模电课件电子技术基础

1、绪 论一、本课程的性质、目的和任务模拟电子技术（简称模电）是电子器件和电子线路及其应用的一门专业基础课。学生通过本课程学习可获得电子技术必要的基础理论、基本知识，掌握电子线路的基本分析方法，受到基本技能的训练，为后续课程的学习，为以后从事电子技术工作打下一定的基础。二、本课程的基本要求1. 对于电子器件： 了解工作原理； 掌握伏安特性及其参数。2. 对于各种电子电路： 看懂电路，了解各元、器件的作用，记住一些典型电路； 会进行定性、定量分析，学会估算法，图解法，微变等效电路法等分析方法。3. 总的要求是：会看：看懂电路会算：定性定量分析会选：会选元件会干：到实验室进行实践三、基础要求在学习本课

2、程前，要求学好：1. 高等数学2. 电路原理半导体二极管 1.1 半导体的基本知识一、本征半导体纯净的半导体晶体称为本征半导体第一章1. 本征半导体的共价键结构（硅）：硅原子外层轨道4个价电子，它与相邻原子靠得很近，使价电子成为两个原子公有，形成共价键结构。+4+4+4+4共价键共价键中的两个电子图112. 本征半导体的特点： 在T = 0 K（绝对零度）和无外界激发，没有自由运动的带电粒子载流子； T ，受热激发，如 T = 300K（室温），少数价电子会挣脱束缚成为自由电子，留下空穴本征激发。3. 本征半导体中的两种载流子： 自由电子 空穴（价电子挣脱束缚后留下的空位）a. 带正电，所带电

3、量与电子相等；b. 可以“ 移动”；c. 本征半导体中，自由电子和空穴成对出现，数目相等。4. 本征半导体中的载流子浓度ni：自由电子的浓度pi：空穴的浓度A：系数（与半导体材料有关）T：绝对温度EG：价电子挣脱共价键所需能量, 又叫禁带宽度K：波尔兹曼常数结论：半导体材料一定，载流子浓度随温度按指数规律增大。二、杂质半导体半导体的导电能力取决于载流子的数目，本征半导体受热激发只产生少量电子空穴对，载流子浓度很低，外加电场作用，电流极其微弱；若在本征半导体中掺入微量杂质，则导电性能大为改观，掺入百万分之一的杂质，载流子浓度增加1百万倍。1. N型半导体 形成本征掺杂：本征半导体得到大量电子（无

4、空穴）磷本征激发：得到少量电子空穴对+4+4+4+5磷原子多余电子图12 特点a. 自由电子为多数载流子（多子） 空穴为少数载流子 （少子）；b. 磷原子被称为施主杂质，本身因失去电子而成为正离子。 N型半导体可简化成+图132. P型半导体 形成本征掺杂：本征半导体得到大量空穴（无电子）硼+4+4+4+3图1 4硼原子空穴本征激发：得到少量电子空穴对 特点a. 空穴为多数载流子 （多子） 自由电子为少数载流子（少子）；b. 硼原子被称为受主杂质，本身因获得电子而成为负离子。 P型半导体可简化成图15 1.2 PN结及半导体二极管一、PN结的形成用化学方法把N型半导体和P型半导体结合在一起。图

5、16P型+N型浓度差别多子扩散空间电荷区 当扩散和漂移达到动平衡，即形成PN结。内电场内电场少子漂移+P型区N型区空间电荷区图17内电场V0二、PN结的符号把PN结封壳，引线即成二极管。其符号和PN结相同。阳极阴极三、二极管（PN结）的单向导电性1. 正偏: P + ，N PN结变窄（由11到22） PN结正向电阻很小。 内电场变小（ 由V0变到V0 VF ） 形成扩散电流即正向电流 IF ； VF， IF ；利于扩散12122121PN VF IF图18+2. 反偏 P ，N + PN结变宽（由11到22） PN结反向电阻很大。 内电场变大（由V0变到V0 + VF ） 形成漂移电流即反向（

6、饱和）电流 IS ； VR， IS 不变；利于漂移21211212PN VR IF图19IR(或IS )+总结：二极管(PN结)正向电阻小，反向电阻大， 这就是它的单向导电性。四、二极管的伏安特性I = f (V) 正向死区死区电压：硅0.5V 锗0.1V图110OV(V)ISIFI(mA)+IV 正向导通区IS ：反向饱和电流VT ：温度的电压当量 T =300K时， VT =26mVb. 当 V VTI 和V成指数关系 反向截止区I = IS 反向击穿区 反向电流急剧增加, 管子被击穿。反向电压反向电流 PN结允许的耗散功率称为热击穿。热击穿管子损坏，是不可逆的。五、二极管的直流参数1.

7、最大整流电流 IF：管子长期运行时，允许通过的最大正向平均电流；2. 反向击穿电压 VBR：管子反向击穿时的电压值一般手册上给出的最高反向工作电压约为击穿电压的一半。六、二极管的微变电阻 rD1. rD的定义：二极管特性曲线工作点Q附近电压的变化量与相应的电流变化量之比即图111vDOQVDvDiDIDiD2. 求 rD：如 I = 2mA时， rD = 13 工作在线性区， 信号为微变量， 且为低频信号; 3. 若二极管二极管可用微变电阻rD代替。 1.3 特殊二极管稳压二极管1. 特点： 掺杂浓度高（容易形成强电场） 作稳压用，一般工作在反向击穿区2. 伏安特性曲线：正向特性和普通二极管同

8、反向击穿区曲线越陡，即动态电阻 rZ 越小，稳压性能越好。图112V(V)I(mA)O3. 符号+用2CW，2DW命名例11 设二极管的正向压降可忽略，求下图中各I。（设反向饱和电流 IS = 0.1mA）解：(a) 二极管D两端加正偏，D正向导通。 由于其导通时，正向压降可忽略。I = 5 mAI2K10VD(a)图113(b) 二极管D两端加反偏，D反向截止，D中流过反向饱和电流 ISI = IS = 0.1 mA2K10VD(b)图113例12 计算下图中流过二极管中的电流 ID，设D导通时正向压降 0.7V5V3K3KAIDB10V图114解：把二极管以外的部分用一个电压源和一个电阻串

9、联等效（运用戴维南定理）2.5VAIDB1.5K二极管正向导通其正向压降为0.7V。例13 设硅稳压管DZ1、 DZ2的稳定电压分别为5V、10V，又已知DZ1、 DZ2正向压降为0.7V，求V0解：(a) DZ1、 DZ2工作在反向击穿区 V0 = 5 +10 =15V(b) DZ1、 DZ2工作在正向导通区 V0 = 0.7 + 0.7 =1.4VDZ1DZ2+25V1KV0(a)DZ1DZ2+25V1KV0(b)图116半导体三极管第二章 2.1 半导体三极管一、三极管结构图1173AX22低频锗3AD6低频大功率管3DG6高频硅图118becN 集电区N 发射区P 基区ebc集电结发射

10、结集电极发射极基极三区两结三极下图是NPN管的结构及符号图119becP 集电区P 发射区N 基区ebc集电结发射结集电极发射极基极PNP管的结构及符号如下：符号中的箭头表示三极管导通时的电流方向二、三极管的电流分配与放大原理放大的条件：内部条件：发射区掺杂浓度高；基区薄且掺杂浓度低。外部条件：发射结正偏；集电结反偏。NNPJeJcV0VEEV0+VCC1. 三极管内部载流子的传输图120 bVEEIBeIEcVCCIC电子流ICnICBOIEnIBnIEp图120 IBbVEEVCCecIEICNNP电子流ICBOICn2. 电流分配关系一个三极管制定后，发射区发射的电子传输到集电结所占比例

11、一定，这个比例系数用表示，称为共基极电流放大系数。IEn代入通常忽略 ICBO一般为 0.9 0.99假设 =0.99，则发射100个电子，扩散99个，复合1个。3. 共发射极连接方式 三极管的三种连接方式a. 共基极连接信号从e极输入，从集电极c输出。图121b. 共发射极连接：信号从b极输入，从c极输出c. 共集电极连接：信号从b极输入，从e极输出 共射连接方式的电流放大作用a. 由于VBB、Rb的作用，发射结正偏。由于VCC VBB ，调节Rc，使VCE VBE，则VC VB， 集电结反偏满足放大的外部条件。图122VBBRbVCCICRcIBPNNb. 下面推导IC和IB的关系IE =

12、 IB + IC代入整理式得ICEO：基极开路，c流到e的电流，称穿透电流把 ICEO 代入，得忽略ICEO c. 之实质共射电流放大系数为扩散电子数/复合电子数 为几十 几百倍若 = 0.99，则 = 99 共射电路具有电流放大作用归纳： 三极管满足内部条件和外部条件，具有放大作用； 三极管的放大作用，按电流分配实现，称之为电流控制元件； 电流放大系数共基电路：共射电路：三、三极管的特性曲线（共射连接）图123vBEvCEiCiBPNNvBE(V)iB(A)802040600.20.40.60.8O1. 输入特性曲线图124vCE=0VVCE 1V vCE = 0，相当于二极管的正向特性 v

13、CE 1V后， vCE， iC基本不变， iB亦基本不变 vCE = 1V，曲线右移（原因是集电结反偏， iE 大部分被拉到集电区， iB ） 工程上vCE = 1V的曲线即可代表vCE 1V的情况。vCE(V)iC(mA)43210 2 4 6 82. 输出特性曲线图125100806020iB=0ICE0iB=40(A) 先看iB=40A的一条曲线 要想改变iC ，得改变iB ，这样，得到一组曲线簇；vCE 很小时，集电结反偏小，收集载流子能力弱， vCE iC 当vCE 1V后， iC 大致与横轴平行；四、三极管的主要参数1. 电流放大系数共射：若IC ICEO 则交流放大系数用 表示如

14、图125vCE(V)iC(mA)43210 2 4 6 8图1252.31.5ICIBQ100806040iB=20(A) 若满足条件： ICEO很小时，可忽略； 管子工作在线性区。共基：2. 集电极基极反向饱和电流 ICBO发射极开路，c、b间加上一定反向电压时的反向电流，（由少数载流子引起）硅管：1A小功率锗管：约为10A。图126VCCeA+cb ICBO3. 集电极发射极反向饱和电流ICE0（穿透电流）基极开路，c、e间加一定反向电压时的集电极电流图127VCCecb ICEOA4. 极限参数a. 集电极最大允许电流 ICM。三极管的参数变化不超过允许值时集电极允许的最大电流。当电流超过ICM，管子性能下降，甚至烧坏。b.