清华模电课件第一章
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模拟电子技术清华大学PPT课件
2结、3区。其中
发射区高掺杂，
基区较薄且低掺
杂，集电区一般
掺杂。
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1 .3 三极管（Transistor）
1 .3 .2 三极管的三种接法（三种组态）
三极管在放大电路中有三种接法：共发射极、 共基极、共集电极。
第34页/共432页
1 .3 三极管（Transistor）
1 .3 .3 三极管内部载流子传输
第21页/共432页
1 .1 .2 杂质半导体
在本征半导体中掺入少量的其他特定元素 （称为杂质）而形成的半导体。
常用的杂质材料有5价元素磷P和3价元素硼B。
根据掺入杂质的不同，杂质半导体又分为N 型半导体和P型半导体。
第22页/共432页
一 . N型半导体（电子型半导体）
掺如非金属杂质磷 P 的半导体。每掺入一个磷 原子就相当于向半导体内 部注入一个自由电子。
第42页/共432页
1 .3 .6 三极管主要参数
一. 电流放大系数
1. 共发射极电流放大系数 直流β≈IC/IB 交流β≈ΔIC/ΔIB
均用β表示。
2. 共基极电流放大系数 直流α≈IC/IE 交流α≈ΔIC/ΔIE
均用α表示。
β=α/(1－α) α=β/(1+β)
二. 反向饱和电流
1.集电极—基极间反向饱和电流ICBO 2.集电极—发射极间穿透电流ICEO
•
自电子器件出
现至今，电子技术已
经应用到了社会的各
个领域。
前进
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II .电子技术的应用
1875年 （苏）
1901年 （美）
1902年 （美）
1906年 （美）
模拟电子技术基础-清华大学 华成英-全套完整版ppt课件
值得纪念的几位科学家！
第一只晶体管的发明者
（by John Bardeen , William Schockley and Walter Brattain in Bell Lab） 他们在1947年11月底发明了晶 体管，并在12月16日正式宣布“晶 体管”诞生。1956年获诺贝尔物理 学奖。巴因所做的超导研究于1972 年第二次获得诺贝尔物理学奖。
2. 实践性
➢ 常用电子仪器的使用方法 ➢ 电子电路的测试方法 ➢ 故障的判断与排除方法 ➢ EDA软件的应用方法
华成英 hchya@
五、如何学习这门课程
1. 掌握基本概念、基本电路和基本分析方法
➢ 基本概念：概念是不变的，应用是灵活的， “万 变不离其宗”。 ➢ 基本电路：构成的原则是不变的，具体电路是多种 多样的。 ➢ 基本分析方法：不同类型的电路有不同的性能指标 和描述方法，因而有不同的分析方法。 2. 注意定性分析和近似分析的重要性 3. 学会辩证、全面地分析电子电路中的问题 ➢ 根据需求，最适用的电路才是最好的电路。 ➢ 要研究利弊关系，通常“有一利必有一弊”。 4. 注意电路中常用定理在电子电路中的应用
贝尔实验室制成第一只晶体管 集成电路 大规模集成电路 超大规模集成电路
第一片集成电路只有4个晶体管，而1997年一片集成电路 中有40亿个晶体管。有科学家预测，集成度还将按10倍/6年 的速度增长，到2015或2020年达到饱和。
学习电子技术方面的课程需时刻关注电子技术的发展！
华成英 hchya@
1. 电子电路中信号的分类
“1”的倍数
➢数字信号：离散性
介于K与K+1之 间时需根据阈值 确定为K或K+1
“1”的电 压当量
任何瞬间的任何 值均是有意义的
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
清华大学模拟电子技术基础讲义_高文焕第1章01
《模拟电子技术基础》*************************************( 1 )***********************************绪 论一、课程概述1. 课程的任务2. 课程的内容3. 课程的作用 二、教材与参考书1. 教材 ●《电子线路基础》高文焕 刘润生 高教出版社 1997●《模拟电路的计算机分析与设计-spice 程序应用》高文焕 汪 蕙 清华出版社 1999 2. 参考书 ●《电子线路》线性部分(第四版) 谢嘉奎 高教出版社 1999●《模拟电子技术基础》(第三版) 童诗白 高教出版社 2001.1●《电子电路分析与设计》(第2版) Donald A.Neamen 清华出版社(英文影印本) 三、模拟电路课程的几个问题 四、怎样学好这门课 五、成绩考核与评价问题 六、教学中的几项规定 七、变量符号规定第1章半导体器件基础1.1半导体中的载流子及其运动1.1.1 本征半导体中的载流子1. 晶体共价键结合2. 征半导体中的两种载流子－电子与空穴 （1）无激发下的本征半导体（2）本征激发产生电子与空穴（3）本征浓度n i = p i = A 0 T 3/2 e -Eg0 / 2KT(1.1.3)图1.1.1图1.1.21.1.2杂质半导体中的载流子1. N 型半导体● N 型半导体的形成 ●施主杂质● 带电粒子 ●“多子、少子”的概念●电中性●少子对温度的敏感性 2. P 型半导体 ● P 型半导体的形成 ●受主杂质●带电粒子●多子和少子●电中性 p = N A + n●少子对温度的敏感性1.2 PN 结1.2.1 PN 结的形成1. 多子扩散产生空间电荷区2. 内电场产生载流子的漂移运动3. 扩散运动和漂移运动的动态平衡 （1）电阻 （2）接触电位差 ●方向 ●大小2iDA T ln=n N N V V Φ图1.2.1N电子图1.1.4 空穴图1.1.5空位图1.2.1xNP1.2.2 PN 结的单向导电特性 1. 外加正向偏压− PN 结导通 ●平衡状态：W D ；V ϕ；E 内●外加正向电压νD 的作用 结论： 外加正向电压，PN 结导通(低阻)，i D >02. 外加反向偏压− PN 结截止 ●平衡状态：W D ；V ϕ；E 内 ●外加反向电压νD 的作用 ●少子漂移产生反向电流结论：外加反压，PN 结截止（高阻），i D ≈0小结：外加正向电压，PN 结导通；外加反压， PN 结截止。
模电第一章课件
பைடு நூலகம்
图1.6 PN结的形成过程
空间电荷区：在交界面附近出现的带电离子集中 的薄层，又称耗尽层、阻挡层。
内电场：空间电荷区的左半部是带负电的杂质离 子，右半部是带正电的杂质离子，空间电荷区中 就形成一个N区指向P区的内建电场。
接触电位差 U ：达到动态平衡后的PN结， 内建电场的方向由N区指向P区的电位差。
1.1 半导体的基础知识 1.2 PN结与半导体二极管 1.3 特殊二极管
1.4 半导体三极管
1.5 场效应晶体管
1.1 半导体的基础知识
1.1.1 导体、绝缘体、和半导体 1.1.2 本征半导体 1.1.3 杂质半导体
1.1.1 导体、绝缘体和半导体
导体:导电的物质，如铜、铝、铁、银等。 绝缘体:不导电的物质，石英、橡胶等。 半导体：导电性能介于导体和绝缘体之 间。常用的半导体材料有硅(Si)、锗 (Ge)、砷化镓(GaAs)等。
4．最大反向工作电压UFM：二极管安全运行时所能承受的最大反向电压。一 般取击穿电压U(BR)的一半作为UFM 。
5．反向电流：指二极管未击穿时反向电流。IR 值越小，二极管单向导电性越 好。随温度变化而改变。 6. 最高工作频率fM ：fM 由PN结的结电容大小决定。二极管的工作频率超过 fM，单向导电性变差。
1.2.3
PN结的电容效应
PN结的结电容:在外加电压发生变化时，PN结耗尽层内的空间电 荷量和耗尽层外的载流子数目均发生变化的电容效应。 按产生的机理不同结电容可分为：
一是势垒电容CB 二是扩散电容CD
一、势垒电容CB
指阻挡层中电荷量随外加电压变化而改变所呈 现的电容效应,用CB表示。CB的大小与PN结面积、 阻挡层宽度、半导体材料的介电常数有关， 且随外加反向电压变化而 变化。反向电压越大，CB 越小。 利用PN结的势垒电容 效应，可制造变容二极 管(压控可变电容器)
图1.6 PN结的形成过程
空间电荷区：在交界面附近出现的带电离子集中 的薄层，又称耗尽层、阻挡层。
内电场：空间电荷区的左半部是带负电的杂质离 子，右半部是带正电的杂质离子，空间电荷区中 就形成一个N区指向P区的内建电场。
接触电位差 U ：达到动态平衡后的PN结， 内建电场的方向由N区指向P区的电位差。
1.1 半导体的基础知识 1.2 PN结与半导体二极管 1.3 特殊二极管
1.4 半导体三极管
1.5 场效应晶体管
1.1 半导体的基础知识
1.1.1 导体、绝缘体、和半导体 1.1.2 本征半导体 1.1.3 杂质半导体
1.1.1 导体、绝缘体和半导体
导体:导电的物质，如铜、铝、铁、银等。 绝缘体:不导电的物质，石英、橡胶等。 半导体：导电性能介于导体和绝缘体之 间。常用的半导体材料有硅(Si)、锗 (Ge)、砷化镓(GaAs)等。
4．最大反向工作电压UFM：二极管安全运行时所能承受的最大反向电压。一 般取击穿电压U(BR)的一半作为UFM 。
5．反向电流：指二极管未击穿时反向电流。IR 值越小，二极管单向导电性越 好。随温度变化而改变。 6. 最高工作频率fM ：fM 由PN结的结电容大小决定。二极管的工作频率超过 fM，单向导电性变差。
1.2.3
PN结的电容效应
PN结的结电容:在外加电压发生变化时，PN结耗尽层内的空间电 荷量和耗尽层外的载流子数目均发生变化的电容效应。 按产生的机理不同结电容可分为：
一是势垒电容CB 二是扩散电容CD
一、势垒电容CB
指阻挡层中电荷量随外加电压变化而改变所呈 现的电容效应,用CB表示。CB的大小与PN结面积、 阻挡层宽度、半导体材料的介电常数有关， 且随外加反向电压变化而 变化。反向电压越大，CB 越小。 利用PN结的势垒电容 效应，可制造变容二极 管(压控可变电容器)
模拟电子技术基础第一章--常用半导体器件 (2)
二、PN 结的单向导电性 1. 外加正向电压(正向偏置) — forward bias
《模拟电子技术基础》课程教学课件
IF P 区
外电场
N区 内电场
外扩电散场运使动多加子强向形P成N正结向移电动流, IF 。
中和IF部= 分I多离子子使I少空子间电I荷多子区变窄。
限流电阻
2. 外加反向电压(反向偏置) — reverse bias
[解] 理想
VDD = 2 V UO = VDD = 2 V
IO = VDD / R = 2 / 2 = 1 (mA)
恒压降 UO = VDD – UD(on) = 2 0.7 = 1.3 (V)
IO = UO / R = 1.3 / 2 = 0.65 (mA)
理想
VDD = 10 V IO = VDD/ R = 10 / 2 = 5 (mA)
uD
1. IF — 最大整流电流(最大正向平均电流) 2. URM — 最高反向工作电压，为 U(BR) / 2 3. IR — 反向电流(越小单向导电性越好)
4. fM — 最高工作频率(超过时单向导电性变差)
《模拟电子技术基础》课程教学课件
影响工作频率的原因 — PN 结的电容效应
结论： 1. 低频时，因结电容很小，对 PN 结影响很小。
温度的 电压当量
玻尔兹曼 常数
kT UT q
电子电量
当 T = 300(27C)：
UT = 26 mV
《模拟电子技术基础》课程教学课件
二、二极管的伏安特性
iD /mA
U (BR) IS 反向特性 O
正向特性 Uth uD /V
0 U Uth iD = 0
Uth = 0.5 V (硅管) 0.1 V (锗管)
《模拟电子技术基础》课程教学课件
IF P 区
外电场
N区 内电场
外扩电散场运使动多加子强向形P成N正结向移电动流, IF 。
中和IF部= 分I多离子子使I少空子间电I荷多子区变窄。
限流电阻
2. 外加反向电压(反向偏置) — reverse bias
[解] 理想
VDD = 2 V UO = VDD = 2 V
IO = VDD / R = 2 / 2 = 1 (mA)
恒压降 UO = VDD – UD(on) = 2 0.7 = 1.3 (V)
IO = UO / R = 1.3 / 2 = 0.65 (mA)
理想
VDD = 10 V IO = VDD/ R = 10 / 2 = 5 (mA)
uD
1. IF — 最大整流电流(最大正向平均电流) 2. URM — 最高反向工作电压，为 U(BR) / 2 3. IR — 反向电流(越小单向导电性越好)
4. fM — 最高工作频率(超过时单向导电性变差)
《模拟电子技术基础》课程教学课件
影响工作频率的原因 — PN 结的电容效应
结论： 1. 低频时，因结电容很小，对 PN 结影响很小。
温度的 电压当量
玻尔兹曼 常数
kT UT q
电子电量
当 T = 300(27C)：
UT = 26 mV
《模拟电子技术基础》课程教学课件
二、二极管的伏安特性
iD /mA
U (BR) IS 反向特性 O
正向特性 Uth uD /V
0 U Uth iD = 0
Uth = 0.5 V (硅管) 0.1 V (锗管)
清华大学模拟电子技术课件第一章华成英
2. 实践性
常用电子仪器的使用方法 电子电路的测试方法 故障的判断与排除方法 EDA软件的应用方法
华成英 hchya@
五、如何学习这门课程
1. 掌握基本概念、基本电路和基本分析方法 基本概念：概念是不变的，应用是灵活的， “万 变不离其宗”。 基本电路：构成的原则是不变的，具体电路是多种 多样的。正确识别电路是分析电路的基础。 基本分析方法：不同类型的电路有不同的性能指标 和描述方法，因而有不同的分析方法。
2. P型半导体
3
硼（B）
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， 在杂质半导体中，温度变化时， 载流子的数目变化吗？少子与多 子变化的数目相同吗？少子与多 子浓度的变化相同吗？
华成英 hchya@
三、PN结的形成及其单向导电性
多子浓度高
多子浓度很 低，且很薄
面积大
晶体管有三个极、三个区、两个PN结。
华成英 hchya@
二、晶体管的放大原理
华成英 hchya@
3、本征半导体中的两种载流子
运载电荷的粒子称为载流子。 外加电场时，带负电的自由电 子和带正电的空穴均参与导电， 且运动方向相反。由于载流子数 目很少，故导电性很差。 温度升高，热运动加剧，载 流子浓度增大，导电性增强。 热力学温度0K时不导电。
两种载流子
从二极管的伏安特性可以反映出：
1. 单向导电性
正向特性为 指数曲线
u
i IS(eUT 1)
u
若正向电压u
U T，则i
I
eUT
S
若反向电压u UT，则i IS
2. 伏安特性受温度影响 反向特性为横轴的平行线
常用电子仪器的使用方法 电子电路的测试方法 故障的判断与排除方法 EDA软件的应用方法
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五、如何学习这门课程
1. 掌握基本概念、基本电路和基本分析方法 基本概念：概念是不变的，应用是灵活的， “万 变不离其宗”。 基本电路：构成的原则是不变的，具体电路是多种 多样的。正确识别电路是分析电路的基础。 基本分析方法：不同类型的电路有不同的性能指标 和描述方法，因而有不同的分析方法。
2. P型半导体
3
硼（B）
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， 在杂质半导体中，温度变化时， 载流子的数目变化吗？少子与多 子变化的数目相同吗？少子与多 子浓度的变化相同吗？
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三、PN结的形成及其单向导电性
多子浓度高
多子浓度很 低，且很薄
面积大
晶体管有三个极、三个区、两个PN结。
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二、晶体管的放大原理
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3、本征半导体中的两种载流子
运载电荷的粒子称为载流子。 外加电场时，带负电的自由电 子和带正电的空穴均参与导电， 且运动方向相反。由于载流子数 目很少，故导电性很差。 温度升高，热运动加剧，载 流子浓度增大，导电性增强。 热力学温度0K时不导电。
两种载流子
从二极管的伏安特性可以反映出：
1. 单向导电性
正向特性为 指数曲线
u
i IS(eUT 1)
u
若正向电压u
U T，则i
I
eUT
S
若反向电压u UT，则i IS
2. 伏安特性受温度影响 反向特性为横轴的平行线
第一章011清华大学版
本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。
温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半 导体的导电能力越强，温度是影响半导体性 能的一个重要的外部因素，这是半导体的一 大特点。
漂移 在外电场作用下，电子和空穴会作定向移动，形 成电流，这种运动称为漂移，所形成的电流称为漂移电流， 故自由电子和空穴也称为电子载流子和空穴载流子。
复合 本征激发产生电子空穴对的同时，自由电子和 空穴在运动过程中又会相遇而重新形成共价键，这个
过程称为复合。复合现象：电子和空穴在移 动中相遇而成对消失的现象 。
热平衡 当环境温度一定时，本征半导体中的本征激 发和复合现象并存，且速率相同，使本征半导体内维 持一定数目的电子空穴对，称为热平衡。
1.1.3 杂质半导体
5、
1. 注意系统与电路、电路与器件的关系；以电路为主
2. 注意分析与综合的关系；重点掌握基本概念、基本电
路、基本方法。
（1）与电工学相比较： 电工学--强电（直流电、交流电）系统，工作电
流大的可达几百-几千A。 模拟电子--弱电系统，工作电流一般mA-μA级，
着重电子线路分析。 （2）直流电与交流电共存于同一电路。分清直流
一、PN 结(PN Junction)的形成 1. 载流子的浓度差引起多子的扩散
内建电场 2. 复合使交界面形成空间电荷区 (耗尽层) 空间电荷区特点: 无载流子， 阻止扩散进行，利于少子的漂移。
内电场越强，就使漂移 运动越强，而漂移使空 间电荷区变薄。
漂移运动
P型半导体
内电场E N型半导体
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
105 ~ 107 .cm
半导体的导电机理不同于其它物质，所以它 具有不同于其它物质的特点。例如：
温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半 导体的导电能力越强，温度是影响半导体性 能的一个重要的外部因素，这是半导体的一 大特点。
漂移 在外电场作用下，电子和空穴会作定向移动，形 成电流，这种运动称为漂移，所形成的电流称为漂移电流， 故自由电子和空穴也称为电子载流子和空穴载流子。
复合 本征激发产生电子空穴对的同时，自由电子和 空穴在运动过程中又会相遇而重新形成共价键，这个
过程称为复合。复合现象：电子和空穴在移 动中相遇而成对消失的现象 。
热平衡 当环境温度一定时，本征半导体中的本征激 发和复合现象并存，且速率相同，使本征半导体内维 持一定数目的电子空穴对，称为热平衡。
1.1.3 杂质半导体
5、
1. 注意系统与电路、电路与器件的关系；以电路为主
2. 注意分析与综合的关系；重点掌握基本概念、基本电
路、基本方法。
（1）与电工学相比较： 电工学--强电（直流电、交流电）系统，工作电
流大的可达几百-几千A。 模拟电子--弱电系统，工作电流一般mA-μA级，
着重电子线路分析。 （2）直流电与交流电共存于同一电路。分清直流
一、PN 结(PN Junction)的形成 1. 载流子的浓度差引起多子的扩散
内建电场 2. 复合使交界面形成空间电荷区 (耗尽层) 空间电荷区特点: 无载流子， 阻止扩散进行，利于少子的漂移。
内电场越强，就使漂移 运动越强，而漂移使空 间电荷区变薄。
漂移运动
P型半导体
内电场E N型半导体
－－－－ － － －－－－ － － －－－－ － － －－－－ － －
105 ~ 107 .cm
半导体的导电机理不同于其它物质，所以它 具有不同于其它物质的特点。例如：
模拟电子技术第一章PPT课件
06 反馈放大电路
反馈的基本概念
反馈：将放大电路输出信号的一部分或全部，通过一定 的方式（反馈网络）送回到输入端的过程。
反馈的判断：瞬时极性法。
反馈的分类：正反馈和负反馈。 反馈的连接方式：串联反馈和并联反馈。
正反馈和负反馈
正反馈
反馈信号使输入信号增强的反 馈。
负反馈
反馈信号使输入信号减弱的反 馈。
集成化与小型化
随着便携式设备的普及，模拟电子技术需要实现 更高的集成度和更小体积，以满足设备小型化的 需求。
未来发展趋势
智能化
01
随着人工智能技术的发展，模拟电子技术将逐渐实现智能化，
能够自适应地处理各种复杂信号和数据。
高效化
02
未来模拟电子技术将更加注重能效，通过优化电路设计和材料
选择，提高能量利用效率和系统稳定性。
电压放大倍数的大小与电路中 各元件的参数有关，可以通过 调整元件参数来改变电压放大 倍数。在实际应用中，需要根 据具体需求选择合适的电压放 大倍数。
输入电阻和输出电阻
总结词
详细描述
总结词
详细描述
输入电阻和输出电阻分别表 示放大电路对信号源和负载 的阻抗，影响信号源和负载 的工作状态。
输入电阻越大，信号源的负 载越轻，信号源的输出电压 越稳定；输出电阻越小，放 大电路对负载的驱动能力越 强，负载得到的信号电压越 大。
共基放大电路和共集放大电路
共基放大电路的结构和工作原理
共基放大电路是一种特殊的放大电路，其输入级和输出级采用相同的晶体管，输入信号 通过输入级进入，经过晶体管的放大作用，输出信号被送到输出级，最终输出放大的信
号。
共集放大电路的结构和工作原理
共集放大电路是一种常用的放大电路，其结构包括输入级、输出级和偏置电路。输入信 号通过输入级进入，经过晶体管的放大作用，输出信号被送到输出级，最终输出放大的 信号。共集放大电路的特点是电压增益高、电流增益低、输出电压与输入电压同相位。
清华模电华成英PPT课件
➢ 基本分析方法：不同类型的电路有不同的性能指标 和描述方法，因而有不同的分析方法。
2. 注意定性分析和近似分析的重要性
3. 学会辩证、全面地分析电子电路中的问题
➢ 根据需求，最适用的电路才是最好的电路。
➢ 要研究利弊关系，通常“有一利必有一弊”。
4. 注意电路中常用定理在电子. 电路中的应用
10
华成英 hchya@
考查解决问题的能力－－设计能力 4. 会调：仪器选用、测试方法、故障诊断、EDA
考查解决问题的能力－－实践能力
综合应用所学知识的能力
.
12
华成英 hchya@
第一章 半导体二极管和三极管
.
13
华成英 hchya@
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
.
14
华成英 hchya@
§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
.
15
华成英 hchya@
• 医学：γ刀、CT、B超、微创手术
• 消费类电子：家电（空调、冰箱、电视、音响、摄像机、照
相机、电子表）、电子玩具、各类报警器、保安系统
.
3
华成英 hchya@
电子技术的发展很大程度上反映在元器件的发展 上。从电子管→半导体管→集成电路
1904年 电子管问世
1947年 晶体管诞生
模拟电子技术基础
清华大学 华成英
.
1
华成英 hchya@
绪论
一、电子技术的发展 二、模拟信号与模拟电路 三、电子信息系统的组成 四、模拟电子技术基础课的特点 五、如何学习这门课程 六、课程的目的 七、考查方法
2. 注意定性分析和近似分析的重要性
3. 学会辩证、全面地分析电子电路中的问题
➢ 根据需求，最适用的电路才是最好的电路。
➢ 要研究利弊关系，通常“有一利必有一弊”。
4. 注意电路中常用定理在电子. 电路中的应用
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华成英 hchya@
考查解决问题的能力－－设计能力 4. 会调：仪器选用、测试方法、故障诊断、EDA
考查解决问题的能力－－实践能力
综合应用所学知识的能力
.
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华成英 hchya@
第一章 半导体二极管和三极管
.
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华成英 hchya@
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
.
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华成英 hchya@
§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
.
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华成英 hchya@
• 医学：γ刀、CT、B超、微创手术
• 消费类电子：家电（空调、冰箱、电视、音响、摄像机、照
相机、电子表）、电子玩具、各类报警器、保安系统
.
3
华成英 hchya@
电子技术的发展很大程度上反映在元器件的发展 上。从电子管→半导体管→集成电路
1904年 电子管问世
1947年 晶体管诞生
模拟电子技术基础
清华大学 华成英
.
1
华成英 hchya@
绪论
一、电子技术的发展 二、模拟信号与模拟电路 三、电子信息系统的组成 四、模拟电子技术基础课的特点 五、如何学习这门课程 六、课程的目的 七、考查方法
【模拟电子技术基础-清华课件】模拟电子技术-L01
+4表示除 去价电子 后的原子
共价键共
用电子对
+4
+4
+4
+4
硅或锗的共价键结构
形成共价键后，每个原子最外层电子是八个，构成稳定结 构。共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。
共价键中两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子， 常温下仅有极少数价电子由于热运动获得足够的能量才能挣脱 共价键的束缚而成为自由电子；与此同时，在共价键中留下一 个空位，称为空穴。所以本征半导体的导电能力很弱。
+ +++++
N型半导体
失去电子的 磷原子
多子为自由电子、
少子为空穴
§1.2 PN结及其单向导电性 1.2.1 PN结的形成
采用不同的掺杂工艺，将P型半导体与N型半导体制作在 同一硅片上，在它们的交界面处就会形成PN结。
浓度差使多子 产生扩散运动
内电场
内电场使少子 产生漂移运动
当参与扩散运动的多子数目和参与漂移运动的少子数目 相同时，达到动态平衡，就形成了PN结。
模拟电子技术基础
1 课程目的
• 初步掌握基本概念、基本电路、基本分析方 法、基本实验技能；
• 具有能够继续深入学习和使用新器件的能力， 具有将所学知识用于本专业的能力。
2 学习方法
• 预习很重要、听课是关键； • 复习紧跟课件、适当作些练习题。
3 考查方式
• 随堂小测试20％，作业10％，EDA仿真报告5％， 出勤及平时表现5％，期末考试60％（半开卷）。
为常数。…………
I
正向同 二极管
u IZmin IZ 稳定 IZmax电流
§1.3 稳压二极管
共价键共
用电子对
+4
+4
+4
+4
硅或锗的共价键结构
形成共价键后，每个原子最外层电子是八个，构成稳定结 构。共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。
共价键中两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子， 常温下仅有极少数价电子由于热运动获得足够的能量才能挣脱 共价键的束缚而成为自由电子；与此同时，在共价键中留下一 个空位，称为空穴。所以本征半导体的导电能力很弱。
+ +++++
N型半导体
失去电子的 磷原子
多子为自由电子、
少子为空穴
§1.2 PN结及其单向导电性 1.2.1 PN结的形成
采用不同的掺杂工艺，将P型半导体与N型半导体制作在 同一硅片上，在它们的交界面处就会形成PN结。
浓度差使多子 产生扩散运动
内电场
内电场使少子 产生漂移运动
当参与扩散运动的多子数目和参与漂移运动的少子数目 相同时，达到动态平衡，就形成了PN结。
模拟电子技术基础
1 课程目的
• 初步掌握基本概念、基本电路、基本分析方 法、基本实验技能；
• 具有能够继续深入学习和使用新器件的能力， 具有将所学知识用于本专业的能力。
2 学习方法
• 预习很重要、听课是关键； • 复习紧跟课件、适当作些练习题。
3 考查方式
• 随堂小测试20％，作业10％，EDA仿真报告5％， 出勤及平时表现5％，期末考试60％（半开卷）。
为常数。…………
I
正向同 二极管
u IZmin IZ 稳定 IZmax电流
§1.3 稳压二极管
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。
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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。
.
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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
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三、杂质半导体
空穴
2、P 型半导体
（1）在本征半导体中掺入
模电第一节PPT(1-半导体基础知识)
扩散
在没有电场的情况下，载流子会从高浓度区域向低浓度区域 扩散。
载流子的产生与复合
产生
在半导体中，载流子的产生主要通过热激发和光激发两种方式。热激发是指电子从价带跃迁到导带； 光激发是指光子与价带电子相互作用，将其激发到导带。
复合
载流子在半导体中会相互复合，释放出能量。这种复合过程分为带间复合和带内复合两种类型。带间 复合是指电子和空穴分别从导带和价带跃迁回各自原来的能级；带内复合是指电子和空穴在同一能级 上发生相互作用，释放出能量。
详细描述
半导体可以根据其导电类型分为P型和N型两种。P型半导体中，多数载流子为空 穴；N型半导体中，多数载流子为电子。
半导体的特性
总结词
半导体的特性
详细描述
半导体的特性包括热敏性、光敏性和掺杂性。热敏性是指半导体材料的电阻随温度变化而变化的特性；光敏性是 指半导体材料能够将光能转换为电能的特性；掺杂性是指通过向半导体中添加其他元素来改变其导电性能的特性。
和热导率等。
常见的合金半导体有硅化物、氮 化物和硫化物等。
03
半导体中的载流子
电子与空穴
电子
带负电荷，是半导体的主要载流 子。在半导体中，电子可以在价 带和导带之间自由移动。
空穴
带正电荷，是电子缺失所产生的 虚拟粒子。在半导体中，空穴的 运动方向与电子相反。
载流子的运动与扩散
运动
在电场的作用下，载流子会沿着电场方向运动，形成电流。
度和性能。
三维集成技术
通过三维集成技术，将不同工艺 的芯片集成在一个封装内，实现
更高效的系统级集成。
柔性电子技术
柔性电子技术使得电子设备可以 弯曲、折叠，具有轻便、可穿戴 等特点，为新型电子产品提供了
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清华大学 王宏宝
图1.1.11
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2、扩散电容 PN结处于平衡状态时的少子称为平衡少子。
正向偏置时，参加扩散的P区空穴和N区的自由电子 均称为非平衡少子。外加正向电压一定时，靠近耗 尽层交界面的地方非平衡少子的浓度高，远离交界 面地方的浓度低。且浓度自高到低逐渐衰减，直到 零，形成一定的浓度梯度（浓度差），从而形成扩 散电流。外加正向电压增大时，非平衡少子的浓度 增大且浓度梯度也增大，从外部看正向（扩散）电 流增大。当外加正向电压减小时，变化情况相反。
将式中的kT/q用UT取代，则得
u iISeUT1;T30K 时 0 U ， T2m 6。 V
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四、PN结的伏安特性
u＞0, 正向特性；
u＜0, 反向特性；
反向电压大时反向击穿。
高掺杂情况，耗尽层很
图1.1.10
窄，不大的反向电压可产生 很大的电场，直接破坏 共价
键，产生电子-空穴对，称为齐纳击穿；掺杂浓度
较低，反向电压较大时，电场使少子加快漂移速
度，把价电子撞出共价键，产生电子-空穴对，又
撞出价电子，称为雪崩击穿。击穿时要限制电流,
7
二、PN结的单向导电性
1、外加正向电压时PN结处于导通状态
PN结处于正向偏置。外电
场将多数载流子推向空间电
荷区，使其变窄，削弱了内
电场，破坏了原来的平衡，
扩散加剧，漂移减弱。电源
作用下，扩散运动源源不断
地进行，从而形成正向电流，
PN结导通。正向导通电压只
有零点几伏，所以串联电阻
以限制电流。
图1.1.6
6
1.1.3 PN结 一、 PN结的形成
浓度差—扩散运动
复 合—空间电荷区
内电场—漂移运动
多子扩散=少子漂移
达到动态平衡，形成
PN结。
在空间电荷区内自
由电子和空穴都很少，
所以称为耗尽层。
图1.1.5
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扩散区内，电荷的积累和释放过程与电容的充 放电过程相同，这种电容效应称为扩散电容Cd。
图1.1.7
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三、PN结的电流方程
qu
i IS ekT 1 ;
IS:反向饱和电流； q：电子的电量；
k：玻尔兹曼常数；
T：热力学温度。
级密度有关的常量。
T=300K时，硅、 锗本征载流子浓度 分别为
ni pi 1.431010cm3,ni pi 2.381010cm3
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1.1.2 杂质半导体 一、N型半导体
否则造成永久性损坏。
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五、PN结的电容效应 1、势垒电容
耗尽层的宽窄随外加电压的变化而变化，这相 当于电容的充、放电，其所等效的电容称为势垒电 容Cb。如图1.1.11所示。
纯净硅晶体中掺入 五价元素（如磷），使 之取代晶格中硅原子的 位置。杂质原子提供电 子，所以称之为施主原 子。自由电子浓度大, 为多数载流子，空穴为 少数载流子，简称多子和少子。
图1.1.3
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3
四、本征半导体中载流子的浓度
本征激发、复合、动态平衡
n i p i K 1 T 3 ／ 2 e E G ／ O 2 kT
ni、pi:自由电子与空穴浓度（ cm3）； T：热力学温度；
k：玻尔兹曼常数（ 8.6 31 0 5eV ／ K）；
EGO:热力学零度时破坏共价键所需的能量； K1：与半导体材料载流子有效质量、有效能
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2、外加反向电压时PN 处于截止状态
PN结处于反向偏置状 态。外电场使空间电荷区 变宽，加强了内电场，阻 止扩散运动的进行，加剧 漂移运动的进行，形成反 向电流，也称为漂移电流。 因为少子的数目极少，即 使都参与漂移，反向电流 也非常小，认为PN结处于 截止状态。
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1.1 半导体器件基础
1.1.1 本征半导体 一、半导体
导体 绝缘体 半导体：硅（Si）
锗（Ge） 二、本征半导体
的晶体结构
图1.1.1
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三、本征半导体中的两种载流子
载流子： 自由电子 空穴
图1.1.2
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二、P型半导体
纯净硅晶体中掺入 三价元素（如硼），使 之取代晶格中硅原子的 位置。杂质原子提供空 穴，所以称之为受主原 子。空穴为多数载流子， 自由电子为少数载流子， 简称多子和少子。
图1.1.4
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