模电模拟电路基础2010第1章

1、第一章第一章 常用半导体器件常用半导体器件 课件下载网址：课件下载网址： 38/wlxt (本校的网络学堂）本校的网络学堂） （光电信息学院（光电信息学院 模拟电路分析，钟建模拟电路分析，钟建 教案教案 密码：密码：502 ） 集成电路的分类与外形集成电路的分类与外形 集成电路的分类集成电路的分类 1 1、按功能、按功能 模拟集成电路模拟集成电路 数字集成电路数字集成电路 2、按集成度、按集成度 小规模小规模 中规模中规模 大规模大规模 超大规模超大规模 3 3、按工艺、按工艺 半导体半导体 薄膜薄膜 厚膜厚膜 低频信号发生器的内部结构低频信号发生器的内部结

2、构 电路电路 Electric circuit of a radio receiver antenna L1 0.445 H C4 C2 2200PF C3 0.1 U1 SBL-1 1 3,4 2,5,6 7 8 Q1 Oscillator R2 R1 R3 R4 R5 R6 R7 R8R9 R10 R11 R12 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 C12C13 C14 C15 C16 C17 C18 + + + + _ _ _ 12V dc L3 1mH L2 22.7 H 47 10K 10K 220 100K 100K 1M 15K15K 10K 47 10 C1 910

3、910 5 532 0.1 1.0 F 1.0 F 100 F 100 F 100 F 0.0033 0.1 0.0022 0.47 0.1 Audio Output 7MHz to U1.pin8 U2B U2A U3 Audio power amp 5 6 7 3 2 1 8 4 2 36 5 4 板布局如图所示: 正弦 波发 生器 方波 发生 器 微(积)分电路 全 加 器 迟滞 比较 器 电源及 电阻网络 绪论 1.19041.1904年发明了真空二极管年发明了真空二极管 第一代电子器件诞生。第一代电子器件诞生。 2.19482.1948年研制出晶体三极管年研制出晶体三极管 第二代电子

4、器件出现。第二代电子器件出现。 3.19503.1950年代末研制出集成电路年代末研制出集成电路 第三代电子器件出现。第三代电子器件出现。 4.4.近几十年来集成电路发展成小规模、中规模、大规模及超大近几十年来集成电路发展成小规模、中规模、大规模及超大 规模（几十平方毫米的片子上，可集成上百万个元件）规模（几十平方毫米的片子上，可集成上百万个元件） 5.5.电子技术学科可划分为两类：电子技术学科可划分为两类： (1).(1).模拟电子技术：可细分为低频、高频，主要研究对模拟信模拟电子技术：可细分为低频、高频，主要研究对模拟信 号的处理。号的处理。 (2).(2).数字电子技术：研究逻辑电路，对

5、数字信号进行处理。数字电子技术：研究逻辑电路，对数字信号进行处理。 模拟电路与日常生活息息相关、其发展随器件的发展经历了模拟电路与日常生活息息相关、其发展随器件的发展经历了 以下几个阶段：以下几个阶段： 本课程研究的主要对象本课程研究的主要对象低频模拟信号低频模拟信号 的放大电路的放大电路（故本课程又叫低频电路）（故本课程又叫低频电路） 信号数据可用于表示任何信息，如符号、文字、语音、图信号数据可用于表示任何信息，如符号、文字、语音、图 像等，从表现形式上可归结为两类：模拟信号和数字信号。像等，从表现形式上可归结为两类：模拟信号和数字信号。 模拟信号指幅度的取值是连续的（幅值可由无限个数值表模

6、拟信号指幅度的取值是连续的（幅值可由无限个数值表 示）。时间上连续的模拟信号连续变化的图像（电视、传真）示）。时间上连续的模拟信号连续变化的图像（电视、传真） 信号等，如图（信号等，如图（a）所示。）所示。 数字信号指幅度的取值是离散的，幅值表示被限制在有限数字信号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。二进制码个数值之内。二进制码(0,1)就是一种数字信号。就是一种数字信号。 模拟信号放大模拟信号放大 “放大放大” 的含义的含义 其本质是电源能量在被放大的信号控制下向负载的输出；其本质是电源能量在被放大的信号控制下向负载的输出； 一是能将微弱的电信号增强到人们所需要的数值（即

7、放大一是能将微弱的电信号增强到人们所需要的数值（即放大 电信号），以便于人们测量和使用；电信号），以便于人们测量和使用；（一般情况）（一般情况） 二是要求放大后的信号波形与放大前的波形的形状相同或二是要求放大后的信号波形与放大前的波形的形状相同或 基本相同，即信号不能失真（如音响系统）。基本相同，即信号不能失真（如音响系统）。 放大是最基本的模拟信号处理功能，它是通过放大电路实放大是最基本的模拟信号处理功能，它是通过放大电路实 现的，大多数模拟电子系统中都应用了不同类型的放大电路。现的，大多数模拟电子系统中都应用了不同类型的放大电路。 模拟信号放大模拟信号放大 放大电路放大电路的一般符号如图所

8、示，的一般符号如图所示，us为信号源电压为信号源电压 ，Rs为信号源内阻，为信号源内阻，ui和和ii分别为输入电压和输入电流分别为输入电压和输入电流 ，RL为负载电阻，为负载电阻，uo和和io分别为输出电压和输出电流分别为输出电压和输出电流 。在实际应用中，根据放大电路输入信号的条件和对在实际应用中，根据放大电路输入信号的条件和对 输出信号的要求，放大电路可分为四种类型。输出信号的要求，放大电路可分为四种类型。 1.如果只需考虑电路的输出电压如果只需考虑电路的输出电压Vo和输入电压和输入电压Vi的关系，则的关系，则 可表达为：可表达为：Vo = AvVi 式中式中 Av为电路的电压增益。这种只

9、考为电路的电压增益。这种只考 虑电压增益的电路称为虑电压增益的电路称为电压放大电路电压放大电路。 2.同样，若只考虑图中放大电路的输出电流同样，若只考虑图中放大电路的输出电流Io和输入电流和输入电流Ii 的的 关系，则可表达为：关系，则可表达为：Io = AiIi式中式中Ai为电流增益，这种电路称为电流增益，这种电路称 为为电流放大电路电流放大电路。 放大电路可分为四种类型放大电路可分为四种类型 3.当需要把电流信号转换为电压信号，则可利用所谓当需要把电流信号转换为电压信号，则可利用所谓互阻放大互阻放大 电路电路，其表达式为：，其表达式为：Vo=ArIi 式中式中 Ii为放大电路的输入电流，为

10、放大电路的输入电流， Vo为输出电压，为输出电压，Ar为互阻增益，其量纲为欧。为互阻增益，其量纲为欧。 4.把电压信号转换为与之相应变化的电流输出的关系可表达为：把电压信号转换为与之相应变化的电流输出的关系可表达为： Io=AgVi式中式中Ag称为放大电路的互导增益，它具有导纳量纲称为放大电路的互导增益，它具有导纳量纲S。 相应地，这种放大电路得名为相应地，这种放大电路得名为互导放大电路互导放大电路。 放大电路可分为四种类型放大电路可分为四种类型 符号说明：符号说明：(请同学们注意，见教材目录前请同学们注意，见教材目录前) 直流信号：参量和下标均大写，直流信号：参量和下标均大写，VBE , I

11、B; 交流瞬时值：参量和下标均小写，交流瞬时值：参量和下标均小写， vbe , ib; 交流有效值：参量大写和下标小写，交流有效值：参量大写和下标小写， Vbe , Ib; 交直流信号：参量小写和下标大写，交直流信号：参量小写和下标大写，vBE , iB; 一一. .课程特点课程特点 1）规律性）规律性 2）非线性）非线性 3）工程性）工程性 4）模拟性）模拟性 基本电子电路的组成具有规律性；基本电子电路的组成具有规律性； 半导体器件具有非线性；半导体器件具有非线性； 即近似性，抓主要矛盾；即近似性，抓主要矛盾；第一门工程第一门工程 类学科；类学科； 模型化；模型化； 怎么学？（How） 5）

12、理论基础）理论基础 半导体物理、高等数学等，部分章半导体物理、高等数学等，部分章 节需要自学、预习并培养自学能力；节需要自学、预习并培养自学能力； 6） 全书重点及难点：全书重点及难点：1，2，4，6，7, 10章。章。 怎么学？（How） 二二. .具体要求具体要求 1）抓）抓“三基三基”：基本概念、基本原理、基本分析方法。：基本概念、基本原理、基本分析方法。 2）课堂检查（点名、提问和随堂练习）和作业）课堂检查（点名、提问和随堂练习）和作业20 （缺一次扣（缺一次扣1分分)，计入期末总成绩。，计入期末总成绩。 4）作业，单周）作业，单周星期三星期三交。交。 3）全校统考，半期考试）全校统考

13、，半期考试20，期末考试，期末考试60. 5）培养严谨的工作态度，弱电可能烧毁器件，强电可能有生）培养严谨的工作态度，弱电可能烧毁器件，强电可能有生 命危险。命危险。 6）答疑，学校课程组统一安排。）答疑，学校课程组统一安排。 参考书目： 1） Robert Boylestan, Louis Nashelsky. Electronic Devices and Circuit Theory. Preantice-Hall, Inc.,1996； 2）Theodore F. Bogart. Linear Electronics. Macmillan. Publishing Company, 199

14、4； 3） Engineering Circuit Analysis， William H. Hayt, Jr. Jack E. Kemmerly Steven M.Durbin (英文原版英文原版) 电子工业出版社，电子工业出版社，2002年年6月引进；月引进； 5）模拟电路分析与设计基础）模拟电路分析与设计基础 吴援明吴援明 科学出版社科学出版社 2008； 4） Fundamentals of Electric Circuits， Charles K.Alexander ， Matthew N.O.Sadiku，(英文原版英文原版) 清华大学出版社，清华大学出版社，2000年年12月引进

15、；月引进； 6）电子电路基础）电子电路基础(第二版第二版)，张凤言，高等教育出版社，张凤言，高等教育出版社，1995； 7）模拟电路基础，）模拟电路基础， 秦世才，秦世才， 天津天津 ： 南开大学出版社南开大学出版社 1998； 8）低频电子线路，）低频电子线路， 金泽滇、刘毅坚金泽滇、刘毅坚 长沙：国防科技大学出版社，长沙：国防科技大学出版社， 1998。 第第一章一章 常用半导体器件常用半导体器件 半导体的特性半导体的特性 本征半导体本征半导体 杂质半导体杂质半导体 何谓半导体何谓半导体? 物体分类物体分类 导体导体 电导率 电导率为大于为大于10105 5s.cms.cm-1 -1，量级

16、 ，量级; ; 绝缘体绝缘体 电导率电导率为为1010-22 -22-10 -10-14 -14 s.cm s.cm-1 -1量级 量级; ; 导电能力介于导体和绝缘体之间。导电能力介于导体和绝缘体之间。半导体半导体 电导率电导率为为10105 5s.cms.cm-1 -1 量级，如：量级，如： 银、铜、金、铝。银、铜、金、铝。 导电率导电率1010-22 -22-10 -10-14 -14 s.cm s.cm-1 -1 量级，如：橡胶、云母、量级，如：橡胶、云母、 塑料等。塑料等。 电电导率为导率为1010-9 -9-10 -102 2 s.cm s.cm-1 -1 量级，如：硅、锗、量级，

17、如：硅、锗、 砷化镓（集成电路）等砷化镓（集成电路）等。 电阻率：银电阻率：银Ag 1.60Ag 1.60（1010-6 -6 m m） 金金Au 2.40Au 2.40（1010-6 -6 m m） (1)电阻率是用来表示各种电阻率是用来表示各种 物质电阻特性的物理量。物质电阻特性的物理量。 某种材料制成的长某种材料制成的长1m、横、横 截面积是截面积是1mm2的在常温下的在常温下(20 时）导线的电阻，称为这种材料时）导线的电阻，称为这种材料 的的电阻率电阻率。 国际单位制中，电阻率的单国际单位制中，电阻率的单 位是欧姆位是欧姆米米( )。 电阻率的计算公式为：电阻率的计算公式为： 式中式

18、中 电阻率，电阻率， ； S横截面积，横截面积， ； R电阻值，电阻值， ； L导线的长度，导线的长度，m。 电阻率和电阻是两个不同概电阻率和电阻是两个不同概 念。念。 电阻率是反映物质对电流阻碍电阻率是反映物质对电流阻碍 作用的属性作用的属性; 电阻是反映物体对电流阻碍作电阻是反映物体对电流阻碍作 用。用。 电导率是用来表示物质中电电导率是用来表示物质中电 流动的难易程度，是物质固有的流动的难易程度，是物质固有的 物理量。物理量。 电导率与电阻率之间是互为电导率与电阻率之间是互为 倒数关系，即：倒数关系，即： 电导率电导率=1/电阻电阻 率。率。 电导率的单位是电导率的单位是S/m或或 者者

19、 。 半导体特性半导体特性 掺入杂质则导电率增加几百倍掺入杂质则导电率增加几百倍掺杂特性掺杂特性半导体器件半导体器件 温度增加使导电率大为增加温度增加使导电率大为增加温度特性温度特性 热敏器件热敏器件 光照不仅使导电率大为增加还可以产生电动势光照不仅使导电率大为增加还可以产生电动势光照特性光照特性 光敏器件光敏器件 光电器件光电器件 本征半导体本征半导体 完全纯净、结构完整的半导体晶体。完全纯净、结构完整的半导体晶体。 纯度：纯度：99.99999%，“7N”， 它在物理结构上呈单晶体形态。它在物理结构上呈单晶体形态。 常用的本征半导体常用的本征半导体 Si+14 2 8 4Ge +32 2

20、8 18 4 +4 本征半导体的原子结构和共价键本征半导体的原子结构和共价键 +4+4+4 +4+4+4 +4 +4+4 共价键内的电子共价键内的电子 称为束缚电子称为束缚电子 价带价带 导带导带 挣脱原子核束缚的电子挣脱原子核束缚的电子 称为自由电子称为自由电子 价带中留下的空位价带中留下的空位 称为空穴称为空穴 禁带禁带EG 外电场外电场E 自由电子定向移动自由电子定向移动 形成电子流形成电子流 束缚电子填补空穴的束缚电子填补空穴的 定向移动形成空穴流定向移动形成空穴流 详见详见“半导体物理半导体物理”。在半导体物理中，通常把这种形成共在半导体物理中，通常把这种形成共 价键的价电子所占据的

21、能带称为价带，价键的价电子所占据的能带称为价带，而而 把价带上面邻近空带把价带上面邻近空带 （自由电子占据的能带）称为导带。（自由电子占据的能带）称为导带。导带和价带之间为禁带。导带和价带之间为禁带。 1. 本征半导体中有两种载流子本征半导体中有两种载流子 自由电子和空穴，自由电子和空穴， 它们是成对出现的。它们是成对出现的。 2. 在外电场的作用下，产生电流在外电场的作用下，产生电流 电子流和空穴流。电子流和空穴流。 电子流电子流 自由电子作定向运动形成的，自由电子作定向运动形成的， 与外电场方向相反，与外电场方向相反， 自由电子始终在导带内运动。自由电子始终在导带内运动。 空穴流空穴流 价

22、电子递补空穴形成的，价电子递补空穴形成的， 与外电场方向相同，与外电场方向相同， 始终在价带内运动。始终在价带内运动。 由此我们可以看出：由此我们可以看出： 本征半导体的载流子的浓度本征半导体的载流子的浓度 电子浓度电子浓度n ni i : :表示单位体积的自由电子数； 表示单位体积的自由电子数； 空穴浓度空穴浓度p pi i : :表示单位体积的空穴数表示单位体积的空穴数。 结论结论 1. 本征半导体中本征半导体中 电子浓度电子浓度n ni i = = 空穴浓度空穴浓度p pi i； ； 2. 载流子的浓度与载流子的浓度与T有关。有关。 当材料一定时：当材料一定时： 载流子的浓度主要取决于温

23、度；载流子的浓度主要取决于温度； 温度增加使导电能力激增。温度增加使导电能力激增。 且温度可人为控制且温度可人为控制 。 三. 杂质半导体 本征半导体缺点？本征半导体缺点？ 1、自由电子浓度、自由电子浓度=空穴浓度；空穴浓度； 2、载流子少，导电性差，温度稳定性差！、载流子少，导电性差，温度稳定性差！ (1) N型半导体 (2) P型半导体 (3) 杂质对半导体导电性的影响 杂质半导体杂质半导体 掺入杂质的本征半导体。掺入杂质的本征半导体。 掺杂后半导体的导电率大为提高；掺杂后半导体的导电率大为提高； 掺入的三价元素如硼掺入的三价元素如硼B、Al、铟、铟In等，等， 形成形成P型半导体，也称空

24、穴型半导体；型半导体，也称空穴型半导体； 掺入的五价元素如磷掺入的五价元素如磷P、砷、砷Se等，等， 形成形成N型半导体，也称电子型半导体。型半导体，也称电子型半导体。 N (Negative N (Negative 负）型半导体负）型半导体 +4+4+4 +4+4+4 +4 +4+4 +5 +5 在本征半导体中掺入的五价元素如磷。在本征半导体中掺入的五价元素如磷。 自由电子是多子自由电子是多子 空穴是少子空穴是少子 杂质原子提供杂质原子提供 由热激发形成由热激发形成 由于五价元素很容易贡献电子，由于五价元素很容易贡献电子， 因此将其称为施主杂质。施主因此将其称为施主杂质。施主 杂质因提供自由

25、电子而带正电杂质因提供自由电子而带正电 荷成为正离子。荷成为正离子。 N（ Negative Negative 负）负）型半导体（型半导体（电子型半导体）电子型半导体） 掺掺 杂：杂： 特特 点点： 多数载流子：自由电子（主要由杂质原子提供）多数载流子：自由电子（主要由杂质原子提供） 少数载流子：空穴（少数载流子：空穴（ 由热激发形成）由热激发形成） 少量掺入五价杂质元素（如：磷，砷等）少量掺入五价杂质元素（如：磷，砷等） P （ Positive 正）型半导体正）型半导体 +4+4+4 +4+4+4 +4 +4+4 +3 +3 在本征半导体中掺入的三价元素如硼。在本征半导体中掺入的三价元素如

26、硼。 自由电子是少子自由电子是少子空穴是多子空穴是多子 杂质原子提供杂质原子提供 由热激发形成由热激发形成 因留下的空穴很容易俘获因留下的空穴很容易俘获 电子，使杂质原子成为负电子，使杂质原子成为负 离子。三价杂质离子。三价杂质 因而也称因而也称 为受主杂质。为受主杂质。 P（ Positive Positive 正）型半导体（正）型半导体（空穴空穴型半导体）型半导体） 掺掺 杂杂：少量掺入三价杂质（如硼、镓和铟等）：少量掺入三价杂质（如硼、镓和铟等） 特特 点点： 多子：空穴（主要由杂质原子提供）多子：空穴（主要由杂质原子提供） 少子：电子（少子：电子（ 由热激发形成）由热激发形成） 杂质半

27、导体的载流子浓度杂质半导体的载流子浓度 在杂质型半导体中，多子浓度比在杂质型半导体中，多子浓度比 本征半导体的浓度大得多，而少子浓本征半导体的浓度大得多，而少子浓 度比本征半导体的浓度小得多，但度比本征半导体的浓度小得多，但两两 者乘积保持不变，并等于者乘积保持不变，并等于ni2 。 详见详见“半导体物理半导体物理”。 v在杂质半导体中，尽管杂质含量很少，但提供的载流子数在杂质半导体中，尽管杂质含量很少，但提供的载流子数 量计算仍远大于本征半导体中载流子的数量。量计算仍远大于本征半导体中载流子的数量。 例如：例如：T=300k时，锗本征半导时，锗本征半导ni=2.51013/cm3,锗原子密度

28、锗原子密度 为为4.4*1022/cm3,若掺入砷原子是锗原子密度的万分之一。若掺入砷原子是锗原子密度的万分之一。 v则施主杂质浓度为：则施主杂质浓度为： ND=10-44.41022=4.41018/cm3 （比（比ni大十万倍）大十万倍） 杂质半导体的载流子浓度 在杂质型半导体中：在杂质型半导体中： 多子浓度比本征半导体的浓度大得多；多子浓度比本征半导体的浓度大得多； 载流子的浓度主要取决于多子（即杂质浓度），载流子的浓度主要取决于多子（即杂质浓度）， 故使导电能力激增故使导电能力激增 。 结结 论 论 半导体的热敏性半导体的热敏性； 半导体的半导体的掺杂特性；掺杂特性； 半导体的半导体的

29、光敏性特性；光敏性特性； 是可人为控制的。是可人为控制的。 结论结论 P区区 N区区 PN结原理结原理 PN结单向导电特性结单向导电特性 (1).(1).两种半导体结合后，由于浓度差产两种半导体结合后，由于浓度差产 生载流子的扩散运动生载流子的扩散运动 结果产生空结果产生空 间电荷区间电荷区耗尽层（多子运动）。耗尽层（多子运动）。 + + + + + + + + + P N 载流子要从浓度大载流子要从浓度大 区域向浓度小的区域区域向浓度小的区域 扩散扩散,称载流子的扩散称载流子的扩散 的运动的运动 (2).(2).空间电荷区产生空间电荷区产生建立了内电场建立了内电场 产生载流子定向运动（漂移运

30、动）产生载流子定向运动（漂移运动） (3).(3).扩散运动产生扩散电流；漂移运动扩散运动产生扩散电流；漂移运动 产生漂移电流。产生漂移电流。 动态平衡时：扩散电流动态平衡时：扩散电流= =漂移电流。漂移电流。 PNPN结内总电流结内总电流=0=0。 PN PN结的宽度一定结的宽度一定 。 把载流子在电场作把载流子在电场作 用下的定向移动称用下的定向移动称 为漂移运动为漂移运动 一一.PN.PN结的基本原理：结的基本原理： （一）（一）.PN.PN结的形成：结的形成： 当扩散运动当扩散运动内电场内电场漂移运漂移运 动动扩散运动扩散运动动态平衡。动态平衡。 自由电子自由电子 空穴空穴 + + +

31、 + + + PN + + + P区区 N区区扩散运动扩散运动 载流子载流子从从浓度浓度大大向浓度向浓度小小 的区域的区域扩散扩散,称称扩散运动扩散运动 形成的电流成为形成的电流成为扩散电流扩散电流 内电场内电场 内电场内电场阻碍多子阻碍多子向对方的向对方的扩散扩散 即即阻碍扩散运动阻碍扩散运动 同时同时促进少子促进少子向对方向对方漂移漂移 即即促进了漂移运动促进了漂移运动 扩散运动扩散运动=漂移运动时漂移运动时 达到达到动态平衡动态平衡 内电场阻止多子扩散内电场阻止多子扩散 因浓度差因浓度差 多子的扩散运动多子的扩散运动由由杂质离子形成空间电荷区杂质离子形成空间电荷区 空间电荷区形成内电场空

32、间电荷区形成内电场 内电场促使少子漂移内电场促使少子漂移 扩散运动扩散运动 多子从浓度大向浓度小的区域扩散多子从浓度大向浓度小的区域扩散,称扩散运动称扩散运动 扩散运动产生扩散电流扩散运动产生扩散电流 漂移运动漂移运动 少子向对方漂移少子向对方漂移,称漂移运动称漂移运动 漂移运动产生漂移电流。漂移运动产生漂移电流。 动态平衡动态平衡扩散电流扩散电流= =漂移电流，漂移电流，PNPN结内总电流结内总电流=0=0。 PN PN 结结稳定的空间电荷区，稳定的空间电荷区，又称高阻区， 又称高阻区， 也称耗尽层。也称耗尽层。 V V 内电场的建立，使内电场的建立，使PNPN结中产生结中产生 电位差。从而

33、形成接触电位电位差。从而形成接触电位V V / /导导 通电压通电压U UON ON 接触电位接触电位V V /导通电压导通电压UON 决定于材料及掺杂浓度决定于材料及掺杂浓度 硅：硅： V V =0.6-0.8V=0.6-0.8V 典型值典型值0.7V0.7V 锗：锗： V V =0.2-0.3V=0.2-0.3V 1. PN1. PN结加正向电压时的导电情况结加正向电压时的导电情况 外电场方向与外电场方向与PN结内电场结内电场 方向相反，削弱了内电场方向相反，削弱了内电场 。 于是内电场对多子扩散运于是内电场对多子扩散运 动的阻碍减弱，扩散电流动的阻碍减弱，扩散电流 加大。加大。 扩散电流

34、远大于漂移电流扩散电流远大于漂移电流 ，可忽略漂移电流的影响，可忽略漂移电流的影响 PN结呈现低阻性。结呈现低阻性。 P区的电位高于区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏；区的电位，称为加正向电压，简称正偏； 内内 外外 2. PN2. PN结加反向电压时的导电情况结加反向电压时的导电情况 外电场与外电场与PN结内电场方向结内电场方向 相同，增强内电场。相同，增强内电场。 内电场对多子扩散运动阻内电场对多子扩散运动阻 碍增强，扩散电流大大减碍增强，扩散电流大大减 小。少子在内电场的作用小。少子在内电场的作用 下形成的漂移电流加大。下形成的漂移电流加大。 此时此时PN结区少子漂移电流结

35、区少子漂移电流 大于扩散电流，可忽略扩大于扩散电流，可忽略扩 散电流。散电流。 PN结呈现高阻性结呈现高阻性 P区的电位低于区的电位低于N区的电位，称为加反向电压，简称反偏；区的电位，称为加反向电压，简称反偏； 内内 外外 由此可以得出结论：由此可以得出结论：PN结结 具有单向导电性。具有单向导电性。 PN结加正向电压时，呈现结加正向电压时，呈现 低电阻，具有较大的正向低电阻，具有较大的正向 扩散电流；扩散电流； PN结加反向电压时，呈现高结加反向电压时，呈现高 电阻，具有很小的反向漂移电阻，具有很小的反向漂移 电流。电流。 PN结形成结形成 P N +- - - - - - - - + +

36、+ + + + + 由于接触面载由于接触面载 流子运动形成流子运动形成 PN结结示意图示意图 内电场内电场 - + 扩散运动扩散运动 漂移运动漂移运动 PN结结变窄变窄 P N + - R 外加正向电压示意外加正向电压示意(导电）导电） PN结结变宽变宽 P N - + R 外加反向电压示意（截止）外加反向电压示意（截止） 正向电流正向电流If 反向电流反向电流Is PN结加正向电压时结加正向电压时电阻很小，电流大电阻很小，电流大。 加反向电压时加反向电压时电阻很大，电流小。电阻很大，电流小。 结论：结论：PN结具有单向导电性。结具有单向导电性。 PN结结的实质的实质 PN结结=空间电荷区空间

37、电荷区=耗尽层耗尽层=阻挡层阻挡层=势垒势垒 层层=内电场内电场= =电阻电阻 PN PN结的单向导电性结的单向导电性 单向导电性：单向导电性： PN结正偏时导通（大电流），结正偏时导通（大电流）， PN结反偏时截止（小电流）。结反偏时截止（小电流）。 式中式中 Is 反向饱和电流反向饱和电流; UT = kT/q 温度电压当量。温度电压当量。 k 波尔兹曼常数波尔兹曼常数 （1.3810-23J/K)； T=300k（室温）时（室温）时 UT= 26mv（很重要）（很重要） 由半导体物理可推出由半导体物理可推出： PN结两端的电压与结两端的电压与 流过流过PN结电流的关系式结电流的关系式 式中式中 T=300k（室温）时（室温）时 UT= 26mv（很重要）（很重要） 由半导体物理可推出由半导体物理可推出： 当加反向电压时当加反向电压时： 当加正向电压时当加正向电压时： (UUT) PN结两端