模拟电子技术：第1讲 绪论和二极管

1、 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学绪绪 论论 一、课程的性质一、课程的性质 电子技术是研究电子技术是研究电子器件、电子电路和电子系统及其电子器件、电子电路和电子系统及其应用应用的科学技术。的科学技术。 三、什么是电子器件和电子技术三、什么是电子器件和电子技术二、课程的特点二、课程的特点1 1 内容丰富，涉及面宽。内容丰富，涉及面宽。 2 2 实践性强实践性强 3 3 工程近似计算工程近似计算 四、课程的研究对象四、课程的研究对象 模拟信号模拟信号 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学什么是信号什么是信号?

2、 ?信号是信息的载体。信号是信息的载体。在时间上和幅值上均具有连续性的信号。在时间上和幅值上均具有连续性的信号。 本书主要研究对象本书主要研究对象：（四个基本：（四个基本）基本概念、基本原理、基本分析方法及基本应用基本概念、基本原理、基本分析方法及基本应用 五、学习中注意些什么五、学习中注意些什么 1 1 掌握基本概念掌握基本概念 2 2 基本单元电路基本单元电路 3 3 基本分析方法基本分析方法 4 4 基本规律基本规律什么是模拟信号呢什么是模拟信号呢? ? 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学第一章第一章 半导体器件半导体器件第二章第二章 基本单元电路基本单元电路第三章第三

3、章 多级放大电路与频率响应多级放大电路与频率响应第四章第四章 集成运算放大器集成运算放大器第五章第五章 功率放大电路功率放大电路第六章第六章 放大电路中的反馈放大电路中的反馈第七章第七章 集成运算放大器的应用集成运算放大器的应用第八章第八章 信号发生电路信号发生电路第九章第九章 直流稳压电源直流稳压电源章节划分与学时分配章节划分与学时分配6 6学时学时1212学时学时4 4学时学时2 2学时学时4 4学时学时8 8学时学时1010学时学时4 4学时学时6 6学时学时 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学第一章第一章 半导体器件半导体器件第一节第一节 半导体基础知识半导体基础知识

4、第二节第二节 半导体二极管半导体二极管第三节第三节 半导体三极管半导体三极管第四节第四节 场效应晶体管（场效应晶体管（FETFET）本章教学主要内容本章教学主要内容 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学第一节第一节 半导体基础知识半导体基础知识 一、本征半导体一、本征半导体 1 1 半导体及其特点半导体及其特点 （1 1）定义：）定义： （2 2）特点：）特点： 光敏特性、热敏特性光敏特性、热敏特性 、掺杂特性、掺杂特性 导电性能导电性能介于导体和绝缘体之间的介于导体和绝缘体之间的物质，物质，如硅如硅(Si)(Si)、锗、锗( (GeGe) )。本征半导体：本征半导体：高度提纯

5、的、晶体结构完整的半高度提纯的、晶体结构完整的半导体材料单晶体。导体材料单晶体。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学单晶硅中的共价健结构单晶硅中的共价健结构共价键中的电子，共价键中的电子，称为称为价电子价电子。半导体的结构：半导体的结构：共价键结构：相邻原子的一对最外共价键结构：相邻原子的一对最外层电子，不但围绕自身所属的原子层电子，不但围绕自身所属的原子核运动，而且出现在相邻原子的轨核运动，而且出现在相邻原子的轨道上，成为共用电子道上，成为共用电子 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学2 2 半导体中的载流子半导体中的载流子 载流子载流子是指运载电荷的粒子。

6、是指运载电荷的粒子。 半导体中的载流子有两种：半导体中的载流子有两种：自由电子、空穴自由电子、空穴。 空穴是怎样产生的呢空穴是怎样产生的呢? ? Key Words:本征热激发本征热激发 电子电子- -空穴对空穴对 动态平衡动态平衡 本征半导体中的载流子 本征热激发产生本征热激发产生电子电子- -空穴对空穴对。当。当温度升高（加热或光照），价电子温度升高（加热或光照），价电子获得足够的能量挣脱原子核及共价获得足够的能量挣脱原子核及共价键的束缚，进入自由空间成为自由键的束缚，进入自由空间成为自由电子参与导电，同时在原来的位置电子参与导电，同时在原来的位置上留下空位，称为上留下空位，称为空穴空穴。

7、这个过程。这个过程称为称为本征热激发本征热激发。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学二、杂质半导体二、杂质半导体1 1 定义：定义：按掺杂的不同分为按掺杂的不同分为P型型(空穴型空穴型)和和N型型(电子型电子型)两种杂质半导体。两种杂质半导体。 （1 1）P P型半导体型半导体 受主杂质受主杂质: : 空穴浓度远大于电子浓度空穴浓度远大于电子浓度 多数载流子多数载流子 多子多子 少数载流子少数载流子 少子少子 三价杂质原子在电离中接受了一个电子三价杂质原子在电离中接受了一个电子（掺入少量杂质的半导体）（掺入少量杂质的半导体）在本征半导体中掺入微量的在本征半导体中掺入微量的三价

8、三价元素元素在在P P型半导体中，空穴是多子，电子是少子。型半导体中，空穴是多子，电子是少子。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学P P型半导体中的载流子分布图型半导体中的载流子分布图 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学（2）N型半导体型半导体 施主杂质施主杂质 五价杂质原子可以提供电子，五价杂质原子可以提供电子，丢失一个电子就变成了带正电的正离子丢失一个电子就变成了带正电的正离子 在本征半导体中掺入微量的在本征半导体中掺入微量的五价五价元素元素电子浓度远大于空穴浓度电子浓度远大于空穴浓度 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学结论：结论：在在

9、N型半导体中，电子是多子，空穴是少子。型半导体中，电子是多子，空穴是少子。 在在P型半导体中，空穴是多子，电子是少子。型半导体中，空穴是多子，电子是少子。注意注意 正、负离子不是载流子，不参与导电正、负离子不是载流子，不参与导电 少子少子浓度浓度与温度有关与温度有关 多子浓度多子浓度与温度无关，与温度无关， 只与掺入杂质的多少有关只与掺入杂质的多少有关 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学三、三、PN结结1 PN结的形成结的形成 浓度差浓度差多子的扩散运动多子的扩散运动空间电荷区空间电荷区 （内电场）（内电场）少子的漂移运动少子的漂移运动动态平衡动态平衡稳定的空间电荷区稳定的空

10、间电荷区 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学PN 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学2 PN结的特点：结的特点：单向导电性单向导电性 （1）外加正向电压）外加正向电压(正偏置正偏置)PN结导通结导通 外加电场与内电场方向相反，内电场被削弱，此时外加电场与内电场方向相反，内电场被削弱，此时多子扩散运动大大超过少子漂移运动，形成较大的正向多子扩散运动大大超过少子漂移运动，形成较大的正向电流，这时称电流，这时称PNPN结处于结处于导通状态导通状态。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学PN 结正偏结正偏PN 结正向导通结正向导通外电场与内电场方向相

11、反外电场与内电场方向相反利于扩散利于扩散扩散扩散 漂移漂移PN 结变窄结变窄外部电源不断提供电荷外部电源不断提供电荷产生较大的扩散电流产生较大的扩散电流 I I 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学（2）外加反向电压）外加反向电压(反偏置反偏置)PN结截止结截止 外加电场与内电场方向相同，增强了内电场，多子扩散外加电场与内电场方向相同，增强了内电场，多子扩散难以进行，少子在电场作用下形成反向电流难以进行，少子在电场作用下形成反向电流I，因为是少子漂，因为是少子漂移运动产生的，移运动产生的，I很小，这时称很小，这时称PN结处于结处于截止状态截止状态。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔

12、滨工程大学哈尔滨工程大学PN 结反偏结反偏PN 结反向截止结反向截止外电场与内电场方向相同外电场与内电场方向相同利于漂移利于漂移漂移漂移 扩散扩散PN 结变厚结变厚外部电源不断提供电荷外部电源不断提供电荷产生较小的反向电流产生较小的反向电流 I 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学PN结正偏导通；反偏截止，结正偏导通；反偏截止，这种性质称这种性质称PN结的单向导电性。结的单向导电性。结论：结论： 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学3 PN结的电容效应结的电容效应(了解了解)势垒电容势垒电容+扩散电容扩散电容BDjCCC 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈

13、尔滨工程大学第二节第二节 半导体二极管半导体二极管一、二极管的结构一、二极管的结构 半导体二极管的型号半导体二极管的型号: : 按按PNPN结结分分点接触点接触面接触面接触按按材料材料分分硅管硅管锗管锗管按按用途用途分分普通管普通管整流管整流管如如2CWXX、2APXX器件材料，器件材料，C为为N型型Si管管XX表示器表示器件序号件序号器件类型，器件类型，W为稳压管为稳压管 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学二、二极管的伏安特性曲线及电流方程式二、二极管的伏安特性曲线及电流方程式1.1.二极管的电流方程式二极管的电流方程式 1TU USIIe常温下，常温下，UT = 26 m

14、V反向饱反向饱和电流和电流温度温度电压当量电压当量加正向电压时加正向电压时/Tu UsII esII 加反向电压时加反向电压时TUU 当当 时时 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学2 2 伏安特性曲线伏安特性曲线 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学二极管的伏安特性二极管的伏安特性OuD /ViD /mA正向特性正向特性UoniD = 0Uon = 0.50.7 V 0.10.3 V( (硅管硅管) )( (锗管锗管) )U Uon0 U Uon UDQ = (0.6 0.8) V 硅管取硅管取 0.7 V(0.1 0.3) V 锗管取锗管取 0.2 V反向特

15、性反向特性ISU(BR)反向击穿反向击穿(反向击穿反向击穿)Uon ：开启电压或死区电压开启电压或死区电压死区电压死区电压1.1.正向特性正向特性2.2.反向特性反向特性U(BR) U 0sII U U(BR)工作电压工作电压 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学二极管的伏安特性二极管的伏安特性OuD /ViD /mAUon反向特性反向特性ISU(BR)反向击穿反向击穿U(BR) U 0 iD = IS U(BR)PN 结两端外加的反向电压增加结两端外加的反向电压增加到一定值时反向电流急剧增大到一定值时反向电流急剧增大(反向击穿反向击穿)死区电压死区电压1.1.反向特性反向特性

16、 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学三、环境温度对伏安特性曲线的影响三、环境温度对伏安特性曲线的影响当温度升高时，当温度升高时，正向特性曲线左移。正向特性曲线左移。 反向饱和特性曲线下移。反向饱和特性曲线下移。 2!10212TTCSSITIT其变化规律为其变化规律为 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学四、二极管的主要参数四、二极管的主要参数 1 1 最大整流电流最大整流电流FI3 3 最大反向工作电压最大反向工作电压RU4 4 反向电流反向电流 ： 值越小越好值越小越好 RI5 5 最高工作频率最高工作频率 ：决定于结电容的大小：决定于结电容的大小Mf二极

17、管长时间工作时，允许流过的最大正向电流的平均值。二极管长时间工作时，允许流过的最大正向电流的平均值。 二极管正常使用时允许加的最高反向电压。二极管正常使用时允许加的最高反向电压。 使用时应注意流过二极管的正向最大电流不能大于使用时应注意流过二极管的正向最大电流不能大于这个数值，否则可能损坏二极管。这个数值，否则可能损坏二极管。一般取反向击穿电压的一半。一般取反向击穿电压的一半。2 2 反向击穿电压反向击穿电压BRU 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学五、二极管的等效分析五、二极管的等效分析 1 1 二极管的二极管的直流电阻直流电阻与与交流电阻交流电阻1tanDDDURI（1

18、1）直流电阻）直流电阻（2 2）交流电阻）交流电阻 D非线性器件非线性器件 与与Q点位置有关点位置有关DR过过Q点切线斜率倒数点切线斜率倒数1tanDdDUrIDQdImVr26 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学2 2 等效电路等效电路 （1 1）理想二极管）理想二极管 理想二极管的死区电压和理想二极管的死区电压和正向电压降都等于零，反正向电压降都等于零，反向电流也等于零，理想二向电流也等于零，理想二极管在电路中相当于一个极管在电路中相当于一个开关元件开关元件 。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学（3 3）微变等效电路）微变等效电路（2 2）考虑正向压降

19、）考虑正向压降 时的等效电路时的等效电路QUDQdImVr26 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学二极管整流电路二极管整流电路 p53 1-9p53 1-9 在如图所示电路中，已知在如图所示电路中，已知 为正弦波，二极管的为正弦波，二极管的正向压降和反向电流均可忽略（理想二极管），定性画正向压降和反向电流均可忽略（理想二极管），定性画出输出电压出输出电压 的波形。的波形。UiUo 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学举例：举例：P24 P24 例例1-51-5 分析图分析图1-331-33电路，当电路，当UA和和UB分别为分别为0V和和3V的不同组合时，的不同组合时，二极管二极管V V1 1、V V2 2的状态，并求出此时的状态，并求出此时Uo的值。设二极管均为硅的值。设二极管均为硅管。管。 模拟电子技术模拟电