）晶体中掺入三价元素（如硼），形成P型 半导体。此类杂质称为受主杂质。 硅原子 空位
+4
+4
+4
多数载流子—— 空穴
+4
硼原子
+3
+4
少数载流子——自由电子
+4
+4
+4
P型半导体主要靠空穴导电，掺入的杂质越多，多子（空穴） 的浓度就越高，导电性也越强。
杂质半导体的示意图
1.3.1 BJT的结构简介 1.3.2 BJT的电流分配与放大原理 1.3.3 BJT的特性曲线 1.3.4 BJT的主要参数
1.3.1 晶体管的结构和符号
小功率管
中功率管
大功率管
多子浓度高
很薄，且杂 质浓度低 面积大
晶体管有三个极、三个区、两个PN结。
1.3.2 晶体管电流放大作用
BJT内部载流子的运动（以NPN为例）
会使其电阻率下降，利用该性质可制成各种晶体管器件。
二、本征半导体
纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体 本征半导体的共价键结构
共价键共 用电子对
在绝对温度T=0K，且无外界 激发时，价电子完全被共价键 紧紧束缚，即没有可以自由移 动的带电粒子（载流子）。因 此本征半导体导电能力很弱。
+4
+4
+4
一、N型半导体
在纯净的硅（或锗）晶体中掺入五价元素（如磷）， 形成N型半导体。此类杂质称为施主杂质。
N型半导体
硅原子
+4
+4
+4
多数载流子——自由电子
多余电子 磷原子
+4
+5
+4
少数载流子——空穴
+4
+4
+4
N型半导体主要靠自由电子导电，掺入的杂质越多，多子（自 由电子）的浓度就越高，导电性也越强。
当温度升高或受到光照射，一 些价电子获得足够能量，挣脱 共价键束缚，成为自由电子。
这一现象称为本征激发。 自由电子产生同时，在其原共 价键中留下一个空位，称为空
+4
空穴
+4
+4
自由电子
+4
+4
+4
穴。原子因失掉一个价电子而 带正电，或者说空穴带正电。
本征半导体中自由电子和空穴是成对出现的，即自由电子和
1.2.5 稳压二极管
1.2.1 半导体二极管的结构
将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。
点接触型： 结面积小，结电容小 故结允许的电流小 最高工作频率高 用于检波和变频等高频 电路
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 用于低频大电流整流 电路
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 用于高频整流和开关 电路中
2． 恒压降模型（b）
在电路分析中，可认为二极管正向 导通时压降恒定为Uon，截止时， 反向电流为零。 二极管电路等效 模型为一理想二极管和一恒压源 Uon相串联。
近似分析 中最常用
导通时UD＝Uon 截止时IS＝0
3． 折线模型（c）
为了进一步改善电路模型的准确度，在恒压降模型基础上，作 一定修正，图中二极管正向压降大于Uon后，用一斜线来描述 电压和电流的关系，斜线的斜率为实际二极管特性曲线的斜率 1/rD，rD =ΔU/ΔI。等效模型为一理想二极管和恒压源Uon及正向 电阻rD相串联。
三、 PN结方程及伏安特性曲线
根据理论分析： i I (e S
u UT
1)
u ：PN结两端的电压降 i ：流过PN结的电流 IS ：反向饱和电流
当 u>0
u>>UT时
u
e
UT
1
UT =kT/q ：温度电压当量 其中k为玻耳兹曼常数 1.38×10－23 q 为电子电荷量1.6×10－9 T 为热力学温度 对于室温（相当T=300 K） 则有UT=26 mV。
二、主要参数
稳定电压UZ、稳定电流IZ 最大功耗PZM＝ IZM UZ
进入稳压区的最小电流 不至于损坏的最大电流
动态电阻rz＝ΔUZ /ΔIZ
例题1.2.2
已知UZ、IZmin、IZmax、RL，求限流电阻R
IZmin ≤ IZ ≤ IZmax
习题： P64 第四题、P67 1.9
1.3 双极型晶体管
i I Se
当 u<0
u UT
u
|u|>>|U T |时 e
UT
1
i IS
PN结的伏安特性曲线如图
I（多子扩散） 反向饱和电流 反向击穿电压
正偏
反偏 反向击穿 IS（少子漂移）
利用反向击穿特性可以制成稳压管。
四、PN结的电容效应
1. 势垒电容 PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变化，有电荷 的积累和释放的过程，与电容的充放电相同，其等效电容称为 势垒电容Cb。 2. 扩散电容 PN结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流子的浓度及其 梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的过程，其等效电容称为 扩散电容Cd。
参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同，达到动态平 衡，就形成了PN结。
二、 PN结的单向导电性
(1) 加正向电压（正偏）——电源正极接P区，负极接N区 外电场削弱内电场 → 耗尽层变窄 → 扩散运动＞漂移运动 →多子扩散形成正向电流I
(2) 加反向电压——电源正极接N区，负极接P区
外电场加强内电场 → 耗尽层变宽 → 漂移运动＞扩散运动 →少子漂移形成反向电流IS