模拟电子技术及应用.ppt

1、模拟电子技术与应用，第1章基础半导体分立器件，1.1半导体和PN结基础知识，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，导体：自然界中容易导电的物质叫导体，金属一般是导体。绝缘体：一些几乎不导电的物质被称为绝缘体，如橡胶、陶瓷、塑料和应时。半导体：还有另一种导电率介于导体和绝缘体之间的材料，称为半导体，如锗、硅、砷化镓以及一些硫化物和氧化物。1-1半导体和PN结的基本知识，什么是半导体？半导体的导电机理不同于其他物质，所以它有自己的特点。例如，当暴露在外部热和光下时，其电导率明显变化。在纯半导体中加入一些杂质会明显改变其导电性。1。兴奋剂。热敏性和光敏性，半导

2、体的三大特性，1-1-1本征半导体(纯半导体和晶体半导体)，和1。本征半导体的结构特征。在现代电子学中，最常用的半导体是硅和锗，它们的最外层电子(价电子)都是四个。在硅和锗晶体中，原子按照四边形体系形成晶格，每个原子位于正四面体的中心，而另外四个原子位于四面体的顶点，每个原子与其相邻的原子形成共价键并共享一个价电子。通过某种工艺过程，半导体可以制成晶体。硅和锗的共价键结构，共价键共享电子对，4表示原子外层有4个电子，共价键中的两个电子紧密结合在共价键中，这称为结合电子。在常温下，束缚电子很难脱离共价键而成为自由电子，因此本征半导体中几乎没有自由电子，它们的导电性很弱。共价键形成后，每个原子最外

3、层的电子是八个，形成一个稳定的结构。共价键具有很强的结合力，使原子排列规则并形成晶体。第二，本征半导体的传导机制，当绝对零度(-273)且没有外部激发时，价电子完全被共价键束缚，并且没有带电粒子(即载流子)可以在本征半导体中移动，这不能导电并且相当于绝缘体。在常温下，由于热激发，一些价电子获得足够的能量脱离共价键而成为自由电子，而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，自由电子，空穴，束缚电子(价电子)，2。本征半导体的导电机理。在外界因素的作用下，空穴吸引附近的电子进行填充，这相当于空穴的迁移，其效果相当于正电荷的移动。因此，空穴可以被认为是载流子，可以定向运动形成电流。

4、本征半导体中两个载流子的数量相等，称为自由电子空穴对。温度越高，载流子浓度越高。因此，本征半导体的导电性越强，温度就是影响半导体性能的一个重要外部因素，这也是半导体的一个主要特征半导体的热敏性。本征半导体的导电性取决于载流子的浓度。本征半导体中的电流由两部分组成：(1)自由电子运动产生的电流。(2)空穴运动产生的电流。(在本征半导体中，自由电子和空穴成对出现并不断复合)，1-1-2杂质半导体，它将一些痕量杂质原子结合到本征半导体中形成杂质半导体。杂质半导体的导电性会发生显著变化，因为掺杂半导体中某些载流子的浓度会大大增加。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。氮型半导体

5、：自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为电子半导体。1.n型半导体。少量五价元素，如磷，被掺杂因为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，所以一定还有一个电子，它不受共价键的束缚，很容易被激发成自由电子，从而使磷原子变成不动的带正电荷的离子；本征半导体电子和空穴成对出现的现象也被打破。n型半导体中的额外电子、磷原子和载流子是什么？(1)磷原子提供的电子浓度与磷原子相同。(2)在本征半导体中成对产生的电子和空穴。一般来说，掺杂浓度远远大于本征半导体中的载流子浓度，因此自由电子浓度远远大于空穴浓度。在N型半导体中，自由电子被称为多数载流子，空穴被称为少数载流子。2.p型

6、半导体，空穴，硼原子。在P型半导体中，空穴是多载流子，电子是少数载流子。3.杂质半导体示意图，小结，2。n型半导体：电子是多重态，其中大部分是掺杂提供的电子；空穴是少数载流子，少数载流子的迁移也可以形成电流。由于数量的原因，主要的传导作用是多重性。大致认为多孔菌的浓度等于杂质的浓度。在p型半导体中，空穴是多重态，电子是少数载流子。1.由本征半导体中的激发(热激发是本征激发)产生的电子和空穴成对出现，并且数量非常少。4。杂质半导体：多重数(多重浓度)主要由掺杂浓度决定，受温度影响较小；少数载流子(少数载流子浓度)主要由本征激发决定，因此它受温度影响很大。在同一半导体衬底上，分别制作P型半导体和N

7、型半导体，通过载流子扩散在它们的界面形成PN结。作为扩散的结果，空间电荷区域逐渐变宽。内部电场越强，漂移运动越强。空间电荷区，也称为耗尽层。内部电场e、p型半导体、n型半导体，因此扩散和漂移的相反运动最终达到平衡，这意味着两个区域之间没有电荷运动，并且空间电荷区域的厚度是固定的。在空间电荷区没有多数载流子。2.空间电荷区的内部电场阻止了磷区的空穴和氮区的电子(两者都是多重态)相互靠近(扩散运动)。P区的电子数和N区的空穴数(都是少数载流子)是有限的，所以它们形成的电流很小。(1)直流电压(正向偏置)电源的正极连接到P区，负极连接到N区。外部电场的方向与内部电场的方向相反。外部电场减弱内部电场，

8、耗尽层变窄，扩散运动漂移，多子扩散形成正向电流(与外部电场方向相同)，正向电流，1-1-4 PN结单向导电，(2)反向电压电源的阳极连接有N区，阴极连接有P区，外部电场方向与内部电场方向相同。外部电场增强内部电场，耗尽层变宽，漂移移动并扩散，少数载流子漂移形成反向电流，在一定温度下，本征激发产生的少数载流子浓度是一定的，因此红外基本上与施加的背压大小无关，因此称为反向饱和电流。然而，红外线受温度影响很大。当PN结加直流电压时，会有一个大的正向扩散电流，即它表现出低电阻，我们称之为PN结传导；当反向电压施加到PN结时，只有小的反向漂移电流，表现出高电阻。我们关闭了PN结。这是PN结的单向导电性。

9、本课总结，1。半导体和金属(载体)之间的导电性差异。2.半导体的三个特征。3.本征半导体和热(本征)激发。4.掺杂半导体、多载流子和少数载流子。5.fo，反向饱和漏电流，二极管反向击穿介绍，1-2-3主要参数，1。最大整流电流，二极管长时间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，反向击穿期间二极管的电压值。当击穿发生时，反向电流急剧增加，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧毁。手册中给出的最大反向工作电压通常是VBR的一半。2.峰值反向工作电压VBWM，二极管未击穿时的反向峰值电压。4。反向电流指二极管的反向电流加上反向峰值工作电压。大的反向电流表明管道的单向导电性差

10、，因此反向电流越小越好。反向电流受温度影响，温度越高，反向电流越大。硅管的反向电流很小，锗管的反向电流比硅管大几十到几百倍。微可变电阻rD、vD、rD是工作点q附近的电压变化与二极管特性曲线上的电流变化之比：显然，rD是q附近的微可变区域中的电阻，6。二极管的极间电容(结电容)*。二极管的两极之间存在电容效应。相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：势垒区是积聚空间电荷的区域。当电压改变时，在势垒区域中积累的空间电荷将改变，因此所示的电容是势垒电容。电容效应：当施加的电压改变时，耗尽层的宽度将相应地改变，也就是说，存储在PN结中的电荷量将相应地改变，就像电容器充电和

11、放电一样。当施加的直流电压不同时，PN结两侧积累的少数载流子的数量和浓度梯度也不同(相当于电容器的充放电)。电容效应只会在交流信号的作用下出现。扩散电容：为了形成正向电流(扩散电流)，注入磷区的电子存在浓度差，并且浓度在靠近PN结处增加，即电子在磷区聚集。同样，空穴在氮区积累。在正向和反向偏置中，势垒电容都不能忽略。在反向偏置中，扩散电容可以忽略，因为少数载流子的数量很少。从二极管的主要参数可以得出高频小信号PN结的等效电路、势垒电容和扩散电容的综合效应、二极管单向导通失效的时机和原因。1.正向偏置电压过低。(不足以克服死区电压)2。正向电流太大。(PN结温度太高，无法燃烧)3。反向偏置电压太

12、高。(导致反向击穿)4。工作频率太高。(使结电容容抗下降但不反方向关断)，实际二极管：空载电压0.5V，正向电压下降0.7V(硅二极管)，理想二极管：空载电压=0，正向电压下降=0，二极管应用示例1:二极管半波整流，在实际应用中，二极管单向导通，典型应用包括整流、限制、保护等。二极管2的应用实例：波形转换，1-3特殊二极管1-3-1齐纳二极管，电压，IZ，曲线越陡，电压越稳定。UZ，(4)稳定电流IZ，最大和最小稳定电流Izmax和Izmin。(5)最大允许功耗，齐纳二极管：的参数，(1)稳定电压UZ，(3)动态电阻，稳压管只有连接适当的电阻才能稳定电压。r被称为限流电阻，因此流经齐纳二极管的

13、电流在其安全范围内。齐纳二极管的应用实例，稳压器的技术参数为：解决方案：当输入电压达到上限时，流经稳压器的电流为Izmax，公式1，要求当输入电压与正常值相差20%时，负载电压基本不变。寻找电阻r和输入电压Vi的正常值。当输入电压下降到下限时，流经稳压管的电流为Izmin。E光电流、暗电流、1-3-3发光二极管，当正向电流流动时，发出一定波长范围内的光。目前，发光二极管可以发射从红外到可见光波段的光；电气特性与普通二极管相似。半导体中有两种载流子：电子和空穴。电子带负电荷，空穴带正电荷。通过在纯半导体中掺杂不同的杂质，可以得到n型半导体和P型半导体。p型和N型半导体通过某种工艺结合形成PN结。

14、PN结的基本特性是单向传导。二极管由一个PN结组成。半导体器件(二极管)概述，二极管分析模型：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)，例1:图中显示了由二极管组成的限幅器电路，R1k，UREF=2V，输入信号为ui。(1)如果ui为4V DC信号，分别用理想二极管模型和恒压源模型计算电流I和输出电压uo，解为：(1)用理想模型分析。使用恒压源模型分析。(2)如果用户界面是幅值为4V的交流三角波，波形如图所示，用理想二极管模型和恒压源模型对电路进行分析，并画出相应的输出电压波形。解决方案：使用理想的二极管模型进行分析。波形显示在右侧。通过恒压源模型进行分析

15、，波形显示在右侧。例2:在下图中，试着找出下列情况下的端电压VY和流经每个元件的电流：(1) UA=10V，UB=0V，忽略二极管的导通压降：(1)如果二极管先导通，它将反向偏置并关断，(2)UA=6V，UB=5.8V如果两个管都打开，可以通过节点电流方法获得。可以看出，数据库管也可以打开。例3:两个稳压管，稳定电压分别为5.5V和8.5V，正向导通压降为0.5V，如果要得到0.5V、3V、6V、9V和14V，应该如何连接？通过求解：电路，可以分别得到本课题所需的稳压值，如下图：例3:两个稳压管，稳压电压分别为5.5V和8.5V，正向导通压降均为0.5V。如果要得到0.5V、3V、6V、9V和

16、14V，应如何连接？电路如下图所示，分别可以得到课题所需的稳压值：0.5v，-，r，r，dz1，dz2，ui，-3v，-，二极管型号：理想二极管，理想二极管串联电压源(恒定压降)，虚线型号，恒定压降串联电阻(考虑压降的虚线型号)，数字二极管单向导通失败的场合和原因。二极管的几种分析模型。特殊二极管应用示例。作业：15.1.3.1 1 . 3 . 2，17.1.4.1 25 . 1 . 1，1.3。最后一课的内容：1。二极管2的结构和伏安特性。二极管的主要参数及二极管单向导通失效的场合和原因。3.特殊二极管。4.二极管分析模型及应用实例。使用万用表检测二极管的质量和极性。万用表是欧姆的。黑色探针对应于仪表中电池的正极，而红色探针对应于仪表中电池的负极。当二极管被正向偏置时，它导通，显示一个小电阻值。当二极管被反向偏置时，它被关断，并且电阻较大。1-4-1基本结构-，b，e，c，基极，发射极，集电极，NPN型，PNP型，1-4半导体三极管，基极，发射极，集电极，基极区：薄，低掺杂浓度，集电极结：大面积，发射极区：高掺杂浓度，发射极结，集电极结1。实