模电课件 1绪论及半导体基础 考研备考期末复习

1、模拟电子技术之模拟电子技术之绪绪 论论绪绪 论论一、电子技术的发展历程和重要性一、电子技术的发展历程和重要性二、模拟电子技术与数字电子技术的关系二、模拟电子技术与数字电子技术的关系三、如何学习这门课程三、如何学习这门课程绪绪 论论一、电子技术的发展一、电子技术的发展日新月异日新月异 无处不在无处不在立足基础立足基础 面向未来面向未来非学不可非学不可电子技术电子技术 电子技术的飞速发展，得益于元器件，和计算机技术的发展。电子管电子管晶体管晶体管集成电路集成电路1904年年电子管问世电子管问世绪绪 论论绪绪 论论绪绪 论论绪绪 论论1946年，年，ENICA（埃尼亚克）（埃尼亚克）,占地占地170

2、m2 ,重重30T,140KW，18000电子管电子管,6000个开关个开关,1500个继电器个继电器,5000次次/秒秒,售价售价50万美元，万美元，外插拔式执行程序，用于计算弹道和外插拔式执行程序，用于计算弹道和研制氢弹。研制氢弹。编程编程更换电子管更换电子管ENICA第三次产业革命开始的标志第三次产业革命开始的标志。绪绪 论论一、电子技术的发展一、电子技术的发展电子管电子管晶体管晶体管集成电路集成电路1904年年电子管问世电子管问世1947年年晶体管诞生晶体管诞生 电子技术的飞速发展，得益于元器件，和计算机技术的发展。第一只晶体管的发明者第一只晶体管的发明者（by John Bardee

3、n , William Schockley and Walter Brattain in Bell Lab） 他们在他们在1947年年11月底发明了晶月底发明了晶体管，体管，1956年获诺贝尔物理学奖。年获诺贝尔物理学奖。绪绪 论论微电子技术的先声微电子技术的先声1954年，贝尔实验室，年，贝尔实验室，TRADIC800支晶体管，占地支晶体管，占地3立方英尺立方英尺100W，可进行浮点运算，可进行浮点运算，1964年，中国制成了第一台全晶年，中国制成了第一台全晶体管电子计算机体管电子计算机441B型。型。 绪绪 论论绪绪 论论一、电子技术的发展一、电子技术的发展 电子技术的飞速发展，得益于元器

4、件，和计算机技术的发展。电子管电子管晶体管晶体管集成电路集成电路1904年年电子管问世电子管问世1947年年晶体管诞生晶体管诞生1958年集成电年集成电路研制成功路研制成功绪绪 论论 1958年，美国德克萨斯仪器公司工程师基尔比制成了世界第年，美国德克萨斯仪器公司工程师基尔比制成了世界第一块集成电路，实现了把电子器件集成在一块半导体材料上的一块集成电路，实现了把电子器件集成在一块半导体材料上的构想。于构想。于2000年获得诺贝尔物理学奖年获得诺贝尔物理学奖第一个集成电路及其发明者（第一个集成电路及其发明者（ Jack Kilby from TI ） 1958年年 集成电路集成电路 1969年年

5、 大规模集成电路大规模集成电路 1975年年 超大规模集成电路超大规模集成电路绪绪 论论手机电路手机电路绪绪 论论 第一片集成电路只有第一片集成电路只有4个晶体管，而个晶体管，而1997年年一片集成电路中有一片集成电路中有40亿亿个晶体管。个晶体管。 摩尔定律是由摩尔定律是由Intel创始人之一创始人之一 Gordon Moore （戈登（戈登.摩摩尔）提出来的：尔）提出来的：IC上可容纳的晶体管数目，约每隔上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月便会个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。或者说，当价格不变时，每一增加一倍，性能也将提升一倍。或者说，当价格不变时，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔美

6、元所能买到的电脑性能，将每隔18个月翻两倍以上。个月翻两倍以上。绪绪 论论二、模拟电子技术与数字电子技术二、模拟电子技术与数字电子技术晶体管晶体管放大电流放大电流开关电流开关电流模拟电子技术模拟电子技术数字电子技术数字电子技术1 1、电子电路的分类：、电子电路的分类：电子技术两大分支电子技术两大分支模拟电路：分析和处理的是模拟信号数字电路：分析和处理的是数字信号时间和幅值连续时间和幅值连续时间和幅值离散时间和幅值离散例例: :常见模拟信号常见模拟信号ut正弦波正弦波tu三角波三角波 tu阻尼振荡波阻尼振荡波绪绪 论论二、模拟电子技术与数字电子技术二、模拟电子技术与数字电子技术晶体管晶体管放大电

7、流放大电流开关电流开关电流模拟电子技术模拟电子技术数字电子技术数字电子技术1 1、电子电路的分类：、电子电路的分类：电子技术两大分支电子技术两大分支模拟电路：分析和处理的是模拟信号数字电路：分析和处理的是数字信号时间和幅值连续时间和幅值连续时间和幅值离散时间和幅值离散例例: :常见数字信号常见数字信号t/nsu周期性数字信号周期性数字信号t/nsu非周期性数字信号非周期性数字信号绪绪 论论二、模拟电子技术与数字电子技术二、模拟电子技术与数字电子技术2 2、模拟电路和数字电路的功能区别：、模拟电路和数字电路的功能区别：模拟电路：最基本的处理是不失真的放大。不失真的放大。 其他模拟电路多以放大电路

8、为基础以放大电路为基础。 典型模拟电路举例：典型模拟电路举例：前置放大器前置放大器主放大器主放大器直流电源直流电源话筒话筒信号源信号源小信号放大器小信号放大器功率放大器功率放大器负载负载供给能量供给能量本质是可控的能量转换本质是可控的能量转换数字电路：以逻辑分析判断逻辑分析判断为目的。绪绪 论论二、模拟电子技术与数字电子技术二、模拟电子技术与数字电子技术2 2、模拟电路和数字电路的功能区别：、模拟电路和数字电路的功能区别：模拟电路：最基本的处理是不失真的放大。不失真的放大。 其他模拟电路多以放大电路为基础以放大电路为基础。 数字电路：以逻辑分析判断逻辑分析判断为目的。典型数字电路举例：典型数字

9、电路举例：实际系统常由模拟电路和数字电路共同组成实际系统常由模拟电路和数字电路共同组成模拟电子系统模拟电子系统数字电子电路（系统）数字电子电路（系统）传感器传感器接收器接收器隔离、滤隔离、滤波、放大波、放大运算、转运算、转换、比较换、比较功放功放模拟模拟- -数字混合系统数字混合系统执行机构执行机构绪绪 论论二、模拟电子技术与数字电子技术二、模拟电子技术与数字电子技术绪绪 论论三、如何学习模拟电子技术：三、如何学习模拟电子技术：1 1、掌握基本原理、基本电路和基本方法掌握基本原理、基本电路和基本方法 虽然电路的应用千变万化，但是电路基本形式不变，工作原理不变，分析方法不变，“万变不离其宗宗”2

10、 2、注意定性分析和近似计算的重要性注意定性分析和近似计算的重要性定性分析：定性分析：实际工程注重可行性，需要定性定性分析电路功能先粗看，再细看先粗看，再细看近似计算：近似计算：元器件参数具有较大的分散性，计算时主要 采用估算法。绪绪 论论三、如何学习模拟电子技术：三、如何学习模拟电子技术：3 3、辩证全面的看待电路、辩证全面的看待电路通常有利必有弊，该如何取舍？4 4、注意课程的实践性，理论和实践相互印证。注意课程的实践性，理论和实践相互印证。合适的就是最好的。5 5、二十字要诀：、二十字要诀： 课前预习、认真听讲、做好笔记、课前预习、认真听讲、做好笔记、 课后复习、习题巩固课后复习、习题巩

11、固 6 6、联系方式：、联系方式： 训练楼709室，军线：743084 手机课前不预习，课后不复习，上课不做笔记， 课后不做小结，期末不做总结 上课不专心，进实验室不动手，自欺欺人抄报告 平时不努力，考前突击，考后不总结经验吸取教训 自我安慰，车到山前必有路，总将希望寄托于明天警告（立志成才者之大忌）警告（立志成才者之大忌）现在正式开始现在正式开始绪绪 论论模拟电子技术课程体系模拟电子技术课程体系二二极极管管路路晶体晶体管放管放大电大电路路场效场效应管应管放大放大电路电路用用负负反反馈馈放放大大器器三三体体管管管管集成集成运放运放信信号号运运算算晶晶体体管管场场效效应

12、应管管反反馈馈电电压压比比较较器器正正弦弦波波发发生生器器功功率率放放大大器器直直流流稳稳压压电电源源第一章第一章 半导体二极管及其应用半导体二极管及其应用 1.1 1.1 半导体的基本知识和半导体的基本知识和PNPN结理论结理论 1.2 1.2 二极管的相关知识二极管的相关知识 1.3 1.3 二极管电路的分析和应用二极管电路的分析和应用 1.4 1.4 特种二极管特种二极管稳压管稳压管重点重点重点重点重点重点第一章、半导体器件第一章、半导体器件 1.1 半导体的基本知识和半导体的基本知识和PN结理论结理论一、导体、绝缘体、半导体一、导体、绝缘体、半导体导体： 自然界中很容易导电的物质称为导

13、体，金属 一 般都是导体。绝缘体：几乎不导电的物质称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、 塑料、木头，纸张等。半导体: 另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之 间，称为半导体，如锗（Ge）、硅（Si）。导电能力可控导电能力可控热敏性热敏性光敏性光敏性可掺杂性可掺杂性类似绝缘体类似绝缘体半导体半导体类似导体类似导体冷却冷却加热加热遮光遮光光照光照提纯提纯掺杂掺杂第一章、半导体器件第一章、半导体器件 1.1 半导体的基本知识和半导体的基本知识和PN结理论结理论二、本征半导体二、本征半导体是纯净纯净的晶体结构的半导体，制造所有半导体的基本材料无杂质无杂质1、本征半导体的晶体结构、本征半导体的晶体结构:+4简化

14、模型简化模型特点：最外层是特点：最外层是4 4个价电子个价电子第一章、半导体器件第一章、半导体器件 1.1 半导体的基本知识和半导体的基本知识和PN结理论结理论二、本征半导体二、本征半导体1、本征半导体的晶体结构、本征半导体的晶体结构:硅和锗的共价键结构硅和锗的共价键结构+4+4+4+4特点：特点：1）共价键有很强的结合力， 使原子规则排列形成晶体。第一章、半导体器件第一章、半导体器件 1.1 半导体的基本知识和半导体的基本知识和PN结理论结理论二、本征半导体二、本征半导体1、本征半导体的晶体结构、本征半导体的晶体结构:硅和锗的共价键结构硅和锗的共价键结构+4+4+4+42）常温下(300K)

15、，由于热激发，一些价电子得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子，同时共价键上留下一个空位，称为空穴。1）共价键有很强的结合力， 使原子规则排列形成晶体。特点：特点：自由电子自由电子空穴空穴3)在绝对0度(T=0K)，本征半导体中没有可以运动的带电粒子，相当于绝缘体。束缚电子束缚电子第一章、半导体器件第一章、半导体器件 1.1 半导体的基本知识和半导体的基本知识和PN结理论结理论二、本征半导体二、本征半导体2、本征半导体中的两种载流子、本征半导体中的两种载流子硅和锗的共价键结构硅和锗的共价键结构+4+4+4+45）外加电场作用下：自由电子产生定向移动。价电子依次递补空穴，产生空穴的定向移动

16、。两种运动方向相反，外电流由这两种运动形成4）自由电子和空穴浓度相等自由电子自由电子空穴空穴6）热激发产生的载流子数量很少，所以本征半导体导电能力很差束缚电子束缚电子7）温度是影响半导体导电性能的重要外部因素第一章、半导体器件第一章、半导体器件 1.1 半导体的基本知识和半导体的基本知识和PN结理论结理论二、本征半导体二、本征半导体三、杂质半导体三、杂质半导体问题：为什么要将半导体先变成导电问题：为什么要将半导体先变成导电能力很差的本征半导体呢？能力很差的本征半导体呢？1、N 型半导体型半导体：自由电子浓度大大增加：自由电子浓度大大增加在硅或锗的晶体中掺入五价元素磷在硅或锗的晶体中掺入五价元素

17、磷+4+4+5+4磷原子磷原子多余电子多余电子特点：特点：1）自由电子和空穴不再成对出现自由电子：多子（多数载流子）空穴：少子（少数载流子）2）掺入杂质越多，载流子浓度越高，导电能力越强问题：问题：1）影响多子和少子浓度的因素相同吗？2）和本征半导体相比，少子的浓度是高还是低？第一章、半导体器件第一章、半导体器件 1.1 半导体的基本知识和半导体的基本知识和PN结理论结理论二、本征半导体二、本征半导体三、杂质半导体三、杂质半导体问题：为什么要将半导体先变成导电问题：为什么要将半导体先变成导电能力很差的本征半导体呢？能力很差的本征半导体呢？1、N 型半导体型半导体：自由电子浓度大大增加：自由电子

18、浓度大大增加在硅或锗的晶体中掺入五价元素磷在硅或锗的晶体中掺入五价元素磷+4+4+5+4磷原子磷原子多余电子多余电子问题：问题：3）N型半导体带正电还是负电？第一章、半导体器件第一章、半导体器件 1.1 半导体的基本知识和半导体的基本知识和PN结理论结理论二、本征半导体二、本征半导体三、杂质半导体三、杂质半导体2、P 型半导体型半导体：空穴的浓度大大增加：空穴的浓度大大增加在硅或锗的晶体中掺入三价元素磷在硅或锗的晶体中掺入三价元素磷问题：问题：4）P型半导体中的多子是什么，少子是什么？5）温度变化时，载流子的数量变化吗？6）少子与多子数目的变化相同吗？7）少子与多子浓度的变化相同吗？+4+4+

19、3+4硼原子硼原子空穴空穴 温度变化时，少子的相对变化非常温度变化时，少子的相对变化非常大，是影响半导体温度特性的重要因素大，是影响半导体温度特性的重要因素第一章、半导体器件第一章、半导体器件 1.1 半导体的基本知识和半导体的基本知识和PN结理论结理论二、本征半导体二、本征半导体三、杂质半导体三、杂质半导体3、杂质、杂质半导体半导体示意图：示意图：P 型半导体型半导体+N 型半导体型半导体问题：问题：8）杂质半导体中是正负离子的数量多还是多子的数量多？正负离子和多子总是成对出现，整个半导体呈现电中性。正负离子和多子总是成对出现，整个半导体呈现电中性。第一章、半导体器件第一章、半导体器件第一章

20、、半导体器件第一章、半导体器件 1.1 半导体的基本知识和半导体的基本知识和PN结理论结理论四、四、PN结：结： 在一块N型（或P型）半导体基片上，通过扩散的工艺在一端掺入3价（或者5价）的杂质元素，使其产生一个P区（或N区），这时在N区和区和P区之间的交界面区之间的交界面形成PN结。1、PN结的形成：结的形成：扩散运动扩散运动PN结形成过程：结形成过程：1）扩散运动：产生原因：多子的浓度差多子的浓度差运动结果：交界面形成空间电荷区，阻碍扩散运动的进行。阻碍扩散运动的进行。 1.1 半导体的基本知识和半导体的基本知识和PN结理论结理论四、四、PN结：结：1、PN结的形成：结的形成：1 1）扩散

21、运动：）扩散运动：产生原因：多子的浓度差多子的浓度差运动结果：交界面处的空间电荷区变厚，阻碍扩散运动的进行。阻碍扩散运动的进行。）漂移运动：）漂移运动：产生原因：空间电荷区形成的内电内电场场作用运动结果：交界面处的空间电荷区变薄。结论：结论： 当这两种相互矛盾的运动达到当这两种相互矛盾的运动达到动态平衡时，动态平衡时，PN结宽度保持不变。结宽度保持不变。漂移运动漂移运动第一章、半导体器件第一章、半导体器件PN结形成过程动画演示结形成过程动画演示 1.1 半导体的基本知识和半导体的基本知识和PN结理论结理论第一章、半导体器件第一章、半导体器件 1.1 半导体的基本知识和半导体的基本知识和PN结理

22、论结理论四、四、PN结：结：2、PN结的重要特性：结的重要特性：单向导电性单向导电性本节重点本节重点1 1）PNPN结正向偏置（结正向偏置（P P正正N N负）：负）： 外加电场和内电场方向相反，空间电荷区变薄，增强扩散运动，阻碍漂移运动，形成较大的扩散电流，称PN结导通。问题：问题：9）回路中的电阻是必须的吗？ 任何一个任何一个PN结正向导通的回结正向导通的回路中都必须有限流电阻。路中都必须有限流电阻。第一章、半导体器件第一章、半导体器件 1.1 半导体的基本知识和半导体的基本知识和PN结理论结理论四、四、PN结：结：2、PN结的重要特性：结的重要特性：单向导电性单向导电性本节重点本节重点1

23、 1）PNPN结正向偏置（结正向偏置（P P正正N N负）：负）： 外加电场和内电场方向相同，空间电荷区变厚，阻碍扩散运动，增强漂移运动，形成较小的漂移电流，可近似认为PN结截止问题：问题：10）温度升高，PN结的单向导电性变好还是变差？2 2）PNPN结反向偏置（结反向偏置（P P负负N N正）：正）：第一章、半导体器件第一章、半导体器件第一章、半导体器件第一章、半导体器件 1.1 半导体的基本知识和半导体的基本知识和PN结理论结理论四、四、PN结：结：3、PN结的伏安特性曲线：结的伏安特性曲线：iOVBRu正向导通：电流随着电压增加成指正向导通：电流随着电压增加成指数规律上升数规律上升TU

24、/uSeIi 反向截止：反向截止：SIi 反向击穿：反向电压大到一定程度，反向电流迅速增大反向击穿：反向电压大到一定程度，反向电流迅速增大问题：问题：11）PN结反向击穿时，是否就损坏了呢？ 反向击穿后，只要控制反向电反向击穿后，只要控制反向电流不使其过大产生热击穿，流不使其过大产生热击穿，PN结结就能保持完好。就能保持完好。非线性非线性 本征半导体中载流子由热激发产生，数量少，导电能本征半导体中载流子由热激发产生，数量少，导电能力有限。力有限。 N N型半导体：型半导体：多子是电子，少子是空穴多子是电子，少子是空穴； P P型半导体：型半导体：多子是空穴，少子是电子多子是空穴，少子是电子。

25、PNPN结具有结具有单向导电性单向导电性： P+N-P+N-时导通时导通，外电路上形成较大的扩散电流。，外电路上形成较大的扩散电流。 P-N+P-N+时截止时截止，外电路上仅有很小的反向漂移电流，可，外电路上仅有很小的反向漂移电流，可 忽略。反向电流越小，忽略。反向电流越小，PNPN结的单向导电结的单向导电 性越好。性越好。本节小结本节小结第一章、半导体器件第一章、半导体器件 1.1 1.1 半导体的基本知识和半导体的基本知识和PNPN结理论结理论 1.2 1.2 二极管的相关知识二极管的相关知识 1.3 1.3 二极管电路的分析和应用二极管电路的分析和应用 1.4 1.4 稳压二极管稳压二极

26、管第一章第一章 半导体二极管及其应用半导体二极管及其应用第一章、半导体器件第一章、半导体器件 1.2 二极管的相关知识二极管的相关知识一、二极管的组成和分类：一、二极管的组成和分类： 在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管符号：符号：P N阳极阳极 阴极阴极小功率二极管小功率二极管大功率二极管大功率二极管稳压二极管稳压二极管发光二极管发光二极管第一章、半导体器件第一章、半导体器件 1.2 二极管的相关知识二极管的相关知识二、二极管的伏安特性曲线：二、二极管的伏安特性曲线：0 D/V0.2 0.4 0.6 0.8 10 20 30 405101520 10 20 30 40iD/ AiD/m

27、A死死区区VthVBR硅二极管硅二极管2CP102CP10的伏安特性的伏安特性 0 D/V 0.2 0.4 0.6 20 40 60 5 10 15 20 10 20 30 40 iD/ A iD/mA Vth VBR 锗二极管锗二极管2AP152AP15的伏安特性的伏安特性特点：特点：1、正向特性存在死区、正向特性存在死区(死区电压死区电压Vth)：Vth=0.5V(Si)，Vth=0.1V(Ge)2 2、反向饱和电流、反向饱和电流: : 硅管硅管0.1UUREFREF,D,D导通，导通，uouo=U=UREFREF当当u ui iUUREFREF,D,D截止，截止，uouo= =u ui

28、itui上限幅电路上限幅电路UREFuo第一章、半导体器件第一章、半导体器件1.3 二极管电路的分析和应用二极管电路的分析和应用二、二极管电路的应用二、二极管电路的应用目的：某些场合下需要目的：某些场合下需要限制输入信号的幅度限制输入信号的幅度，保护一些器件不会受到过大的电压而损坏。保护一些器件不会受到过大的电压而损坏。手段：利用二极管导通后端电压基本不变的特点手段：利用二极管导通后端电压基本不变的特点例例4 4、电路如下图所示，已知、电路如下图所示，已知U UREFREF=5V=5V，u ui i=10sin=10sint(Vt(V),),画出输出电画出输出电压波形并说明电路功能（假设二极管

29、导通压降忽略不计）。压波形并说明电路功能（假设二极管导通压降忽略不计）。 uO + D UREF + R ui + - - 问题：问题：（1 1）如果考虑二极管导通压降）如果考虑二极管导通压降0.7V,0.7V,输输 出波形有何变化？出波形有何变化？（2 2）U UREFREF在这里的作用是什么？在这里的作用是什么？（3 3）如何得到下限幅电路？）如何得到下限幅电路？限幅电路：限幅电路：上限幅电路上限幅电路第一章、半导体器件第一章、半导体器件1.3 二极管电路的分析和应用二极管电路的分析和应用二、二极管电路的应用二、二极管电路的应用2、限幅电路：、限幅电路：例例5 5、电路如下图所示，已知、电

30、路如下图所示，已知U UREFREF=5V=5V，u ui i=10sin=10sint(Vt(V),),画出输出电画出输出电压波形并说明电路功能（假设二极管导通压降忽略不计）。压波形并说明电路功能（假设二极管导通压降忽略不计）。 uO + D UREF + R ui + - - UREF 上限幅上限幅下限幅下限幅t uoUREF-UREF双向限幅电路双向限幅电路第一章、半导体器件第一章、半导体器件 1.4 特种二极管特种二极管一、稳压二极管一、稳压二极管1、稳压二极管的伏安特性：、稳压二极管的伏安特性：(c) 伏安特性伏安特性 利用二极管反向击穿特利用二极管反向击穿特性实现稳压。稳压二极管稳

31、性实现稳压。稳压二极管稳压时压时工作在反向电击穿状态工作在反向电击穿状态(b)符号符号第一章、半导体器件第一章、半导体器件 1.4 特种二极管特种二极管一、稳压二极管一、稳压二极管2、稳压二极管的参数：、稳压二极管的参数：稳定电压UZ稳定电流IZ最大允许工作电流IZM动态电阻rZ最大允许耗散功率PZM稳定电压的温度系数U+UZ-+-UZrZ稳压管等效电路稳压管等效电路第一章、半导体器件第一章、半导体器件 1.4 特种二极管特种二极管一、稳压二极管一、稳压二极管3、稳压电路的组成：、稳压电路的组成：稳压管接反偏电压反偏电压电路中有限流电阻限流电阻负载和稳压管并联并联使管子进入反向击穿区使管子进入

32、反向击穿区使流过稳压管的电流大于使流过稳压管的电流大于IZ,小于小于IZM+R-IR+-RLIOVOVIIZDZ第一章、半导体器件第一章、半导体器件 1.4 特种二极管特种二极管第一章、半导体器件第一章、半导体器件一、稳压二极管一、稳压二极管3、稳压电路的组成：、稳压电路的组成： + R - IR + - RL IO UO UI IZ DZ 2k 2k 例例6 6、硅稳压管电路如图所、硅稳压管电路如图所示，已知示，已知D DZ Z的稳定电压的稳定电压U UZ Z是是10V10V，I IZ Z=5mA=5mA，I IZMZM=15mA=15mA，动，动态电阻态电阻r rZ Z可忽略，输入电压可忽

33、略，输入电压U UI I=30V=30V，求：，求：（1 1）U UO O,I,IO O和和I IZ Z的值的值（2 2）当）当U UI I降到降到15V15V时的时的U UO O,I,IO O 和和I IZ Z的值的值现在正式开始现在正式开始绪绪 论论模拟电子技术课程体系模拟电子技术课程体系二二极极管管路路晶体晶体管放管放大电大电路路场效场效应管应管放大放大电路电路用用负负反反馈馈放放大大器器三三体体管管管管集成集成运放运放信信号号运运算算晶晶体体管管场场效效应应管管反反馈馈电电压压比比较较器器正正弦弦波波发发生生器器功功率率放放大大器器直直流流稳稳压压电电源源 1.5 双极型晶体管双极型晶

34、体管第一章、半导体器件第一章、半导体器件一、晶体管的结构和符号一、晶体管的结构和符号小功率管小功率管中中功率管功率管大功率管大功率管发射极发射极 eNPN集电极集电极 c基极基极 b发射极发射极 eNPN集电极集电极 c基极基极 b晶体管组成：晶体管组成：三个区三个区三个极，三个极，两个两个PNPN结结一、晶体管的结构和符号一、晶体管的结构和符号发射极发射极 eNPN集电极集电极 c基极基极 b发射极发射极 ePNP集电极集电极 c基极基极 bbeTcNPNNPN管的符号管的符号beTcPNPPNP管的符号管的符号第一章、半导体器件第一章、半导体器件 1.5 双极型晶体管双极型晶体管二、晶体管

35、放大电流的原理二、晶体管放大电流的原理发射极发射极 eNPN集电极集电极 c基极基极 b1、放大的条件：、放大的条件：内部条件：内部条件：发射区：重掺杂发射区：重掺杂基区：很薄基区：很薄(几个几个um)，轻掺杂，轻掺杂集电区：面积大集电区：面积大集电区集电区发射区发射区基区基区第一章、半导体器件第一章、半导体器件 1.5 双极型晶体管双极型晶体管二、晶体管放大电流的原理二、晶体管放大电流的原理1、放大的条件：、放大的条件：外部条件：发射结正偏，集电结反偏外部条件：发射结正偏，集电结反偏N+PNebcREVEERCVCC共基极解法共基极解法Tb be ec cCREREEVCCV第一章、半导体器

36、件第一章、半导体器件 1.5 双极型晶体管双极型晶体管二、晶体管放大电流的原理二、晶体管放大电流的原理2、放大的原理、放大的原理N+PNebcREVEERCVCC共基极解法共基极解法1）发射载流子的过程：）发射载流子的过程：IENIEPIE 形成发射极电流：形成发射极电流： 发射区向基区发射电子，发射区向基区发射电子， 形成电流形成电流IEN 基区向发射区发射空穴，基区向发射区发射空穴， 形成电流形成电流IEPIE= IEN+ IEPIEN第一章、半导体器件第一章、半导体器件 1.5 双极型晶体管双极型晶体管二、晶体管放大电流的原理二、晶体管放大电流的原理2、放大的原理、放大的原理2）载流子复

37、合的过程：）载流子复合的过程： 发射到基区的电子少部发射到基区的电子少部分和基区空穴复合，形成分和基区空穴复合，形成电流电流IBN大部分扩散到集电结的边大部分扩散到集电结的边沿形成电流沿形成电流ICN，IEN= IBN+ ICNN+PNebcREVEERCVCCIEIBNICN第一章、半导体器件第一章、半导体器件 1.5 双极型晶体管双极型晶体管二、晶体管放大电流的原理二、晶体管放大电流的原理2、放大的原理、放大的原理3）载流子收集的过程：）载流子收集的过程： 扩散到集电结边沿的电子扩散到集电结边沿的电子被集电区收集形成电流被集电区收集形成电流ICN集电区的少子空穴向基集电区的少子空穴向基区漂

38、移形成电流区漂移形成电流ICBOIC= ICN+ ICBON+PNebcREVEERCVCC共基极解法共基极解法ICNICBO这两部分构成集电极电流这两部分构成集电极电流ICIEIC第一章、半导体器件第一章、半导体器件 1.5 双极型晶体管双极型晶体管二、晶体管放大电流的原理二、晶体管放大电流的原理2、放大的原理、放大的原理4）基区空穴的去向：）基区空穴的去向： 基区被复合的空穴基区被复合的空穴IBN，一部分由集电区漂移而来一部分由集电区漂移而来ICBO，其余，其余IB由外电源补由外电源补充。充。IBN= IB+ ICBON+PNebcREVEERCVCC共基极解法共基极解法ICBOIBNIE

39、IC即：即：IB= IBN - ICBOIBIB问题：问题：1）三个电极的电流之间有何关系？2）如何体会电流放大的含义？第一章、半导体器件第一章、半导体器件 1.5 双极型晶体管双极型晶体管二、晶体管放大电流的原理二、晶体管放大电流的原理2、放大的原理、放大的原理放大的本质：放大的本质： 电子在基区被复合的数量电子在基区被复合的数量和被集电区收集的数量是个和被集电区收集的数量是个定值！定值！N+PNebcREVEERCVCC共基极解法共基极解法IEICIB0IBCCBOBCBOCBNCNCBOIIIIIIII 通过控制通过控制较小较小的基极电流，的基极电流，从而得到从而得到较大较大的集电极电流

40、的集电极电流衡量了晶体管的放大能力衡量了晶体管的放大能力BCII 一一般般的的：第一章、半导体器件第一章、半导体器件 1.5 双极型晶体管双极型晶体管二、晶体管放大电流的原理二、晶体管放大电流的原理3、共射极解法、共射极解法IBIEebcRCN+NPRBVBBVCCRCIC共射极解法共射极解法CRCCUBBUBRIBICIC第一章、半导体器件第一章、半导体器件 1.5 双极型晶体管双极型晶体管三、晶体管共射极解法的伏安特性曲线：三、晶体管共射极解法的伏安特性曲线：1、输入特性曲线：、输入特性曲线：常数常数 CEUBEB)u(fiiB( A)uBE(V)204060800.50.8CRCCUBBUBRIBICUBE+-+-UCEUCE1V第一章、半导体器件第一章、半导体器件 1.5 双极型晶体管双极型晶体管三、晶体管共射极解法的伏安特性曲线：三、晶体管共射极解法的伏安特性曲线：CRCCUBBUBRIBICUBE+-+