模拟电子技术-第一章-晶体二极管及其基本电路.PPT课件

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“模电”与“数电”
❖ 现代电子信息系统 一般是模/数混合系统
❖ 两头是“模拟”，中间是“数字” 输入部分是“模拟”：检测、微弱信号放大 中间部分是“数字”：信号传输和处理 输出部分是“模拟”：功率驱动、发射
❖ 可见“重数字轻模拟”是不全面、不明智的。 模电和数电就像人的两条腿，缺一不可。
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这门课的特点
（4.4×1022㎝-3）。 室温下只有极少数原. 子的价电子(三万亿分之19
一)受激发产生电子、空穴对。导电能力很弱。
1-1-2 杂质半导体（掺杂半导体）
在本征半导体中掺入微量的元素（称为杂 质），会使其导电性能发生显著变化。—— ——杂质半导体。
根据掺入杂质的不同，杂质半导体可分为 N型半导体和P型半导体。
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一、N型半导体
+4
+4
键
束缚电子
外
电
子
+4
+5
五价杂质原子 施主原子
因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体
原子中的价电子形成共价键，而多余的一个价电子因无共价
键束缚而很容易形成自由电子。从而在半导体中形成大量的
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自由电子。
说明
❖ 在本征硅（锗）中掺入少量的五价元素（如：磷、 砷、锑等）就得到N型半导体。
模拟电子技术
光电工程学院 电子电路教学中心
黄丽亚
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两种信号
❖ 模拟信号 （Analog signal）:指幅度的取值
是连续的（幅值可由无限个数值表示）。声音、温度、 压力转化的电信号。时间上离散的模拟信号是一种抽 样信号。
❖ 数字信号 （Digital signal）：指幅度的取值
是离散的，幅值表示被限制在有限个数值之内。如计 算机处理的二进制信号等。
图
1-3
本 征
+4
+4
激
发
产
生
电
子
+4
+4
和
空
复合：穴由于正负电荷相吸引，自由电子会填入空穴成为价
电子，同时释放出相应的能量，从而消失一对电子、空穴，
这一过程称为复合。
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本征激发:一分为二。
复合: 合二为一。
载流子浓度：载流子浓度越大，复合的机会就越 多。在一定温度下，当没有其它能量存在时，电 子、空穴对的产生与复合最终达到一种热平衡状 态，使本征半导体中载流子的浓度一定。
果。但是一个空穴运动所引起的电流的大小只与空穴的
多少有关，与多少个价电子. 运动无关。
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结论
❖ 本征激发 和温度有关
❖ 会成对产生电子-空穴对
--- 自由电子(Free Electron) 带负电荷 --- 空 穴(Hole) 带正电荷
❖ 两种载流子（带电粒子）是半导体的重 要概念。
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二、本征激发与复合
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本征载流子浓度：
ni pi A 0T3/2eE G 0/2kT
式中：
ni、pi ——分别表示电子和空穴的浓度（㎝-3）； T——为热力学温度（K）；
EG0为T= 0K（-273oC）时的禁带宽度（硅为 1.21eV，锗为0.78eV）；
k为玻尔兹曼常数（8.63×10-6V/K）；
A0为与半导体材料有关的常数（硅为3.87×1016
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1-3
束缚电子
图
自
本
征
+4
+4
激
发 产
空
由 电 子
生
穴
电
子 和
+4
+4
Leabharlann Baidu
空
穴
在一定的温度下，或者受到光照时，使价电子获得
一定的额外能量，一部分价电子就能够冲破共价键的
束缚变成自由电子——本征激. 发。
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1、空穴的运动可以看成一个带正电荷的粒子的运动。
2、一个空穴的运动实际上是许多价电子作相反运动的结
本征半导体：纯净的（未掺杂）单晶半导体称为本 征半导体。
共价键中的电子，受所属原子核的束缚，不能参与
导电。
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一、半导体中的载流子
❖ 载流子(Carrier) 指半导体结构中获得运 动能量的带电粒子。
❖ 绝对零度（-273OC）时晶体中无自由电 子——相当于绝缘体。
❖ 有温度环境就有载流子——本征激发。
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参考书
[1] 康华光. 电子技术基础[M]（模拟部分）(第五 版). 北京：高等教育出版社,2006
[2] 华成英 童诗白. 模拟电子技术基础[M]（第四 版）.北京：高等教育出版社,2006
[3] 谢嘉奎. 电子线路[M]（线性部分）(第四版）. 北京：高等教育出版社, 1999（2004年印刷）.
❖ 外加第四关：“EDA关”（设计开发）
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送给大家三句话
“十年磨一剑，硬件打天下！” “IT风云变换，IC独领风骚” “让EDA的翅膀飞起来！让EDA的轮子转起来！”
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教材
1、孙肖子，张企民编著. 模拟电子技术基础[M]. 西安：西安电子科技大学出版社,2003 2、电子电路教研室. 模拟电子电路B补充讲义(修 订版) 南京邮电大学校内印刷, 2006
[4] 谢嘉奎. 电子线路[M]（非线性部分）(第四
版）.北京：高等教育出版社,1999（2004年印
刷）.
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第一章 晶体二极管及其基本电路
1-1 半导体物理基础知识
导体 物质 半导体
绝缘体
半导体的特性：
1．导电能力介于导体和绝缘体之间；
2．导电能力随温度、光照或掺入某些杂质而
发生显著变化。
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１-１-１ 本征半导体
硅（Si）、锗（Ge）和砷化镓（GaAs） 硅原子（Silicon） 锗原子（Germanium）
284
+s1i4
2 8 18 4
GG+3e2e
惯性核 电子
+4
硅原子
锗原子
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图1-1 硅和锗原子 结构简化模型 10
+4
价
电
子
+4
+4
共 价 键
+4
图1-2 单晶硅和锗共价键结构示意图
❖ 涉及的基础知识广博：
高等数学、电路分析、信号与系统等，素有 “魔鬼电路、模糊电路”之称。
❖ 注重动手能力：
培养硬件工程师，是一门经验性较强的学科， 精通模电的人才奇缺。
❖ 一门“工程应用性”课程：
有人说：“近似估算是电子电路的灵魂”、
“不会近似寸步难行”.足以说明这个问题。
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学习“过三关”
❖ 第一关：“器件关”（入门基础） ❖ 第二关：“近似关”（工程估算的分析方法） ❖ 第三关：“动手关”（实践应用）
㎝-3·K
， 3 2
锗为1.76×10.16㎝-3·K 32）。
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本征载流子浓度：
ni pi A 0T3/2eE G 0/2kT
1、对温度非常敏感：随着T的增加，载流子浓度按 指数规律增加。
2、导电能力如何？ 在T=300K的室温下，本征硅（锗）的载流子
浓度=1.43×1010㎝-3（2.38×1013㎝-3）， 本征硅（锗）的原子密度=5×1022㎝-3