模电第一章详解
模电第一章(江晓安)祥解
第一章 半导体器件
此时, ＰＮ结处于导通状态, 它所呈现出的电阻为正向 电阻, 其阻值很小。 正向电压愈大, 正向电流愈大。其关
系是指数关系：
ID ISe
U UT
式中, ＩＤ为流过ＰＮ结的电流；U为ＰＮ结两端电压；
kT UT q , 称为温度电压当量, 其中k为玻耳兹曼常数, Ｔ为绝对温度 ,q为电子的电量 ,在室温下即 Ｔ＝３００Ｋ 时,ＵＴ＝２６ｍＶ；ＩＳ为反向饱和电流。电路中的电阻 Ｒ是为了限制正向电流的大小而接入的限流电阻。
身的性质有关以外, 还与温度有关, 而且随着温度的升高,
基本上按指数规律增加。因此, 半导体载流子浓度对温度 十分敏感。对于硅材料, 大约温度每升高８℃, 本征载流 子浓度ni增加 1 倍；对于锗材料, 大约温度每升高１２℃,
ｎｉ增加 1 倍。 除此之外, 半导体载流子浓度还与光照有
关, 人们正是利用此特性, 制成光敏器件。
第一章 半导体器件
外电场
外电场
P
N
P
N
ID
自建场
自建场
＋ － U R
－ ＋ U R
(a ) 外加正向电压
(b ) 外加反向电压
图 1 - 7 PN结单向导电特性
第一章 半导体器件
2. 若将电源的正极接Ｎ区, 负极接Ｐ区, 则称此为反向接法
或反向偏置。此时外加电压在阻挡层内形成的电场与自建
场方向相同, 增强了自建场, 使阻挡层变宽, 如图１-７(ｂ)所 示。 此时漂移作用大于扩散作用, 少数载流子在电场作用下 作漂移运动, 由于其电流方向与正向电压时相反, 故称为反 向电流。 由于反向电流是由少数载流子所形成的, 故反向电 流很小, 而且当外加反向电压超过零点几伏时, 少数载流子 基本全被电场拉过去形成漂移电流, 此时反向电压再增加, 载流子数也不会增加, 因此反向电流也不会增加, 故称为反 向饱和电流, 即 ＩＤ＝－ＩＳ。
《模电》第一章重点掌握内容
《模电》第一章重点掌握内容：一、概念1、半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物质。
2、半导体奇妙特性：热敏性、光敏性、掺杂性。
3、本征半导体：完全纯净的、结构完整的、晶格状的半导体。
4、本征激发：环境温度变化或光照产生本征激发，形成电子和空穴，电子带负电，空穴带正电。
它们在外电场作用下均能移动而形成电流，所以称载流子。
5、P型半导体：在纯净半导体中掺入三价杂质元素，便形成P型半导体，使导电能力大大加强，此类半导体，空穴为多数载流子（称多子）而电子为少子。
6、N型半导体：在纯净半导体中掺入五价杂质元素，便形成N型半导体，使导电能力大大加强，此类半导体，电子为多子、而空穴为少子。
7、PN结具有单向导电性：P接正、N接负时（称正偏），PN结正向导通，P接负、N接正时（称反偏），PN结反向截止。
所以正向电流主要由多子的扩散运动形成的，而反向电流主要由少子的漂移运动形成的。
8、二极管按材料分有硅管(S i管)和锗管(G e管)，按功能分有普通管，开关管、整流管、稳压管等。
9、二极管由一个PN结组成，所以二极管也具有单向导电性：正偏时导通，呈小电阻，大电流，反偏时截止，呈大电阻，零电流。
其死区电压：S i管约0。
5V，G e管约为0。
1 V ，其死区电压：S i管约0.5V，G e管约为0.1 V 。
其导通压降：S i管约0.7V，G e管约为0.2 V 。
这两组数也是判材料的依据。
10、稳压管是工作在反向击穿状态的：①加正向电压时，相当正向导通的二极管。
（压降为0.7V，）②加反向电压时截止，相当断开。
③加反向电压并击穿（即满足U﹥U Z）时便稳压为U Z。
11、二极管主要用途：整流、限幅、继流、检波、开关、隔离（门电路）等。
二、应用举例：（判二极管是导通或截止、并求有关图中的输出电压U0。
三极管复习完第二章再判）参考答案：a、因阳极电位比阴极高，即二极管正偏导通。
是硅管。
b 、二极管反偏截止。
f 、因V的阳极电位比阴极电位高，所以二极管正偏导通，（将二极管短路）使输出电压为U0=3V 。
《模拟电子技术基础》(第四版)_第1章
0 iD
+ uD
uD
–
Question1 UD UON
2.二极管导通时正向压降为一常量UＤ （正向导通电压０.7V 或０.３V ）， 截止时反向电流为零的二极管的等效 模型 iD iD + uD UＤ –
一、外加正向电压（正向偏置）
P区
外电场驱使P区的空穴进入空间 N区电子进入空间电荷区 空间电荷区变窄 电荷区抵消一部分负空间电荷 抵消一部分正空间电荷
N区
I 扩散运动增强，形 成较大的正向电流， 此时PN结导通 内电场方向 外电场方向
E
R 外电场加强扩散
二、 外加反向电压（反向偏置）
外电场驱使空间电荷区两侧的多子(空穴和自由电子)移走, 空间电荷区加宽
Uon
0 0.4 0.8
–50
－IS – 0.1
非线性特性 ＵＢＲ反向击穿电压
ＵＺ（稳压管）
uD / V UＤ
– 0.2
死区
反向击穿
硅管的伏安特性
一般:特性曲线上区分Uon和UＤ 计算时不区分Uon和UＤ Si 管：0.5V左右
开启电压： Uon
正向导通电压UＤ 二极管方程
Ge管：0.1V左右 Si 管：0.6V~0.8V （０.７Ｖ） Ge管：0.2V~0.3V（０.３Ｖ）
三、如何学好模电
课程特点：内容多、内容杂、工程实践性强
基本原理 “基本电路”原理
放大器、反馈、 振荡器
绪论
1、抓“重点”
基 本 分析方法
图解法、小信号等效电路法
2、注重综合分析 注重工程化素质培养 3、提高学习效率、培养自学能力
模拟电子技术基础-第一章课后习题详解
习题1.1选择合适答案填入空内。
（1）在本征半导体中加入元素可形成N型半导体，加入元素可形成P型半导体。
A. 五价B. 四价C. 三价（2）当温度升高时，二极管的反向饱和电流将。
A. 增大B. 不变C. 减小（3）工作在放大区的某三极管，如果当I B从12μA增大到22μA时，I C从1mA变为2mA，那么它的β约为。
A. 83B. 91C. 100（4）当场效应管的漏极直流电流I D从2mA变为4mA时，它的低频跨导g m将。
A.增大B.不变C.减小解：（1）A ，C （2）A （3）C （4）A1.2 能否将1.5V的干电池以正向接法接到二极管两端？为什么？解：不能。
因为二极管的正向电流与其端电压成指数关系，当端电压为1.5V时，管子会因电流过大而烧坏。
1.3 电路如图P1.3所示，已知u i＝10sinωt(v)，试画出u i与u O的波形。
设二极管正向导通电压可忽略不计。
图P1.3解图P1.3解：u i和u o的波形如解图P1.3所示。
1.4 电路如图P1.4所示，已知u i＝5sinωt(V)，二极管导通电压U D＝0.7V。
试画出u i与u O的波形，并标出幅值。
图P1.4解图P1.4解：波形如解图P1.4所示。
1.5 电路如图P1.5（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＝0.7V。
试画出输出电压u O的波形，并标出幅值。
图P1.5解：u O的波形如解图P1.5所示。
解图P1.51.6 电路如图P1.6所示，二极管导通电压U D＝0.7V，常温下U T≈26mV，电容C对交流信号可视为短路；u i为正弦波，有效值为10mV。
试问二极管中流过的交流电流有效值解：二极管的直流电流I D＝（V－U D）/R＝2.6mA其动态电阻r D≈U T/I D＝10Ω故动态电流有效值I d＝U i/r D≈1mA 图P1.61.7现有两只稳压管，它们的稳定电压分别为6V和8V，正向导通电压为0.7V。
模电第一章习题解答
压上升，在 VGS 和 VDS 不变的情况下，漏极电流变小。
1.17
已知某 NMOS 器件的参数：VTH=2V，NCOX=20A/V2，W=100m，L=10m，
源极电位 VS=0，栅极电位 VG=3V。试问：①当漏极电位 VD 分别为 0.5V，1V 和 5V 时，器件分别工作在什么状态？②若饱和状态工作时忽略 vDS 对 iD 的影响，试确 定在 VD 等于 0.5V，1V 和 5V 三种情况下的漏极电流 iD 大小。 解答：① ，线性区； ，线性区与饱和区的临界状态； ，饱和区。 ②
图 P1.5
解答：由于二极管的单向导电性，当 vi 处于正半周且幅度大于 5V 时，二极 管 D2 正向导通，使得 vo 被约束在 V=5V；当 vi 处于正半周且幅度小于 2V 或者处 于负半周期时，二极管 D1 正向导通，使得 vo 被约束在 V=2V，其波形如图所示：
5V 2V
1.6
稳压电路如图 P1.6 所示。①试近似写出稳压管的耗散功率 PZ 的表达
5V 2V
1.7 图。
图 P1.7 所示为具有电容滤波的桥式整流电路，试分析画出 vo 的波形
+ v1 _
v2 C
图 P1.7
+ vo RL _
解答：如图所示，由于四个整流二极管的作用，加到电容 C 上的电压 vo 一 直处在正弦波形的正半周期。设 C 上初始电压为零，在未接 RL 时，v2 的正半周期 和负半周期分别通过不同的两对二极管向 C 充电， 使得 C 上电压达到正弦波的最 大值，即图中的第二象限所示。设在 a 点处开始接入负载电阻 RL，因 C 上已经充 电，刚接入 RL 时，有 到 ，故 向 RL 放电， ，如 ab 段所示；当 上升
模电第一章总结论文
第一章常用半导体元件一半导体1 半导体三大特性搀杂特性热敏特性光敏特性2本征半导体指纯净的具有晶体结构的半导体。
3载流子(Carrier)运动电荷的粒子。
有温度环境就有载流子。
绝对零度（-273C）时晶体中无自由电子。
4本征激发（光照、加温度）会成对产生自由电子和空穴对自由电子（负电）空穴（正电）本征半导体载流子浓度为：n i=p i=K1T^(3/2)e^(-E GO/2kT)ni表示自由电子的浓度pi表示空穴的浓度5 N型半导体：电子型半导体（掺入五价元素，如磷）多数载流子：自由电子少数载流子：空穴自由电子数= 空穴数+ 施主原子6 P型半导体：空穴型半导体（掺入三价元素，如硅）多子：空穴少子：自由电子空穴数= 自由电子数+ 受主原子二PN结1 PN结是指使用半导体工艺使N型和P型半导体结合处所形成的特殊结构。
PN结具有单向导电性。
空间电荷区（耗尽层）P区出现负离子区，N区出现正离子曲2 PN结形成“三步曲”（1）多数载流子的扩散运动。
（2）空间电荷区的少数载流子的漂移运动。
（3）扩散运动与漂移运动的动态平衡。
3 PN结的单向导电性正向偏置P接电源正，N接电源负•削弱内电场，使PN结变窄。
•扩散运动＞漂移运动。
•称为“正向导通”。
反向偏置P接电源负，N接电源正•增强内电场，使PN结变宽。
•扩散运动＜漂移运动•称为“反向截止”5 PN结伏安特性•单向导电性–正向导通开启电压–反向截止饱和电流7 反向击穿当对PN结的外加反向电压超过一定的限度，反向电流急剧增加，称之为反向击穿。
•击穿有两种机理：–雪崩击穿低掺杂，耗尽层宽度较宽（少子，加速）–齐纳击穿高掺杂，耗尽层宽度较窄（强电场破坏共价键）8 PN结电容特性•PN结呈现电容效应•有两种电容效应势垒电容（和反向偏置有关）CT•PN结外加反向偏置时，引起空间电荷区体积的变化（相当电容的极板间距变化和电荷量的变化）扩散电容（和正向偏置有关）CDPN结外加正向偏置时，引起扩散浓度梯度变化出现的电容（电荷）效应。
模电第一章半导体基础知识
杂质能3
对电子的影响
施主杂质能级向导带提供 电子，使半导体呈现n型 导电性。
对空穴的影响
受主杂质能级接受价带的 电子成为空穴，使半导体 呈现p型导电性。
影响程度
杂质浓度越高，对电子和 空穴的影响越显著，半导 体的导电性能也越强。
06
半导体中的光电效应
光电效应的原理和分类
光电器件的特性
光电器件的主要特性包括光谱响应、光电灵敏度、响应速度和噪声等，这些特性决定了光电器件的应用范围和效 果。
光电器件的应用和发展趋势
光电器件的应用
光电器件在多个领域都有应用，如光电探测、光电转换、光通信等。
光电器件的发展趋势
随着科技的不断进步和应用需求的不断提高，光电器件的发展趋势包括高灵敏度、高速响应、高稳定 性、多功能化等。
半导体的热学性质
热导率
半导体的热导率取决于其材料 和结构，热导率越高，导热性
能越好。
热容
半导体的热容取决于其材料和 温度，它决定了半导体的耐热 性能。
热膨胀
半导体的热膨胀系数决定了其 在温度变化时的尺寸变化，对 器件的稳定性有影响。
温差电动势率
半导体的温差电动势率是指在 温度梯度下产生的电动势，它
05
半导体中的掺杂和杂质能级
掺杂的概念和分类
掺杂
在半导体材料中人为地加入某种元素，以改变其导电性能的过程。
分类
施主掺杂、受主掺杂、中性杂质掺杂。
杂质能级的形成和特性
形成
杂质原子在半导体晶体中占据了特定 的位置，这些位置上的电子能级与晶 体中的其他电子能级不同，形成了杂 质能级。
特性
杂质能级位于禁带中，其能量位置取 决于掺杂元素的种类和浓度，对半导 体的导电性能有重要影响。
模电第一章课件
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
当晶闸管的阳极和阴极间加反向电压时，不管控制极加不 加电压，灯都不亮， 晶闸管截止。如果控制极加反向电压， 无论晶闸管主电路加正向电压还是反向电压，晶闸管都不导通。
第1章 功率二极管、晶闸管及单相相控整流电路
A
K
K
A
(a)
(b )
图 1-2 功率二极管的外形 (a) 螺栓型； (b) 平板型
第1章 功率二极管、晶闸管及单相相控整流电路
功率二极管和电子电路中的二极管工作原理一样，即若二 极管处于正向电压作用下，则PN结导通， 正向管压降很小； 反之， 若二极管处于反向电压作用下，则PN结截止， 仅有极 小的可忽略的漏电流流过二极管。经实验测量可得功率二极管 的伏安特性曲线，如图1-3所示。
IV
1
20
IM 2(s itn)2d(t)I2 M
第1章 功率二极管、晶闸管及单相相控整流电路 然而在实际使用中，流过晶闸管的电流波形形状、波形导
通角并不是一定的，各种含有直流分量的电流波形都有一个电 流平均值（一个周期内波形面积的平均值），也就有一个电流 有效值（均方根值）。现定义某电流波形的有效值与平均值之 比为这个电流的波形系数，用Kf表示，
第1章 功率二极管、晶闸管及单相相控整流电路
1.2 晶 闸 管
1.2.1 晶闸管是一种大功率半导体变流器件， 它具有三个PN结的
四层结构，其外形、 结构和图形符号如图1-4所示。由最外的 P1层和N2层引出两个电极，分别为阳极A和阴极K，由中间P2层 引出的电极是门极G（也称控制极）。
第1章 功率二极管、晶闸管及单相相控整流电路
南邮模电第一章绪论资料祥解
2、Multisim的特点：
(1) 直观的图形界面：整个操作界面就像一个电子实验工作台，绘制电路所需的元器件和
仿真所需的测试仪器均可直接拖放到屏幕上，轻点鼠标可用导线将它们连接起来，软 件仪器的控制面板和操作方式都与实物相似，测量数据、波形和特性曲线如同在真实 仪器上看到的一样。
(2) 丰富的元器件库：Multisim大大扩充了EWB的元器件库， 包括基本元件、半导体器件、
二、模拟信号和数字信号
3、模拟信号
(a)
(b)
(c)
(d)
二、模拟信号和数字信号
4、数字信号
三、电子系统的组成 1、电子系统的组成
声音
传
感
景物 器
接
收
天
接
线
收
机
放大 滤波
模 拟 处 理
各 种 数 字 处 理
各
A A / D 转
种 数 字 处 理
化模
D
/
拟
A
变
处
换
理
发送 天线
发 射 器
声音
景物
2、电子系统中各部分的作用
• 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
二、模拟信号和数字信号
1、信号及其分类 信号：信息的载体（随时间变化的物理量）。
也可用语言、文字、图像或编码来表达。但不便于 直接传输。
电信号：随时间变化的电压或电流
(5) 强大的仿真能力：Multisim 既可对模拟电路或数字电路分别进行仿真，也可进行数模
混合仿真，尤其是新增了射频(RF) 电路的仿真功能。仿真失败时会显示出错信息、提 示可能出错的原因，仿真结果可随时储存和打印。 （6） 仿真的手段切合实际，选用的元器件和测量仪器与实际情况非常接近；并且界面可 视、直观。绘制电路图所需的元器件、仪器、仪表以图标形式出现，选取方便，并可 扩充元件库。可以对电路中的元器件设置故障，如开路、短路和不同程度的漏电等， 针对不同故障观察电路的各种状态，从而加深对电路原理的理解。
模电第一章
vo 20 lg 分贝 vi io 20 lg 分贝 ii po 10 lg 分贝 pi
上限截 fH 止频率
f
通频带： fbw=fH–fL
(1-10)
第一章
1.5 放大电路的主要性能指标
频率失真（线性失真）
幅度失真： 对不 同 频率 的 信号 增 益不同产生的失真。
(1-11)
第一章
1.5 放大电路的主要性能指标
频率失真（线性失真）
幅度失真： 对不 同 频率 的 信号 增 益不同产生的失真。 相位失真： 对不 同 频率 的 信号 相 移不同产生的失真。
(1-12)
第一章
1.5 放大电路的主要性能指标
由元 器 件非 线 性特 性 引起的失真。
end
(1-13)
第一章
2、 放大电路的符号及模拟信号放大
其中A= Vo/Vi，是Vo和Vi的相位 差 Vi和Vo分别是输入和输出电压的有效值。
(1-5)
第一章
(2)输入电阻ri 输入电阻是从放大电路输入端看进去 的等效电阻 ii 输入电阻： RS ri ri=vi / ii Av vS ~ vi 信号源 输入端 输出端 （加压求流法）
(1-6)
第一章
RL Ro RL vo RL 则电压增益为 Av Avo vi Ro RL
RL
由此可见
Av
即负载的大小会影响增益的大小
要想减小负载的影响，则希望…？ （考虑改变放大电路的参数）
Ro RL
理想情况 Ro 0
(1-15)
第一章
另一方面，考虑到 输入回路对信号源的 衰减 有
由此可见
RL
Ai
要想减小负载的影响，则希望…？ 由输入回路得
模电总结复习资料-模拟电子技术基础
第一章半导体二极管一.半导体的基础知识1.半导体---导电能力介于导体和绝缘体之间的物质(如硅Si、锗Ge)。
2.特性---光敏、热敏和掺杂特性。
3.本征半导体----纯净的具有单晶体结构的半导体。
4.两种载流子----带有正、负电荷的可移动的空穴和电子统称为载流子。
5.杂质半导体----在本征半导体中掺入微量杂质形成的半导体。
体现的是半导体的掺杂特性。
*P型半导体:在本征半导体中掺入微量的三价元素（多子是空穴，少子是电子）。
*N型半导体:在本征半导体中掺入微量的五价元素（多子是电子，少子是空穴）。
6.杂质半导体的特性*载流子的浓度---多子浓度决定于杂质浓度，少子浓度与温度有关。
*体电阻---通常把杂质半导体自身的电阻称为体电阻。
*转型---通过改变掺杂浓度，一种杂质半导体可以改型为另外一种杂质半导体。
7.PN结*PN结的接触电位差---硅材料约为0.6~0.8V，锗材料约为0.2~0.3V。
*PN结的单向导电性---正偏导通，反偏截止。
8.PN结的伏安特性二.半导体二极管*单向导电性------正向导通，反向截止。
*二极管伏安特性----同ＰＮ结。
*正向导通压降------硅管0.6~0.7V，锗管0.2~0.3V。
*死区电压------硅管0.5V，锗管0.1V。
3.分析方法------将二极管断开，分析二极管两端电位的高低:若V阳>V阴(正偏)，二极管导通(短路);若V阳<V阴(反偏)，二极管截止(开路)。
1）图解分析法该式与伏安特性曲线的交点叫静态工作点Q。
2)等效电路法直流等效电路法*总的解题手段----将二极管断开，分析二极管两端电位的高低:若V阳>V阴(正偏)，二极管导通(短路);若V阳<V阴(反偏)，二极管截止(开路)。
*三种模型微变等效电路法三.稳压二极管及其稳压电路*稳压二极管的特性---正常工作时处在PN结的反向击穿区，所以稳压二极管在电路中要反向连接。
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
模电第1章
三. PN结的电流方程 结的电流方程
根据理论分析： 根据理论分析：
i = I S (e
u
UT
1)
u 为PN结两端的电压降 结两端的电压降 i 为流过 结的电流 为流过PN结的电流
IS 为反向饱和电流 UT =kT/q 称为温度的电压当量 对于室温（相当 对于室温（相当T=300 K） ） 则有U 则有 T=26 mV。 。 其中k为玻耳兹曼常数 其中 为玻耳兹曼常数 1.38×10－23 × q 为电子电荷量 ×10－9 为电子电荷量1.6× T 为热力学温度
耗尽层
N型半导体 + + + + + + + + +
+ + +
－
多子扩散电流 少子漂移电流
扩散=漂移，电流为零，空间电荷区具有一定宽度， 扩散=漂移，电流为零，空间电荷区具有一定宽度， 内电场具有一定值。 内电场具有一定值。 正负离子区的宽度相等，称为对称结； 正负离子区的宽度相等，称为对称结；当两边杂质浓度 不同时，浓度高的一侧离子区的宽度低于浓度低的一侧， 不同时，浓度高的一侧离子区的宽度低于浓度低的一侧，称 为对称结。 为对称结。
第一章 常用半导体器件
1.1 半导体基本知识 1.2 半导体二极管 1.3 双极型晶体管 1.4 场效应管
1.1 半导体基本知识
1.1.1 本征半导体
什么是半导体？什么是本征半导体？ 什么是半导体？什么是本征半导体？ 一. 半导体 导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。 导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。 导体－－铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其 导体－－铁 －－ 铜等金属元素等低价元素， 最外层电子在外电场作用下很容易产生定向移动， 最外层电子在外电场作用下很容易产生定向移动，形 成电流。 成电流。 绝缘体－－惰性气体、橡胶等， 绝缘体－－惰性气体、橡胶等，其原子的最外层 －－惰性气体 电子受原子核的束缚力很强， 电子受原子核的束缚力很强，只有在外电场强到一 定程度时才可能导电。 定程度时才可能导电。
模拟电路第一章知识点总结
第一章半导体物理基础一、半导体基础知识半导体是电子电路元器件的主要材料，其导电性能介于导体与绝缘体之间，具有特殊的导电性质。
1.本征半导体本征半导体是完全纯净、结构完整的半导体晶体。
2.杂质半导体杂质半导体是掺入杂质元素的半导体。
价电子数多于半导体元素的杂质称为施主杂质，少于半导体元素的杂质称为受主杂质，相应的元素分别称为施主元素与受主元素。
掺入施主杂质的杂质半导体称为电子型半导体或N型半导体，掺入受主杂质的杂质半导体称为空穴型半导体或P型半导体。
杂质半导体中数量多的那种载流子称为多子，另一种数量少的载流子称为少子，N型半导体中自由电子是多子，空穴是少子，P型半导体中自由电子是少子，空穴是多子。
3.载流子在半导体中的运动载流子在半导体中有两种运动方式，漂移运动和扩散运动。
漂移运动是载流子在外加电场力作用下沿电场方向的定向运动，由漂移运动产生的电流叫漂移电流。
漂移电流等于空穴与自由电子运动产生的电流之和。
扩散运动是载流子在浓度差的作用下产生的定向运动，由扩散运动产生的电流叫扩散电流。
二、PN结1.PN结的形成过程N型半导体和P型半导体的交界面处会产生PN结。
其形成机理为：P型区到N型区的过渡带两边浓度差很大，形成的扩散运动使过渡区域产生强烈的复合作用，产生一个空间电荷区，也叫耗尽区，扩散运动使过渡带内产生电位差和电场，称为接触电位差和内建电场，内建电场由N型区指向P型区，阻碍多子的扩散运动，促进过渡带中少子的漂移运动，当两者速度相等达到平衡状态后，过渡带中的接触电位差、内建电场强度、空间电荷区宽度均处于稳定值，PN结形成。
P、N的过渡带称为PN结，其宽度等于耗尽区的宽度。
2.PN结的伏安特性PN结的正偏（正向偏置）是指两端电压正极接在P区，负极接在N区，反之则称为反偏（反向偏置）。
正偏时PN结中会有较大的正向电流，且随着正偏电压增大迅速增大，一般认为正偏时PN是导通的，电阻很小。
反偏时PN结中只有很小的反向电流通过，在很大范围内随着反偏电压增大，反向电流变化不明显，具有与少子浓度关系较大的反向饱和电流，其数值很小，一般认为PN结在反偏下截止，电阻无穷大，相当于绝缘体，可以等效为电容，称为结电容。
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由此可见 RL
Av 即负载的大小会影响增益的大小
要想减小负载的影响，则希望…？ （考虑改变放大电路的参数）
Ro RL
理想情况 Ro 0
1.4 放大电路模型
（1）电压放大模型
另一方面，考虑到 输入回路对信号源的 衰减
有
vi
Ri Rs
Ri
vs
要想减小衰减，则希望…？
Ri Rs 理想情况 Ri
1.4 放大电路模型
（2）电流放大模型
Ais ——负载短路时的
电流增益
由输出回路得
io
Ais ii
Ro Ro RL
则电流增益为
Ai
io ii
Ais
Ro Ro RL
由此可见 RL
Ai
要想减小负载的影响，则希望…？ Ro RL 理想情况 Ro
由输入回路得
ii
is
Rs Rs Ri
要想减小对信号源的衰减，则希望…？ Ri Rs 理想情况 Ri 0
vo vi
互阻增益
Ar
vo ii
()
简化电路
电流增益
Ai
io ii
互导增益
Ag
io vi
(S)
1.4 放大电路模型
2、放大电路模型
（1）电压放大模型
Avo ——负载开路时的
电压增益
Ri ——输入电阻
Ro ——输出电阻 RL
则电压增益为
Av
vo vi
Avo
RL Ro RL
[o ( ) i ( )]
或写为 Av Av ()()
其中Av ()
Vo (j) Vi (j)
称为幅频响应 ( ) o ( ) i ( ) 称为相频响应
1.5 放大电路的主要性能指标
4、频率响应
A、频率响应及带宽
该图称为波特图 纵轴：dB 横轴：对数坐标
其中
fH — —上限频率 fL — —下限频率
1.4 放大电路模型
（3） 互阻放大模型（自学） （4） 互导放大模型（自学） （5） 隔离放大电路模型
输入输出回路没有公共端
1.5 放大电路的主要性能指标
性能指标：是衡量放大电路品质优劣的标准，同时这些指标还 决定放大电路的适用范围。
1、输入电阻
Ri
vt it
1.5 放大电路的主要性能指标
2、输出电阻
Ag
io vi
电流增益 20lg Ai (dB)
功率增益 10lg AP (dB)
1.5 放大电路的主要性能指标
4、频率响应
A、频率响应及带宽 在输入正弦信号情况下，输出随输入信号频率连续
变化的稳态响应，称为放大电路的频率响应。
电压增益可表示为
A v
(
j)
Vo (j) Vi (j)
Vo (j ) Vi (j )
❖ 学习目的
1、掌握基本概念、基本电路、基本分析方法和基 本实验技能。
2、具有能够继续深入学习和接受电子技术新发展 的能力，以及将所学知识用于本专业的能力。
1.1 信号 1.2 信号的频谱 1.3 模拟信号和数字信号 1.4 放大电路模型 1.5 放大电路的主要性能指标
1.1 信号
1、信号： 信息的载体
❖ 学习方法
1、掌握基本概念、基本电路、基本分析方法及基 本应用 基本概念：概念是不变的，应用是灵活的。
基本电路：构成原则不变的基础上电路的形式 是基多本样 分的 析。 方法：不同的电路性能指标和描述方 法不同，分析方法不同。 2、辩证的全面地分析电路中的问题 最适用的电路才是最好的电路。
3、注意常用的电路定理在电子电路中的应用。
BW fH fL 称为带宽
当 fH fL时，BW fH
普通音响系统放大电路的幅频响应
1.5 放大电路的主要性能指标
4、频率响应
B、频率失真（线性失真）
幅度失真： 对不同频率的信号增
益不同产生的失真。
1.5 放大电路的主要性能指标
4、频率响应
B、频率失真（线性失真）
幅度失真： 对不同频率的信号增
益不同产生的失真。
相位失真： 对不同频率的信号相
移不同产生的失真。
1.5 放大电路的主要性能指标
5、非线性失真
由元器件非线性特性 引起的失真。
非线性失真系数:
Vo2k
k2 100%
Vo1
Vo1是输出电压信号基波分量的 有效值，Vok是高次谐波分量的有效
值，k为正整数。
end
vt
R o
vs 0,RL
it
注意：输入、输出电阻为线性情况下的交流电阻
1.5 放大电路的主要性能指标
3、增益
反映放大电路在输入信号控制下，将供电电源能量 转换为输出信号能量的能力。
四种增益
Av
vo vi
Ai
io ii
Ar
vo ii
其中 Av、Ai 常用分贝（dB）表示。
电压增益 20lg Av (dB)
微音器（话筒）输出的某一段信号的波形
1.1 信号
2、电信号源的电路表达形式
电压源等效电路
is
vs Rs
电流源等效电路
1.3 模拟信号和数字信号
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。
O
t
模拟信号
数字信号
处理模拟信号的电子电路称为模拟电路。
1.4 放大电路模型
1、放大电路的符号及模拟信号放大 信号的放大：是最基本的模拟信号处理功能，是通过各 种放大电路实现的。（线性的放大） 放大的本质：是对能量的控制。 有源元件：能控制能量的元件。如晶体管，场效应管。
实际电路
简化电路
1.4 放大电路模型
1、放大电路的符号及模拟信号放大
实际电路
电压增益（电压放大倍数）
Av
课程性质及特点
❖ 课程性质：入门性质的技术基础课 ❖ 课程特点：
1、工程性
※实际工程需证明其可行性。（定性分析） ※实际工程在满足其性能指标的前提下，总容许存在一 定的误差范围。（要合理估算）
2、实践性
※常用电子仪器的使用方法。 ※电子电路的测试方法。 ※故障的诊断与排除方法。 ※EDA软件的使用方法。