第1章 常用半导体器件

1、1模拟电子技术基础模拟电子技术基础聊城大学聊城大学物理科学与信息工程学院物理科学与信息工程学院杨少卿杨少卿2 模拟电子技术基础模拟电子技术基础是电子信息科学与技术专业、通信是电子信息科学与技术专业、通信工程专业、电子信息工程专业以及物理学专业本、专科的一工程专业、电子信息工程专业以及物理学专业本、专科的一门重要的专业核心课，具有很强的综合性、技术性和实用性。门重要的专业核心课，具有很强的综合性、技术性和实用性。该课程的研究对象是电子元器件及其组成的电路（包括分立、该课程的研究对象是电子元器件及其组成的电路（包括分立、集成电路）。主要研究常用半导体器件、基本集成电路）。主要研究常用半导体器件、基

2、本放大电路放大电路、多、多级级放大电路放大电路、集成运算、集成运算放大电路放大电路、放大电路放大电路的频率响应、的频率响应、放放大电路大电路中的反馈、信号的运算和处理、波形的发生和信号的中的反馈、信号的运算和处理、波形的发生和信号的变换、功率变换、功率放大电路放大电路、直流电源和模拟电子电路读图等内容。、直流电源和模拟电子电路读图等内容。模拟电路已经广泛地应用于国防和国民经济的各个领域并极模拟电路已经广泛地应用于国防和国民经济的各个领域并极大地促进了相关领域的迅速发展，特别是模拟电路中的新器大地促进了相关领域的迅速发展，特别是模拟电路中的新器件、新技术、新方法的广泛应用，使得电子测量和探索自然

3、件、新技术、新方法的广泛应用，使得电子测量和探索自然规律的实验方法进入了一个新阶段，因此规律的实验方法进入了一个新阶段，因此模拟电子技术基模拟电子技术基础础具有重要的地位和作用。具有重要的地位和作用。 3模拟电子技术基础模拟电子技术基础与其他课程的联系：与其他课程的联系： 本课程的先修课程是普通物理、电路分析基础等。本课程的先修课程是普通物理、电路分析基础等。原子物理部分中的核外电子运动的规律、原子的能级、原子物理部分中的核外电子运动的规律、原子的能级、壳层结构、能带理论由普通物理讲授，本课程在此基础上进壳层结构、能带理论由普通物理讲授，本课程在此基础上进一步研究半导体器件的原理和性能。一步研

4、究半导体器件的原理和性能。电压源、电流源、受控源等概念，基尔霍夫定律、叠加电压源、电流源、受控源等概念，基尔霍夫定律、叠加定理，戴维南定理和诺顿定理，以及定理，戴维南定理和诺顿定理，以及RC电路时间常数等概念电路时间常数等概念由电路分析基础（电工学）讲授，本课程应用上述内容分析由电路分析基础（电工学）讲授，本课程应用上述内容分析讨论具体的电子电路等内容。讨论具体的电子电路等内容。同步课程：数字电子技术（数字电路与逻辑设计）同步课程：数字电子技术（数字电路与逻辑设计）后续课程：微机原理、高频电路等。后续课程：微机原理、高频电路等。4课程教学目标：课程教学目标： 1、掌握模拟电路中的基本概念，电子

5、元器件的功能和使用。、掌握模拟电路中的基本概念，电子元器件的功能和使用。2、掌握组成模拟电路的各种单元电路（放大、振荡等）的工作、掌握组成模拟电路的各种单元电路（放大、振荡等）的工作原理、性能和特点。原理、性能和特点。3、掌握模拟电路的基本原理、基本分析方法和计算方法，例如、掌握模拟电路的基本原理、基本分析方法和计算方法，例如放大电路、反馈电路等基本分析方法，使学生具有一定的电放大电路、反馈电路等基本分析方法，使学生具有一定的电路分析、计算的能力。路分析、计算的能力。4、在实验技能方面，能比较熟练地掌握模拟电子电路常用测试、在实验技能方面，能比较熟练地掌握模拟电子电路常用测试仪器的使用方法与基

6、本测试技术，对电子线路的基本单元电仪器的使用方法与基本测试技术，对电子线路的基本单元电路具有初步设计、安装和调试的能力。路具有初步设计、安装和调试的能力。5、适当引入近些年来电子技术的新器件、新技术、新方法，以、适当引入近些年来电子技术的新器件、新技术、新方法，以利于学生了解电子技术的新发展，扩展知识面，开阔视野。利于学生了解电子技术的新发展，扩展知识面，开阔视野。5教学内容与要求（教学内容与要求（64学时学时+实验实验30学时学时）学分：学分：4+2 第一章第一章 常用半导体器件常用半导体器件 （6学时学时+习题课习题课2学时）学时）第二章第二章 基本放大电路基本放大电路 （10学时学时+习

7、题课习题课2学时）学时）第三章第三章 多级放大电路多级放大电路 （4学时）学时）第四章第四章 集成运算放大电路集成运算放大电路 （2学时）学时）第五章第五章 放大电路的频率响应放大电路的频率响应 （4学时）学时）第六章第六章 放大电路中的反馈放大电路中的反馈 （8学时）学时）第七章第七章 信号的运算和处理信号的运算和处理 （8学时）学时）第八章第八章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换 （8学时）学时）第九章第九章 功率放大电路功率放大电路 （4学时）学时）第十章第十章 直流电源直流电源 （4学时）学时）第十一章第十一章 模拟电子电路读图模拟电子电路读图 （2学时）学时） （了解）（

8、了解）6参考书目参考书目1.模拟电子技术基础模拟电子技术基础（第四版）清华大学电子学教研组编，（第四版）清华大学电子学教研组编，华成英、童诗白主编，高等教育出版社，华成英、童诗白主编，高等教育出版社，20072.模拟电子技术基础第四版习题解答模拟电子技术基础第四版习题解答 华成英编，高等教育出华成英编，高等教育出版社，版社，20073.模拟电子技术简明教程模拟电子技术简明教程华成英主编，清华大学出版社华成英主编，清华大学出版社20064.模拟电子技术简明教程模拟电子技术简明教程（第二版）清华大学电子学教研组（第二版）清华大学电子学教研组编，杨素行主编，高等教育出版社编，杨素行主编，高等教育出版

9、社，19985.模拟电子技术基础模拟电子技术基础，华中理工大学电子学教研室编，陈大，华中理工大学电子学教研室编，陈大钦主编，高等教育出版社，钦主编，高等教育出版社，20006.电子技术基础电子技术基础（模拟部分）第四版，华中理工大学电子学（模拟部分）第四版，华中理工大学电子学教研室编，康华光主编：高等教育出版社，教研室编，康华光主编：高等教育出版社，19997.模拟电子技术常见题型解析及模拟题模拟电子技术常见题型解析及模拟题张畴先张畴先 主编，西北工主编，西北工业大学出版社业大学出版社 7第第0章章 导言导言 电子技术的发展电子技术的发展n19471947年年 贝尔实验室制成第一只晶体管贝尔实

10、验室制成第一只晶体管. .n19581958年年 集成电路集成电路. .n19691969年年 大规模集成电路大规模集成电路. .n19751975年年 超大规模集成电路超大规模集成电路. . 第一片集成电路只有第一片集成电路只有4 4个晶体管，而个晶体管，而19971997年一片集成电年一片集成电路中有路中有4040亿个晶体管。有科学家预测，集成度还将按亿个晶体管。有科学家预测，集成度还将按1010倍倍/6/6年的速度增长，到年的速度增长，到20152015或或20202020年达到饱和。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！学习电子技术方面的课程需时刻关注电子技术的发

11、展！ 很大程度上反映在元器件的发展上很大程度上反映在元器件的发展上 : : 按照集成度的高低，将集成电路分为以下几类：按照集成度的高低，将集成电路分为以下几类：小规模小规模集成电路：集成电路：100个元件和连线以下个元件和连线以下 （ Small Scale Integration :SSI ） 中规模中规模集成电路：几百个元件和连线集成电路：几百个元件和连线 （Medium Scale Integration :MSI ）大规模大规模集成电路：几千个元件和连线集成电路：几千个元件和连线 （ Large Scale Integration :LSI ）超大规模超大规模集成电路：一万个以上元件和

12、连线集成电路：一万个以上元件和连线 （Very Large Scale Integration VLSI ） 81. 1. 信号：信号：是反映消息的物理量。是反映消息的物理量。 信息需要借助于某些物理量（如声、光、电）的信息需要借助于某些物理量（如声、光、电）的变化来表示和传递。变化来表示和传递。 电信号是指随时间而变化的电压电信号是指随时间而变化的电压u u或电流或电流i i ，记作，记作u=f(t) u=f(t) 或或i=f(t) i=f(t) 。模拟信号与模拟电路模拟信号与模拟电路 如工业控制中的温度、压力、流量，自然界的声如工业控制中的温度、压力、流量，自然界的声音信号等等，因而信号是

13、消息的表现形式。音信号等等，因而信号是消息的表现形式。2. 2. 电信号电信号 由于非电的物理量可以通过各种传感器较容易的转由于非电的物理量可以通过各种传感器较容易的转换成电信号，而电信号又容易传送和控制，因此电信换成电信号，而电信号又容易传送和控制，因此电信号成为应用最为广泛的信号。号成为应用最为广泛的信号。93. 3. 电子电路中信号的分类电子电路中信号的分类 模拟信号模拟信号 对应任意时间值对应任意时间值t t 均有确定的函数值均有确定的函数值u u或或i i，并且，并且u u或或 i i 的幅值是连续取值的，即在时间和数值上均的幅值是连续取值的，即在时间和数值上均具有连续性。具有连续性

14、。 数字信号数字信号 在时间和数值上均具有离散性，在时间和数值上均具有离散性，u u或或 i i 的变化在的变化在时间上不连续，总是发生在离散的瞬间；且它们的时间上不连续，总是发生在离散的瞬间；且它们的数值是一个最小量值的整数倍，当其值小于最小量数值是一个最小量值的整数倍，当其值小于最小量值时信号将毫无意义。值时信号将毫无意义。 大多数物理量所转换成的信号均为模拟信号。大多数物理量所转换成的信号均为模拟信号。 104. 4. 模拟电路模拟电路 模拟电路：对模拟量进行处理的电路。模拟电路：对模拟量进行处理的电路。 最基本的处理是对信号的放大。最基本的处理是对信号的放大。 放大：输入为小信号，有源

15、元件控制电源使负载获放大：输入为小信号，有源元件控制电源使负载获 得大信号，并保持线性关系。得大信号，并保持线性关系。 有源元件：能够控制能量的元件。有源元件：能够控制能量的元件。5. “5. “模拟电子技术基础模拟电子技术基础” ” 课程的内容课程的内容 半导体器件。半导体器件。 处理模拟信号的电子电路及其相关的基本功能：处理模拟信号的电子电路及其相关的基本功能： 各种放大电路、滤波电路、运算电路、信号转换电路、各种放大电路、滤波电路、运算电路、信号转换电路、 信号发生电路、电源电路等等。信号发生电路、电源电路等等。 模拟电路的分析方法。模拟电路的分析方法。 不同的电子电路在电子系统中的作用

16、。不同的电子电路在电子系统中的作用。11“模拟电子技术基础模拟电子技术基础”课程的特点课程的特点 1、工程性工程性:P:P5 5 实际工程需要证明其可行性。实际工程需要证明其可行性。 强调定性分析。强调定性分析。 实际工程在满足基本性能指标的前提下总是容许存在一实际工程在满足基本性能指标的前提下总是容许存在一定的误差范围的。定的误差范围的。 电子电路的定量分析称为电子电路的定量分析称为“估算估算”。 近似分析要近似分析要“合理合理”。 抓主要矛盾和矛盾的主要方面。抓主要矛盾和矛盾的主要方面。估算不同的参数需采用不同的模型。估算不同的参数需采用不同的模型。电子电路归根结底是电子电路归根结底是电路

17、，可用电路，可用电路的基本理论分析电子电路。电路的基本理论分析电子电路。 “ “线性化线性化”2. 实践性实践性:P:P6 6 实用的模拟电子电路几乎都需要进行调试才能达到预期的实用的模拟电子电路几乎都需要进行调试才能达到预期的目标，因而要掌握以下方法：目标，因而要掌握以下方法： 常用电子仪器的使用方法常用电子仪器的使用方法 电子电路的测试方法电子电路的测试方法 故障的判断与排除方法故障的判断与排除方法 EDAEDA软件的应用方法软件的应用方法12第一章第一章 常用半导体器件常用半导体器件 1.1 半导体的基础知识半导体的基础知识 1.2 半导体二极管半导体二极管 1.3 双极型晶体管双极型晶

18、体管 1.4 场效应管场效应管 1.5 单结晶体管和晶闸管（了解）单结晶体管和晶闸管（了解） 1.6 集成电路中的元件（了解）集成电路中的元件（了解）重点掌握：重点掌握：基本概念，晶体二极管的伏安特性及主要参基本概念，晶体二极管的伏安特性及主要参数、晶体三极管和场效应管输入、输出特性及主要参数数、晶体三极管和场效应管输入、输出特性及主要参数不要将注意力过多放在管子内部，而以理解外特性为主不要将注意力过多放在管子内部，而以理解外特性为主131.1 1.1 半导体的基本知识半导体的基本知识导体、半导体和绝缘体导体、半导体和绝缘体导体：导体： 容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。容易导电的物质

19、称为导体，金属一般都是导体。绝缘体：绝缘体：几乎不导电的物质称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料几乎不导电的物质称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英等。和石英等。半导体：半导体：导电特性介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体导电特性介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体, , 如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。 半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于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：其它物质的特点。例如： 当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。 往纯净的半导体

20、中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变。例如：室温下，在纯硅中改变。例如：室温下，在纯硅中掺掺入百万分之一的硼，可以使入百万分之一的硼，可以使硅的导电能力提高硅的导电能力提高5050万倍。万倍。141.1.1 1.1.1 本征半导体本征半导体一、本征半导体的结构特点一、本征半导体的结构特点GeSi通过一定的工艺过程，可以将半导体制成通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体晶体。现代电子学中，用的最多的半导体是硅现代电子学中，用的最多的半导体是硅(14)和锗和锗(32)，它们的最外层电子（价电子）都是四个。它们的最外层电子（价电子）都是四个。本

21、征半导体：本征半导体：纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体。纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体。15在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形成每个原子与其相临的原子之间形成共价键共价键，共用一对价电子，共用一对价电子。硅和锗的晶体结构：硅和锗的晶体结构：16硅和锗的共价键结构硅和锗的共价键结构共价键共价键共用电子对共用电子对+4+4+4+4+4+4表示除去表示除去价电子后的价电子后的

22、正离子正离子形成共价键后，每个原子的形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳最外层电子是八个，构成稳定结构。定结构。共价键有很强的结合力，使共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。原子规则排列，形成晶体。共价键中的两个电子被紧紧共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚在共价键中，称为束缚束缚电子电子，常温下束缚电子很难常温下束缚电子很难脱离共价键成为脱离共价键成为自由电子自由电子，因此本征半导体中的自由电因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。导电能力很弱。17二、本征半导体的导电机理二、本征半导体的导电机理在绝对在绝对0度

23、度（T=0K）和没和没有外界激发时有外界激发时, ,价电子完全被价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即没有可以运动的带电粒子（即载流子载流子），它的导电能力为），它的导电能力为 0，相当于绝缘体。相当于绝缘体。在常温下，由于热激发在常温下，由于热激发, ,使一些价电子获得足够的能量使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为而脱离共价键的束缚，成为自自由电子由电子，同时共价键上留下一，同时共价键上留下一个空位，称为个空位，称为空穴空穴。1.1.载流子、自由电子和空穴载流子、自由电子和空穴+4+4+4+4自由自由电子电子空穴空穴束缚电子束

24、缚电子本征半导体中本征半导体中自由电子自由电子和和空穴空穴总是成对出现的，而且数量相总是成对出现的，而且数量相等，称为等，称为电子空穴对。电子空穴对。182.本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理+4+4+4+4在电场力的作用下，自由电在电场力的作用下，自由电子作定向移动，空穴也会吸子作定向移动，空穴也会吸引附近的价电子来依次填补引附近的价电子来依次填补,结果相当于空穴也作定向移结果相当于空穴也作定向移动，而空穴的移动相当于正动，而空穴的移动相当于正电荷的移动，因此也可以认电荷的移动，因此也可以认为空穴是为空穴是载流子载流子。自由电子在运动过程中如果与自由电子在运动过程中如果与空穴相遇就会填

25、补空穴而消失空穴相遇就会填补空穴而消失,称为称为复合复合；在一定的温度下，；在一定的温度下，热激发产生的自由电子与空穴热激发产生的自由电子与空穴对，与复合的自由电子与空穴对，与复合的自由电子与空穴对数目相等，故达到对数目相等，故达到动态平衡动态平衡.本征半导体的导电能力取决于本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度，在一定温度下载流子的浓度，在一定温度下,载流子的浓度是一定的，载流子的浓度是一定的，温度温度越高，载流子的浓度越高，越高，载流子的浓度越高，本本征半导体的导电能力越强征半导体的导电能力越强。本征半导体中电流由两部分本征半导体中电流由两部分组成：组成： 自由电子移动产生的自由电子移动产

26、生的电流，电流， 空穴移动产生的电流空穴移动产生的电流自由电子自由电子和和空穴空穴都参与导电都参与导电191.1.2 1.1.2 杂质半导体杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加了。杂半导体的某种载流子浓度大大增加了。P 型半导体：型半导体：在本征半导体中掺入三价元素在本征半导体中掺入三价元素(如硼如硼)构成的杂质半导体。构成的杂质半导体。N 型半导体：型半导体：在本征半导体中掺入五价元素在本征半导体中掺入五价元素( (如磷如磷)

27、)构成的杂质半导体。构成的杂质半导体。20一、一、N 型半导体型半导体多余电子因不受共价键的束缚成为多余电子因不受共价键的束缚成为自由电子自由电子，同时磷原子就成为同时磷原子就成为不能移动的带正电的离子，称为不能移动的带正电的离子，称为施主原子。施主原子。另外另外N 型半导体中还有少量的空穴，其浓度远小于自由电子的浓型半导体中还有少量的空穴，其浓度远小于自由电子的浓度，所以把自由电子称为度，所以把自由电子称为多数载流子多数载流子，空穴称为空穴称为少数载流子，少数载流子，简简称称多子多子和和少子少子。在本征半导体中掺入在本征半导体中掺入五价元素五价元素多余电子多余电子磷原子磷原子+N型硅表示型硅

28、表示21二、二、P 型半导体型半导体P 型半导体中空穴是型半导体中空穴是多数载流子多数载流子，电子是电子是少少数载流子数载流子。当附近硅原子的外层电子由于热运动填补空穴时，硼原子成当附近硅原子的外层电子由于热运动填补空穴时，硼原子成为不可移动的负离子。硼原子称为为不可移动的负离子。硼原子称为受主原子受主原子。在本征半导体中掺入在本征半导体中掺入三价元素三价元素空穴空穴硼原子硼原子P型硅表示型硅表示22三、杂质半导体的示意表示法三、杂质半导体的示意表示法P 型半导体型半导体+N 型半导体型半导体杂质杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由于数量的关系，

29、起导电作用的主要是多子但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近似认为多子近似认为多子浓度浓度与所掺杂质浓度相等。与所掺杂质浓度相等。23一一. PN 结的形成结的形成在同一片半导体基片上在同一片半导体基片上采用不同的掺杂工艺分采用不同的掺杂工艺分别制造别制造P 型半导体和型半导体和N 型半导体，由于浓度的型半导体，由于浓度的不同，经过载流子的不同，经过载流子的扩扩散散，在它们的交界面处，在它们的交界面处就形成了就形成了PN 结。结。1.1.3 PN 1.1.3 PN 结结由于浓度差而产生的运动由于浓度差而产生的运动称为称为扩散运动扩散运动。24在电场力的作用下，载流子的运动称为在电场力的作

30、用下，载流子的运动称为漂移运动漂移运动。随着随着扩散扩散运动的进行，空间电荷区加宽，内电场增强，运动的进行，空间电荷区加宽，内电场增强，阻止扩散运动的进行，但有利于少子的阻止扩散运动的进行，但有利于少子的漂移漂移。空间电荷区，也称耗尽层。空间电荷区中没有载流子。空间电荷区，也称耗尽层。空间电荷区中没有载流子。P 区中的电子和区中的电子和 N 区中的空穴（都是少子），数量有限，区中的空穴（都是少子），数量有限，因此由它们形成的电流很小。因此由它们形成的电流很小。PN 结具有单向导电性结具有单向导电性当扩散的多子和漂移的少子数目相等时，达到动态平衡，当扩散的多子和漂移的少子数目相等时，达到动态平衡

31、，形成形成PN 结。结。251 1、PN 结正向偏置结正向偏置P P 正正N N 负负, ,导通导通内电场内电场外电场外电场变薄变薄+REPN+_内电场被削弱，多子内电场被削弱，多子的扩散加强，能够形的扩散加强，能够形成较大的扩散电流。成较大的扩散电流。二二. PN. PN结的单向导电性结的单向导电性限流电阻限流电阻262 2、PN 结反向偏置结反向偏置P负负N 正，截止正，截止内电场内电场外电场外电场变宽变宽内电场被加强，多子的内电场被加强，多子的扩散受抑制。少子漂移扩散受抑制。少子漂移加强，但少子数量有限，加强，但少子数量有限，只能形成较小的反向电只能形成较小的反向电流。流。+NP+_RE

32、PN 结具有单向导电性！结具有单向导电性！反向反向 饱和电流饱和电流27三、三、PN 结的电流方程结的电流方程)1( kTquSeIi)1( TUuSeIi由理论分析知由理论分析知，PN 结外加电压结外加电压 u 与流过的电流与流过的电流 i 的关系为：的关系为：其中其中, IS 为反向饱和电流，为反向饱和电流，q为电子电量，为电子电量，k为为玻尔兹曼常数，玻尔兹曼常数，T为热力学温度。将为热力学温度。将 kT/q 用用 UT代代替，得：替，得：常温下（常温下（T=300K），）， UT26mV28四、四、PN 结的伏安特性结的伏安特性UI正向特性正向特性（u0）反向特性反向特性（u0）反向击

33、穿部分反向击穿部分PN 结处于反向偏置时，反向电压超过某一数值时，反向结处于反向偏置时，反向电压超过某一数值时，反向电流急剧增加，这种现象称电流急剧增加，这种现象称反向击穿。反向击穿。)1( TUuSeIi五、五、PN 结的电容效应（了解）结的电容效应（了解）在一定条件下，在一定条件下，PN 结具有电容效应：势垒电容，扩散电容结具有电容效应：势垒电容，扩散电容TUuSeIi SIi 291.2 1.2 半导体二极管半导体二极管PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。点接触型点接触型：结面积小，结电容小结面积小，结电容小故结允许的电流小故结允许的电流小最

34、高工作频率高最高工作频率高高频、小功率整流高频、小功率整流面接触型：面接触型：结面积大，结电容大结面积大，结电容大故结允许的电流大故结允许的电流大最高工作频率低最高工作频率低整流整流符号符号平面型：平面型：结面积可小、可大结面积可小、可大小的工作频率高小的工作频率高大的允许的电流大大的允许的电流大开关、大功率整流开关、大功率整流1.2.1 二极管的几种常见结构二极管的几种常见结构301.2.2 二极管的二极管的伏安特性伏安特性开启电压开启电压Uon:硅管硅管0.5V，锗管锗管0.1V导通电压导通电压: 硅管硅管0.60.8V,锗管锗管0.10.3V反向击穿反向击穿电压电压UBR)1( TUuS

35、eIiUI31温度对二极管伏安特性的影响温度对二极管伏安特性的影响在室温附近，在室温附近，温度温度每升高每升高1，正向压，正向压降减小降减小2 22.5mV2.5mV，温度每升高温度每升高10，反向电流大约增大反向电流大约增大一倍。一倍。可见，可见，二极二极管的特性对温度很管的特性对温度很敏感。敏感。温度升高，正向曲线左移，反向曲线下移。温度升高，正向曲线左移，反向曲线下移。321.2.3 1.2.3 二极管的主要参数二极管的主要参数 P P15151. 最大整流电流最大整流电流 IF二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。2.

36、最高反向工作电压最高反向工作电压UR二极管工作时允许外加的最大反向电压。通常二极管工作时允许外加的最大反向电压。通常UR是击穿是击穿电压电压UBR的一半。的一半。3. 反向电流反向电流IR4. 最高工作频率最高工作频率 fM指二极管加反向电压且未击穿时的反向电流。指二极管加反向电压且未击穿时的反向电流。二极管工作的上限频率。二极管工作的上限频率。二极管的应用：二极管的应用：主要利用它的单向导电性，应用于整流、限幅、保护等等。主要利用它的单向导电性，应用于整流、限幅、保护等等。33 1. 理想模型理想模型3. 折线模型折线模型 2. 恒压降模型恒压降模型1.2.4 1.2.4 二极管的等效电路（

37、等效模型）二极管的等效电路（等效模型）一一. 由伏安特性折线化得到的等效电路由伏安特性折线化得到的等效电路34若若RVI 则则DUV 若若RUVION 则则ONDUU RrUVIDON 精确计算精确计算DOUVU 1P22例例1.2.1： UD=0.7VS断开时：断开时：D导通导通VVV3 . 57 . 06 VVUO122 S闭合时：闭合时：D截止截止35理想二极管：开启电压理想二极管：开启电压=0 V，导通压降，导通压降=0 V。二极管：开启电压二极管：开启电压=0 .5V，导通压降，导通压降 0.7V(硅二极管硅二极管)RLuiuouiuott1：二极管半波整流：二极管半波整流二极管应用

38、二极管应用电路举例：362、 二极管与门电路二极管与门电路0V3VYABVCC=+5VD13k3kRD2&ABY=ABVAVBVY0V0V0V3V3V0V3V3V电压功能表电压功能表0.7V0.7V0.7V3.7V硅管硅管 UD=0.7V373 3、 二极管或门电路二极管或门电路0V3VABYDD12R3k3kABY=A+B11电压功能表电压功能表VAVBVY0V0V0V3V3V0V3V3V0V2.3V2.3V2.3V硅管硅管 UD=0.7V38二二. 二极管的微变等效电路二极管的微变等效电路当二极管外加正向电压时，当二极管外加正向电压时，将有一直流电流，用将有一直流电流，用 二极管特

39、性二极管特性曲线上的点曲线上的点Q表示。表示。DDdiur rd 称为微变电阻称为微变电阻二极管的动态电阻可用右图表示：二极管的动态电阻可用右图表示：DTIU若在若在Q点基础上外加微小的变化量点基础上外加微小的变化量,则可用以则可用以Q点为切点的直线来近似点为切点的直线来近似.即将二极管等效为一个动态电阻即将二极管等效为一个动态电阻rd 。39电路波形分析电路波形分析直流电压源和交流电压源直流电压源和交流电压源同时作用的二极管电路同时作用的二极管电路uR=V+ui -uDui单独作用时单独作用时V和和ui同时作用时同时作用时401.2.5 1.2.5 稳压二极管稳压二极管UIIZIZmax U

40、Z IZUZ稳压二极管工作在二极管稳压二极管工作在二极管特性曲线的反向击穿部分特性曲线的反向击穿部分动态电阻：动态电阻：ZZIUZrrz 越小，曲线越陡越小，曲线越陡,稳压性能越好。稳压性能越好。符号和等效电路：符号和等效电路：（IZmin）外接负载电阻外接负载电阻稳定电压稳定电压稳定电流稳定电流41（2）稳定电流稳定电流IZ（3）额定功耗）额定功耗maxZZZMIUP稳压二极管的主要参数稳压二极管的主要参数:P24（1）稳定电压稳定电压 UZ（5）温度系数温度系数 稳压值受温度变化影响的系数。稳压值受温度变化影响的系数。（4）动态电阻）动态电阻ZZIUZr42稳压二极管的应用举例：稳压二极管

41、的应用举例：P25UoIZILIRUIDZRRL5mA2 5mA, V,6maxmin ZZZIIU如图所示电路，稳压管的如图所示电路，稳压管的输入电压输入电压UI=10V，负载电阻，负载电阻RL=600，求限流电阻求限流电阻R的取值的取值范围范围。解：解：LZZZILZZIRRRUIUUIIUUIU R II IZLR 01.04600/6610 ZZIIZIR-UUU ZOUU 43得得代入上式代入上式将将，mAImAIZZ25,5maxmin 22701. 0005. 0401. 04minmaxRIR 11401. 0025. 0401. 04maxminRIR限流电阻限流电阻R的取值

42、范围为的取值范围为114 227 01.04 ZIR44一、一、 发光二极管发光二极管发光二极管：有足够大的正向电流流过时，发光二极管：有足够大的正向电流流过时，能发出一定波长范围的光。能发出一定波长范围的光。外形外形符号符号1.2.6 1.2.6 其它类型的二极管其它类型的二极管 P25 -27P25 -2745二、二、 光电二极管光电二极管光电二极管是一种把光能转换成电能的器件，光电二极管是一种把光能转换成电能的器件，它的反向电流随光照强度的增加而上升。它的反向电流随光照强度的增加而上升。IU照度增加照度增加作业：作业：1.2，1.3，1.5，1.6，1.746结构特点：结构特点：1 发射

43、区的掺杂浓度最高发射区的掺杂浓度最高2 集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大3 基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低1.3 1.3 双极型晶体管双极型晶体管( (半导体三极管半导体三极管) )1.3.1 1.3.1 基本结构和类型基本结构和类型晶体管的几种常见外形晶体管的几种常见外形由两个由两个PN 结背靠背组成结背靠背组成发射极发射极集电极集电极基极基极发射区发射区基区基区集电区集电区47becNNP基极基极发射极发射极集电极集电极NPN型型PNP集电极集电极基极基极发射极发射极bcePNP型

44、型发射区发射区基区基区集电区集电区发射结发射结集电结集电结481.3.2 1.3.2 晶体管的电流放大作用晶体管的电流放大作用becNNPVBBRbIE基区空穴向发射基区空穴向发射区的扩散可忽略区的扩散可忽略IEP进入进入P P 区的电子少区的电子少部分与基区的空穴部分与基区的空穴复合，形成电流复合，形成电流I IB B 多数扩散到集电结多数扩散到集电结发射结正偏发射结正偏, ,发射发射区电子不断向基区电子不断向基区扩散，形成发区扩散，形成发射极电流射极电流I IE E。一、晶体管内部载流子的运动一、晶体管内部载流子的运动VCCRCICN从基区扩从基区扩散来的电散来的电子作为少子作为少子，漂移

45、子，漂移进入集电进入集电区被收集，区被收集，形成形成IC。集电结反偏，有少子集电结反偏，有少子形成的反向电流形成的反向电流 ICBOICBOIENIBNIC=ICN+ICBOIB=IBN+IEP-ICBOIBIE=IEN+IEP49becNNPVBBRbIEIB进入进入P P 区的电子少区的电子少部分与基区的空穴部分与基区的空穴复合，形成电流复合，形成电流I IB B 多数扩散到集电结多数扩散到集电结发射结正偏发射结正偏, ,发射发射区电子不断向基区电子不断向基区扩散，形成发区扩散，形成发射极电流射极电流I IE E。一、晶体管内部载流子的运动一、晶体管内部载流子的运动VCCRCIC从基区扩从

46、基区扩散来的电散来的电子作为少子作为少子，漂移子，漂移进入集电进入集电区被收集，区被收集，形成形成IC。IEIBIE=IC+IBICBCII 50二、晶体管的电流分配关系二、晶体管的电流分配关系IC=ICN+ICBOIB=IBN+IEP ICBO=IB- ICBOIE=IEN+IEPIE=IC+IB三、晶体管的共射电流放大系数三、晶体管的共射电流放大系数ICN 与与 IB 之比称为之比称为直流直流电流放大电流放大系数系数CBOBCBOCBCNIIIIII CEOBCBOBCIIIII 1BCIIBEII1e开路时，集电结反向开路时，集电结反向电流电流b开路时，开路时，ce间的穿透间的穿透电流电

47、流51要使三极管能放大电流，必须使发射结正偏，集电结反偏。要使三极管能放大电流，必须使发射结正偏，集电结反偏。在前面电路的基础上，若有交流电压在前面电路的基础上，若有交流电压U UI I 输入输入.BCii 在一定范围内在一定范围内则在则在IB 的基础上叠加动态电流的基础上叠加动态电流iB，在，在IC 的基础上叠加的基础上叠加动态电流动态电流iC， iC与与iB之比称为交流电流放大系数：之比称为交流电流放大系数：IBIEIC52IBIEIC总结：总结：IEICIBIBIE=IC+IBBCIIBEII 1BCII 531.3.3 1.3.3 晶体管的共射特性曲线晶体管的共射特性曲线iCmA AV

48、VUCEUBERbiBVCCVBB 实验线路实验线路RCbBBBEBRiVu CCCCECRiVu 54一、一、输入特性曲线输入特性曲线UCE 1VIB( A)UBE(V)204060800.40.8导通压降：导通压降：硅管硅管U UBE BE 0.60.8V,0.60.8V,锗管锗管U UBE BE 0.10.3V0.10.3VUCE=0VUCE =0.5V开启电压：开启电压：硅管硅管0.5V0.5V，锗管锗管0.1V0.1V。 常常数数 CEUBEBufi55二、二、输出特性曲线输出特性曲线iC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A放大区

49、放大区I IC C=I IB B截止区截止区,IB0,IC0 常常数数 BICECufi饱和区饱和区ICIBCCCCECRiVu 临界饱和临界饱和UCE=UBEUBC=056输出特性三个区域的特点输出特性三个区域的特点:(1) 截止区：截止区：发射结反偏发射结反偏UBEUON , UCEUBE IE=IC+IB， IC= IB , 且且 IC = IB(3) 饱和区：饱和区：发射结正偏，集电结正偏。发射结正偏，集电结正偏。UBEUON , UCE UBE IC IB，UCE 0.3V 临界饱和时，临界饱和时， UCE=UBE UBC=0倒置状态倒置状态（反偏状态）：发射结反偏；（反偏状态）：发

50、射结反偏；集电结正偏。即集电结正偏。即c、e互换，互换，IE=IB， Ic=IE+IB,但是但是=0.010.02bec57例例1：判断：判断NPN型硅晶体管的工作状态。型硅晶体管的工作状态。 UON=0.5v晶体管晶体管T1T2T3T4UB(V)0.71-10UE(V)00.3-1.70UC(V)50.7015工作状态工作状态放大放大饱和饱和放大放大截止截止58例例2： =50， VCC =12V， Rb =70k ，RC =6k ，UBE=0.7V 分析分析VBB = -2V，2V，5V时晶体时晶体管的工作状态。管的工作状态。解：解：当当VBB = -2V时：时：UBEVON，晶体管导通晶

51、体管导通9mA01. 0707 . 02 bBEBBBRUVI0.95mA9mA01. 050 BCII mA2612max CCCCRVIIC最大饱和电流：最大饱和电流：ICVON，晶体管导通晶体管导通mA2max CIIC最大饱和电流：最大饱和电流：IC ICmax 工作在饱和区工作在饱和区。mA061. 0707 . 05 bBEBBBRUVI5mA0.3mA061.050 BCII CCCCECRiVu VKV3 . 6mA05. 3612 或者：假设工作在放大区或者：假设工作在放大区假设错误，工作在饱和区假设错误，工作在饱和区。601.3.4 1.3.4 晶体管的主要参数晶体管的主要

52、参数共射直流电流放大倍数：共射直流电流放大倍数：BCII _ 工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为的交流信号。基极电流的变化量为 IB，相应的集相应的集电极电流变化为电极电流变化为 IC，则交流电流放大倍数为：则交流电流放大倍数为：BiiC 1. 电流放大倍数电流放大倍数和和 _例：例：UCE=6V时时：IB = 40 A, IC =1.5 mA； IB = 60 A, IC =2.3 mA。5 .3704. 05 . 1_ BCII 4004. 006. 05 . 13 . 2 BCii 在以后的计算中，一般在

53、以后的计算中，一般作近似处理：作近似处理： = 3 .3806. 03 . 2_ BCII 612.集集- -基极反向饱和电流基极反向饱和电流ICBOICBO是发射极开路时，集电结是发射极开路时，集电结反偏由少子的漂移形反偏由少子的漂移形成成的的反向饱和电流。反向饱和电流。受温度变化的影响较大。受温度变化的影响较大。 AICBO623. 基极开路时基极开路时, ,集集- -射极间的穿透电流射极间的穿透电流ICEObecNNPICBOICEO= IBP+ICBO =(1+ ) ICBO IBP IBPICBO进入进入N区，区，形成形成IBP根据放大关系，根据放大关系，由于由于IBP的存在的存在,

54、 ,必有电流必有电流 IBP。集电结反集电结反偏有偏有ICBOICEO受温度影响很大受温度影响很大, ,当温度上升时，当温度上升时，ICEO增加很快，所以增加很快，所以IC也也相应增加。相应增加。三极管的三极管的温度特性较差温度特性较差。634.集电极最大电流集电极最大电流ICM集电极电流集电极电流IC大到一定程度时，会导致三极管大到一定程度时，会导致三极管的的 值下降，当值下降，当 值下降到正常值的三分之二时的集值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为电极电流即为ICM。5.反向击穿电压反向击穿电压UCBO：发射极开路时：发射极开路时集电极集电极- -基极间的反向击穿电压基极间的反向击穿电

55、压UCEO：基极开路时集电极：基极开路时集电极- -发射极间的反向击穿电压发射极间的反向击穿电压UEBO：集电极开路时发射极：集电极开路时发射极-基极间的反向击穿电压基极间的反向击穿电压646. 集电极最大允许功耗集电极最大允许功耗PCM集电极电流集电极电流IC 流过三极管所流过三极管所产生的功耗为产生的功耗为PC =ICUCEPC太大必定导太大必定导致结温上升致结温上升,所所以以PC 有限制。有限制。PC PCMICUCEPCM=ICUCE=常数常数ICMU(BR)CEO安全工作区安全工作区651.3.5 1.3.5 温度对晶体管特性及参数的影响温度对晶体管特性及参数的影响1、对、对ICBO

56、的影响：的影响：温度升高，温度升高， ICBO增大增大2、对输入特性的影响、对输入特性的影响3、对输出特性的影响、对输出特性的影响66例：单管放大电路中，电源电压为例：单管放大电路中，电源电压为30V，已知三只，已知三只管子的参数，请选择合适的管子。管子的参数，请选择合适的管子。晶体管参数晶体管参数T1T2T3ICBO/A0.010.10.05UCEO/V50502015100100T2最合适最合适67由由PNP型三极管组成的基本放大电路：型三极管组成的基本放大电路：ICIBVCCRbVBBcbeRCIEICU CE0UBEIB电源电压为负。同样具有三个区：电源电压为负。同样具有三个区：放大区放大区：发射结正偏，集电结反偏发射结正偏，集电结反偏饱和区饱和区：发射结，集电结均正偏发射结，集电结均正偏截止区：截止区： |UBE| VONPNP特特性性曲曲线线681.3.6 1.3.6 光电三极管光电三极管光电三极管根据光照的强度来控制集电极电流的大小光电三极管根据光照的强度来控制集电极电流的大小光电三极管的等效电路、符号和外形光电三极管的等效电路、符号和外形69光电三极管的输出特性曲线光电三极管的输出特性曲线作业：作业：1.8，1.9，1.10，1.127