模拟电子技术及应用课件

模拟电子技术及应用1......模拟电子技术及应用1...第1章基本半导体分立器件1.1半导体的基本知识与PN结1.2半导体二极管1.3特殊二极管1.4半导体三极管1.5场效应晶体管2......第1章基本半导体分立器件1.1半导体的基本知识与PN结导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。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、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。1-1半导体的基本知识及PN结什么是半导体?3......导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。绝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：当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变。1.掺杂性2.热敏性和光敏性半导体的三大特性4......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1-1-1本征半导体（纯净和具有晶体结构的半导体）一、本征半导体的结构特点GeSi现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。5......1-1-1本征半导体（纯净和具有晶体结构的半导体）一、本征在硅和锗晶体中，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，每个原子与其相邻的原子之间形成共价键，共用一对价电子。硅和锗的晶体结构：通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。6......在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在硅和锗的共价键结构共价键共用电子对+4+4+4+4+4表示原子外层原来有4个电子7......硅和锗的共价键结构共价键共+4+4+4+4+4表示原子外层原共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，导电能力很弱。形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，形成稳定结构。共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。+4+4+4+48......共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下二、本征半导体的导电机理在绝对0度（-273℃）和没有外界激发时,价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即载流子），不能导电，相当于绝缘体。在常温下，由于热激发，使一些价电子获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.载流子、自由电子和空穴9......二、本征半导体的导电机理在绝对0度（-273℃）和没有外界激+4+4+4+4自由电子空穴束缚电子（价电子）10......+4+4+4+4自由电子空穴束缚电子（价电子）10..2.本征半导体的导电机理+4+4+4+4在外界因素的作用下，空穴吸引附近的电子来填补，结果相当于空穴的迁移，效果相当于正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流子，能定向移动而形成电流。本征半导体中两种载流子的数量相等，称自由电子空穴对。11......2.本征半导体的导电机理+4+4+4+4在外界因素的作用下，温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点------半导体的热敏性。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体中电流由两部分组成：

（1）自由电子移动产生的电流。（2）空穴移动产生的电流。（在本征半导体中自由电子和空穴成对出现，同时又不断的复合）12......温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温1-1-2杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质原子，形成杂质半导体。杂质半导体的导电性能将发生显著变化，其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。P型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为空穴型半导体。N型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为电子型半导体。13......1-1-2杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质原子，一、N型半导体在硅或锗晶体（本征半导体）中掺入少量的五价元素，如磷，晶体中的某些半导体原子被杂质原子取代。由于磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子不受共价键的束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子；本征半导体电子和空穴成对出现的现象也被打破。14......一、N型半导体在硅或锗晶体（本征半导体）中掺入少量的五价元+4+4+5+4多余电子磷原子N型半导体中的载流子有哪些呢？（1）由磷原子提供的电子，浓度与磷原子相同。（2）本征半导体中成对产生的电子和空穴。一般情况下，掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。在N型半导体中，自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。15......+4+4+5+4多余磷原子N型半导体中的载流子有哪些呢？（二、P型半导体在硅或锗晶体（本征半导体）中掺入少量的三价元素，如硼（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质原子取代。硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。+4+4+3+4空穴硼原子P型半导体中空穴是多子，电子是少子。16......二、P型半导体在硅或锗晶体（本征半导体）中掺入少量的三价元三、杂质半导体的示意图－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半导体++++++++++++++++++++++++N型半导体17......三、杂质半导体的示意图－－－－－－－－－－－－－－－－－－－小结2.N型半导体：电子是多子，其中大部分是掺杂提供的电子；空穴是少子，少子的迁移也能形成电流，由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。3.P型半导体中空穴是多子，电子是少子。1.本征半导体中受激（热激发即本征激发）产生的电子和空穴成对出现，数量很少。4.杂质半导体：多子数（多子浓度）主要由掺杂浓度决定，受温度影响较小；而少子（少子浓度）主要由本征激发决定，所以受温度影响较大。18......小结2.N型半导体：电子是多子，其中大部分是掺杂提供的1-1-3PN结的形成在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和N型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN结。19......1-1-3PN结的形成在同一片半导体基片上，分别制造PP型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动漂移运动扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽。内电场越强，漂移运动越强。空间电荷区，也称耗尽层。内电场E20......P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－漂移运动P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场E所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。21......漂移运动P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－1.空间电荷区中没有多数载流子。2.空间电荷区中内电场阻碍P区中的空穴和N区中的电子（都是多子）向对方运动（扩散运动）。3.P区中的电子和N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。小结22......1.空间电荷区中没有多数载流子。2.空间电荷区中内电场阻碍P(1)加正向电压（正偏）——电源正极接P区，负极接N区

外电场的方向与内电场方向相反。

外电场削弱内电场→耗尽层变窄→扩散运动＞漂移运动→多子扩散形成正向电流（与外电场方向一致）IF正向电流

1-1-4PN结的单向导电性23......(1)加正向电压（正偏）——电源正极接P区，负极接N区(2)加反向电压——电源正极接N区，负极接P区

外电场的方向与内电场方向相同。

外电场加强内电场→耗尽层变宽→漂移运动＞扩散运动→少子漂移形成反向电流IRPN在一定的温度下，由本征激发产生的少子浓度是一定的，故IR基本上与外加反压的大小无关，所以称为反向饱和电流。但IR受温度影响较大。

24......(2)加反向电压——电源正极接N区，负极接P区外PN结加正向电压时，可以有较大的正向扩散电流，即呈现低电阻，我们称PN结导通；

PN结加反向电压时，只有很小的反向漂移电流，呈现高电阻，我们称PN结截止。这就是PN结的单向导电性。25......25...本次课小结1、半导体与金属导电的不同（载流子）。2、半导体的三大特性。3、本征半导体、热（本征）激发。4、掺杂半导体、多子和少子。5、PN结的形成。6、PN结的单向导电性。26......本次课小结1、半导体与金属导电的不同（载流子）。26..作业：P.5.1.1.3P.8.1.2.11.2.21.2.327......作业：27...1-2半导体二极管1-2-1半导体二极管的基本结构PN结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。引线（管脚）外壳触丝线基片点接触型PN结面接触型PN二极管的电路符号：阳极a+阴极k-28......1-2半导体二极管1-2-1半导体二极管的基本结构PN结1-2-2伏安特性反向击穿电压UBR死区电压，硅管约0.5V,锗管约0.2V导通压降:硅管0.6～0.8V,锗管0.2～0.4V。反向饱和漏电流V(V)I(mA)(μA)二极管的反向击穿简介29......1-2-2伏安特性反向击穿电压UBR死区电压，硅管约0.51-2-3主要参数1.最大整流电流IDM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。3.反向击穿电压VBR二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压VBWM一般是VBR的一半。2.反向工作峰值电压VBWM保证二极管不被击穿时的反向峰值电压。30......1-2-3主要参数1.最大整流电流IDM二极管长期使用4.反向电流IR指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。31......4.反向电流IR指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。5.微变电阻rDiDvDIDVDQiDvDrD是二极管特性曲线上工作点Q附近电压的变化量与电流的变化量之比：显然，rD是对Q附近的微小变化区域内的电阻。32......5.微变电阻rDiDvDIDVDQiDvDrD是6.二极管的极间电容（结电容）*☆二极管的两极间存在电容效应，对应的等效电容由两部分组成：势垒电容CB和扩散电容CD。*势垒电容：势垒区是积累空间电荷的区域，当电压变化时，就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化，这样所表现出的电容是势垒电容。电容效应：当外加电压发生变化时，耗尽层的宽度将随之改变，即PN结中存储的电荷量要随之变化，就像电容充放电一样。33......6.二极管的极间电容（结电容）*☆二极管的两极间存在电容效

当外加正向电压不同时，PN结两侧堆积的少子的数量及浓度梯度也不同(相当于电容的充放电)。电容效应在交流信号作用下才会表现出来。扩散电容：为了形成正向电流（扩散电流），注入P区的电子在P区有浓度差，越靠近PN结浓度越大，即在P区有电子的积累。同理，在N区有空穴的积累。34......当外加正向电压不同时，PN结两侧堆积的少子的数量及浓度梯势垒电容在正偏和反偏时均不能忽略。而反向偏置时，由于少数载流子数目很少，可忽略扩散电容。PN结高频小信号时的等效电路：势垒电容和扩散电容的综合效应rd35......势垒电容在正偏和反偏时均不能忽略。而反向偏置时，由于少数载流☆☆☆从二极管的主要参数中可得出二极管单向导电性失败的场合及原因

☆☆☆1、正向偏压太低。（不足以克服死区电压）2、正向电流太大。（会使PN结温度过高烧毁）3、反向偏压太高。（造成反向击穿）4、工作频率太高。（使结电容容抗下降而反向不截止）36......☆☆☆从二极管的主要参数中可得出二极管单向导电性失败的实际二极管：死区电压

0.5V，正向压降0.7V(硅二极管)理想二极管：死区电压=0，正向压降=0

RLuiuouiuott二极管的应用举例1：二极管半波整流实际应用中利用二极管的单向导电性，典型应用有整流、限幅、保护等。37......实际二极管：死区电压0.5V，正向压降0.7V(硅二极二极管的应用举例2：波形转换tttuiuRuoRRLuiuRuo38......二极管的应用举例2：波形转换tttuiuRuoRRLuiuR1-3特殊二极管1-3-1稳压二极管VIIZIZmaxUZIZ曲线越陡，电压越稳定。+-UZ动态电阻：rz越小，稳压性能越好。39......1-3特殊二极管（4）稳定电流IZ，最大、最小稳定电流Izmax、Izmin。（5）最大允许功耗稳压二极管的参数:（1）稳定电压UZ（2）电压温度系数V（%/℃）

稳压值受温度变化影响的系数。（3）动态电阻40......（4）稳定电流IZ，最大、最小稳定电流Izmax、Izmi稳压管只有与适当的电阻连接才能起到稳压作用。VIIZIZmaxUZIZUZiUIZIZULR0URR叫限流电阻，使流经稳压二极管的电流在其安全范围内。41......稳压管只有与适当的电阻连接才能起到稳压作用。VIIZIZma稳压二极管的应用举例UoiZDZRiLiUiRL稳压管的技术参数:解：令输入电压达到上限时，流过稳压管的电流为Izmax——方程1要求当输入电压由正常值发生20%波动时，负载电压基本不变。求：电阻R和输入电压Vi的正常值。令输入电压降到下限时，流过稳压管的电流为Izmin。——方程2联立方程1、2，可得：42......稳压二极管的应用举例UoiZDZRiLiUiRL稳压管的技术选择限流电阻阻值的原则1、当输入电压最大而负载要求的电流最小时，流过稳压二极管的电流最大，此时限流电阻要保证流过稳压二极管的电流小于最大电流；2、当输入电压最小而负载要求的电流最大时，流过稳压二极管的电流最小，此时限流电阻要保证流过稳压二极管的电流大于最小电流。43......选择限流电阻阻值的原则1、当输入电压最大而负载要求的电流最小1-3-2光电二极管反向电流随光照强度的增加而上升。IV照度增加光电流、暗电流44......1-3-2光电二极管反向电流随光照强度的增加而上升。IV照度1-3-3发光二极管有正向电流流过时，发出一定波长范围的光。目前的发光二极管可以发出从红外到可见波段的光；电特性与一般二极管类似。45......1-3-3发光二极管有正向电流流过时，发出一定波长范围的光。1．半导体中有两种载流子：电子和空穴。电子带负电，空穴带正电。在纯净半导体中掺入不同的杂质，可以得到N型半导体和P型半导体。2．采用一定的工艺，使P型和N型半导体结合在一起，就形成了PN结。PN结的基本特点是单向导电。3．二极管是由一个PN结构成的。半导体器件(二极管)部分内容小结二极管的分析模型：理想二极管模型、特性曲线折线近似（导通电阻不为0）、恒压源模型（导通电阻为0）46......1．半导体中有两种载流子：电子和空穴。电子带负电，空穴带正电例1：二极管构成的限幅电路如图所示，R＝1kΩ，UREF=2V，输入信号为ui。

(1)若ui为4V的直流信号，分别采用理想二极管模型、恒压源模型计算电流I和输出电压uo解：（1）采用理想模型分析。

采用恒压源模型分析。例题47......例1：二极管构成的限幅电路如图所示，R＝1kΩ，UREF=2（2）如果ui为幅度±4V的交流三角波，波形如图所示，分别采用理想二极管模型和恒压源模型分析电路并画出相应的输出电压波形。解：①采用理想二极管模型分析。波形如右所示。0-4V4Vuit2V2Vuot48......（2）如果ui为幅度±4V的交流三角波，波形如图所示，分别采02.7Vuot0-4V4Vuit2.7V

②采用恒压源模型分析，波形如右所示。49......02.7Vuot0-4V4Vuit2.7V②采用恒压源模型例2:在下图中,试求以下几种情况的端电压VY及各元件流过的电流:(1)UA=10V,UB=0V;解:忽略二极管的导通压降：(1)二极管ＤＡ优先导通，则ＤＢ反向偏置，截止，UAUB1KΩ1KΩR9kΩＤＢＤA50......例2:在下图中,试求以下几种情况的端电压VY及各元件流过的电(2)UA=6V,UB=5.8V;设两管均导通，应用结点电流法可得：UAUB1KΩ1KΩR9kΩＤＢＤA可见DB管也确能导通.51......(2)UA=6V,UB=5.8V;设两管均导通，应用结点电流例3：两个稳压管,稳定电压分别为5.5V和8.5V,正向导通压降都是0.5V,如果要得到0.5V、3V、6V、9V和14V应如何连接?解:电路如下列所示，分别可以得到题意要求的稳压值：52......例3：两个稳压管,稳定电压分别为5.5V和8.5V,正向导通例3：两个稳压管,稳定电压分别为5.5V和8.5V,正向导通压降都是0.5V,如果要得到0.5V、3V、6V、9V和14V应如何连接?解:电路如下列所示，分别可以得到题意要求的稳压值：R+-UiDz10.5V+-RRDZ1Dz2Ui-3V+--+-UiRDz1Dz2+6V-+Ui-RDz1Dz2+9V-+Ui-R+14v-53......例3：两个稳压管,稳定电压分别为5.5V和8.5V,正向导通二极管模型：理想二极管、理想二极管串联电压源（恒压降）、折线模型、恒压降串联电阻（考虑压降的折线模型）、用数字公式近似描述的二极管伏安特性：举例：P.27.1.854......二极管模型：理想二极管、理想二极管串联电压源（恒压降）、折线本次课内容二极管的结构和伏安特性二极管的主要参数。二极管单向导电性失败的场合及原因。二极管的几种分析模型。特殊二极管二极管应用举例。55......本次课内容二极管的结构和伏安特性55..作业：P.15.1.3.11.3.2P.17.1.4.1P.25.1.11.356......作业：56...

上次课内容：1、二极管的结构和伏安特性2、二极管的主要参数及二极管单向导电性失败的场合及原因。3、特殊二极管。4、二极管分析模型及应用举例。57......上次课内容：57...用万用表检测二极管的好坏及极性万用表欧姆档，黑表笔对应于表内电池的正极，而红表笔对应于表内电池的负极。二极管正偏时导通，呈现的电阻阻值较小。二极管反偏时截止，呈现的电阻阻值较大。58......用万用表检测二极管的好坏及极性万用表欧姆档，黑表笔对应于表内1-4-1

基本结构--BECNNP基极发射极集电极NPN型PNP集电极基极发射极BCEPNP型

1-4半导体三极管59......1-4-1基本结构--BECNNP基极发射极集电极NPN型BECNNP基极发射极集电极基区：较薄，掺杂浓度低集电结：面积较大发射区：掺杂浓度较高BECNNP基极发射极集电极发射结集电结60......BECNNP基极发射极集电极基区：较薄，掺杂浓度低集电结：面BECIBIEICNPN型三极管BECIBIEICPNP型三极管符号三极管的结构特点：基区特别薄，发射区掺杂浓度特别高，集电结面积特别大。61......BECIBIEICNPN型三极管BECIBIEICPNP型三

一、实验测试方法ICmAAVVUCEUBERBIBECEB1-4-2电流分配和放大原理62......一、实验测试方法ICmAAVVUCEUBERBIBECE结论:1.IE=IC+IB3.IB=0时,IC=ICEO（穿透电流）4.要使晶体三极管处于放大状态,发射结必须正偏,集电结必须反偏。63......结论:1.IE=IC+IB3.IB=0时,IC二.电流放大原理*BECNNPEBRBECIE基区空穴向发射区的扩散可忽略。IBE进入基区的电子少部分与基区的空穴复合，形成复合电流IBE

，多数扩散到集电结。发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IE。64......二.电流放大原理*BECNNPEBRBECIE基区空穴向发BECNNPEBRBECIE集电结反偏，集电区少子漂移形成的反向电流ICBO。ICBOIC=ICE+ICBOICEIBEICE从发射区扩散来的电子作为基区的少子，漂移进入集电结而被收集，形成ICE。65......BECNNPEBRBECIE集电结反偏，集电区少子漂移形成的IB=IBE-ICBOIBEIBBECNNPEBRBECIEICBOICEIC=ICE+ICBO

ICEIBE66......IB=IBE-ICBOIBEIBBECNNPEBRBECIICE与IBE之比称为电流放大倍数无数次试验发现：漂移到集电区的电子数（或其变化量）与在基区复合的电子数（或其变化量）总成比例，即ICE与IBE之比为一常数，称作电流放大倍数。67......ICE与IBE之比称为电流放大倍数无数次试验发现：漂移到集电一.输入特性UCE1VIB(A)UBE(V)204060800.40.8工作压降：硅管UBE0.6~0.7V,锗管UBE0.2~0.3V。UCE=0VUCE=0.5V

死区电压，硅管约0.5V，锗管约0.1V。1-4-3

特性曲线68......一.输入特性UCE1VIB(A)UBE(V)20406二、输出特性IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域满足IC=IB，称为线性区（放大区）。当VCE大于一定的数值时，IC只与IB有关：IC=IB。69......二、输出特性IC(mA)1234UCE(V)36912IIC(mA)1234VCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域中VCEVBE,集电结正偏，集电极电流不再受基极电流的控制，VCE0.3V，称为饱和区。70......IC(mA)1234VCE(V)36912IB=020IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域中:IB=0,IC=ICEO,VBE<死区电压，称为截止区。71......IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020输出特性三个区域的特点:放大区：发射结正偏，集电结反偏。

IC=IB,且IC

=

IB(2)饱和区：发射结正偏，集电结正偏。即：VCEVBE

，

IB>IC，VCE0.3V

(3)截止区：

VBE<死区电压，IB=0，IC=ICEO

0

注意：结------PN结；极------电极；集------收集！！！72......输出特性三个区域的特点:放大区：发射结正偏，集电结反偏。(21-4-4主要参数三极管发射极是输入输出的公共点，为共射接法，相应地还有共基、共集接法。共射直流电流放大倍数：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IB，相应的集电极电流变化为IC，则交流电流放大倍数为：1.电流放大倍数和

73......1-4-4主要参数三极管发射极是输入输出的公共点，为共射例：UCE=6V的前提下：IB=40A,IC=1.5mA，IB=60A时IC=2.3mA，则因为直流电流放大倍数与交流电流放大倍数非常接近，一般作近似处理：=74......例：UCE=6V的前提下：IB=40A,因为直流电流2.集-基极反向截止电流ICBOAICBOICBO是集电结反偏时，由少子的漂移形成的反向电流，受温度的变化影响较大。75......2.集-基极反向截止电流ICBOAICBOICBO是集电结BECNNPICBOICEO=

IBE+ICBO

=（1+

）ICBO

IBEIBEICBO进入N区，形成IBE。根据放大关系，由于IBE的存在，必有电流IBE。集电结反偏有ICBO3.穿透电流ICEOICEO受温度影响很大，当温度上升时，ICEO增加很快，所以IC也相应增加。三极管的温度特性较差。76......BECNNPICBOICEO=IBE+ICBO=（4.集电极最大电流ICM集电极电流IC上升会导致三极管的值下降，当值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM。5.集-射极反向击穿电压当集---射极之间的电压VCE超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25C、基极开路时的击穿电压V(BR)CEO。77......4.集电极最大电流ICM集电极电流IC上升会导致三极管的值6.集电极最大允许耗散功率PCM

集电极电流IC

流过三极管，所发生的功率为：PC=ICUCE

必定导致结温上升，所以PC

有限制。PCPCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区78......6.集电极最大允许耗散功率PCM集电极电流ICPC=1.三极管工作时，有两种载流子参与导电，称为双极型晶体管。2.三极管是一种电流控制型的器件，改变基极电流就可以控制集电极电流。3.三极管的特性可用输入特性曲线和输出特性曲线来描述。4.三极管有三个工作区：饱和区、放大区和截止区。半导体器件(三极管)部分内容小结79......1.三极管工作时，有两种载流子参与导电，称为双极型晶体管。半例：有两个晶体管分别接在放大电路中,测得它们的管脚电位如下表所示:试判断管子类型。解：因为三极管处于放大状态，所以80......例：有两个晶体管分别接在放大电路中,测得它们的管脚电位如下表1-4-5三极管的测试与应用81......1-4-5三极管的测试与应用81..三极管的结构、分类三极管的电流分配、电流放大作用三极管的三种工作状态及各自特点三极管的伏安特性、主要参数及安全工作区域本次课内容

用万用表检测二极管的好坏与极性82......三极管的结构、分类本次课内容用万用表检测二极管的好坏与极作业：P.24.1.5.3P.27.1.111.14P.35.2.1.42.1.62.1.783......作业：83...用万用表检测二极管的好坏及极性万用表欧姆档，黑表笔对应于表内电池的正极，而红表笔对应于表内电池的负极。二极管正偏时导通，呈现的电阻阻值较小。二极管反偏时截止，呈现的电阻阻值较大。84......用万用表检测二极管的好坏及极性万用表欧姆档，黑表笔对应于表内

上次课内容三极管的结构及分类三极管的电流分配及电流放大作用三极管的三种工作状态及各自特点三极管的主要参数及安全工作区域85......上次课内容85..举例说明三极管工作状态的特点P.63.2.12.386......举例说明三极管工作状态的特点P.63.2.1场效应管是电压控制元件,只有多子参与导电，输入阻抗高，热稳定性好。1-5场效应管----单极型晶体管*

三极管是电流控制元件，多数载流子和少数载流子(热稳定性较差)都参与运行，所以被称为双极型器件。增强型耗尽型N沟道P沟道N沟道P沟道N沟道P沟道场效应管

绝缘栅场效应管结型场效应管87......场效应管是电压控制元件,只有多子参与导电，输入阻抗高，热稳定1-5-1绝缘栅场效应管（MOS管）一、结构和电路符号PNNGSDP型基底两个N区SiO2绝缘层导电沟道金属铝GSDN沟道增强型88......1-5-1绝缘栅场效应管（MOS管）一、结构和电路符号PN沟道耗尽型PNNGSD预埋了导电沟道GSD在栅极下方的SiO2层中掺入大量的金属正离子。所以当uGS=0时，这些正离子已经感应出了沟道.89......N沟道耗尽型PNNGSD预埋了导电沟道GSD在栅极下方的NPPGSDGSDP沟道增强型P沟道耗尽型NPPGSDGSD预埋了导电沟道

90......NPPGSDGSDP沟道增强型P沟道耗尽型NPPGSDG二、MOS管的工作原理以N沟道增强型为例PNNGSDUDSUGSUGS=0时D-S间相当于两个反接的PN结ID=0对应截止区91......二、MOS管的工作原理以N沟道增强型为例PNNGSDUDSPNNGSDUDSUGSUGS>0时UGS足够大时（UGS>VT）将P区少子电子聚集到P区表面，形成导电沟道，如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流id。感应出电子VT称为阈值电压（开启电压）92......PNNGSDUDSUGSUGS>0时UGS足够大时（UGS>UGS较小时，导电沟道相当于电阻将D-S连接起来，UGS越大此电阻越小。PNNGSDUDSUGS93......UGS较小时，导电沟道相当于电阻将D-S连接起来，UGS越大UT（VT）iD=f(uGS)uDS=常数三、增强型N沟道MOS管的特性曲线输出特性曲线转移特性曲线94......UT（VT）iD=f(uGS)uDS=常数三、增强型N沟道

一个重要参数——跨导gmgm=iD/uGS

uDS=const

gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。

在转移特性曲线上，gm为曲线的斜率。在输出特性曲线上也可求出gm。95......一个重要参数——跨导gmgm=iD/N沟道增强型MOS管的基本特性uGS

＜UT，管子截止uGS

＞UT，管子导通uGS

越大，沟道越宽，在相同的漏源电压uDS作用下，漏极电流ID越大96......N沟道增强型MOS管的基本特性96..四、耗尽型N沟道MOS管的特性曲线耗尽型的MOS管UGS=0时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。转移特性曲线0IDUGSVTIDUDS0UGS=0UGS<0UGS>0输出特性曲线97......四、耗尽型N沟道MOS管的特性曲线耗尽型的MOS管UGS=0N沟道耗尽型MOS管的特点当uGS=0时，就有沟道，加入uDS，就有iD。当uGS＞0时，沟道增宽，iD进一步增加。当uGS＜0时，沟道变窄，iD减小。98......N沟道耗尽型MOS管的特点98..1-5-2结型场效应管（J-FET）99......1-5-2结型场效应管（J-FET）99..与双极型晶体管的比较1、只有多子参与导电，受温度影响较小（热稳定性较好），抗辐射能力较强。2、结型场效应管工作时PN结必须反偏、MOS管则由于栅极被绝缘，故场效应管的输入阻抗大大高于三极管。3、集成度高。4、使用注意事项。100......与双极型晶体管的比较1、只有多子参与导电，受温度影响较小（热信心是成功的开始恒心是成功的方法谢谢您的关注！信心是成功的开始模拟电子技术及应用102......模拟电子技术及应用1...第1章基本半导体分立器件1.1半导体的基本知识与PN结1.2半导体二极管1.3特殊二极管1.4半导体三极管1.5场效应晶体管103......第1章基本半导体分立器件1.1半导体的基本知识与PN结导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。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、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。1-1半导体的基本知识及PN结什么是半导体?104......导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。绝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：当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变。1.掺杂性2.热敏性和光敏性半导体的三大特性105......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1-1-1本征半导体（纯净和具有晶体结构的半导体）一、本征半导体的结构特点GeSi现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。106......1-1-1本征半导体（纯净和具有晶体结构的半导体）一、本征在硅和锗晶体中，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，每个原子与其相邻的原子之间形成共价键，共用一对价电子。硅和锗的晶体结构：通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。107......在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在硅和锗的共价键结构共价键共用电子对+4+4+4+4+4表示原子外层原来有4个电子108......硅和锗的共价键结构共价键共+4+4+4+4+4表示原子外层原共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，导电能力很弱。形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，形成稳定结构。共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。+4+4+4+4109......共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下二、本征半导体的导电机理在绝对0度（-273℃）和没有外界激发时,价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即载流子），不能导电，相当于绝缘体。在常温下，由于热激发，使一些价电子获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.载流子、自由电子和空穴110......二、本征半导体的导电机理在绝对0度（-273℃）和没有外界激+4+4+4+4自由电子空穴束缚电子（价电子）111......+4+4+4+4自由电子空穴束缚电子（价电子）10..2.本征半导体的导电机理+4+4+4+4在外界因素的作用下，空穴吸引附近的电子来填补，结果相当于空穴的迁移，效果相当于正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流子，能定向移动而形成电流。本征半导体中两种载流子的数量相等，称自由电子空穴对。112......2.本征半导体的导电机理+4+4+4+4在外界因素的作用下，温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点------半导体的热敏性。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体中电流由两部分组成：

（1）自由电子移动产生的电流。（2）空穴移动产生的电流。（在本征半导体中自由电子和空穴成对出现，同时又不断的复合）113......温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温1-1-2杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质原子，形成杂质半导体。杂质半导体的导电性能将发生显著变化，其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。P型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为空穴型半导体。N型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为电子型半导体。114......1-1-2杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质原子，一、N型半导体在硅或锗晶体（本征半导体）中掺入少量的五价元素，如磷，晶体中的某些半导体原子被杂质原子取代。由于磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子不受共价键的束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子；本征半导体电子和空穴成对出现的现象也被打破。115......一、N型半导体在硅或锗晶体（本征半导体）中掺入少量的五价元+4+4+5+4多余电子磷原子N型半导体中的载流子有哪些呢？（1）由磷原子提供的电子，浓度与磷原子相同。（2）本征半导体中成对产生的电子和空穴。一般情况下，掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。在N型半导体中，自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。116......+4+4+5+4多余磷原子N型半导体中的载流子有哪些呢？（二、P型半导体在硅或锗晶体（本征半导体）中掺入少量的三价元素，如硼（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质原子取代。硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。+4+4+3+4空穴硼原子P型半导体中空穴是多子，电子是少子。117......二、P型半导体在硅或锗晶体（本征半导体）中掺入少量的三价元三、杂质半导体的示意图－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半导体++++++++++++++++++++++++N型半导体118......三、杂质半导体的示意图－－－－－－－－－－－－－－－－－－－小结2.N型半导体：电子是多子，其中大部分是掺杂提供的电子；空穴是少子，少子的迁移也能形成电流，由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。3.P型半导体中空穴是多子，电子是少子。1.本征半导体中受激（热激发即本征激发）产生的电子和空穴成对出现，数量很少。4.杂质半导体：多子数（多子浓度）主要由掺杂浓度决定，受温度影响较小；而少子（少子浓度）主要由本征激发决定，所以受温度影响较大。119......小结2.N型半导体：电子是多子，其中大部分是掺杂提供的1-1-3PN结的形成在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和N型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN结。120......1-1-3PN结的形成在同一片半导体基片上，分别制造PP型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动漂移运动扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽。内电场越强，漂移运动越强。空间电荷区，也称耗尽层。内电场E121......P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－漂移运动P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场E所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。122......漂移运动P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－1.空间电荷区中没有多数载流子。2.空间电荷区中内电场阻碍P区中的空穴和N区中的电子（都是多子）向对方运动（扩散运动）。3.P区中的电子和N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。小结123......1.空间电荷区中没有多数载流子。2.空间电荷区中内电场阻碍P(1)加正向电压（正偏）——电源正极接P区，负极接N区

外电场的方向与内电场方向相反。

外电场削弱内电场→耗尽层变窄→扩散运动＞漂移运动→多子扩散形成正向电流（与外电场方向一致）IF正向电流

1-1-4PN结的单向导电性124......(1)加正向电压（正偏）——电源正极接P区，负极接N区(2)加反向电压——电源正极接N区，负极接P区

外电场的方向与内电场方向相同。

外电场加强内电场→耗尽层变宽→漂移运动＞扩散运动→少子漂移形成反向电流IRPN在一定的温度下，由本征激发产生的少子浓度是一定的，故IR基本上与外加反压的大小无关，所以称为反向饱和电流。但IR受温度影响较大。

125......(2)加反向电压——电源正极接N区，负极接P区外