模拟电子电路基础11

第一章 半导体基本器件及应用电路 1.1 半导体材料及导电特性 1.2 PN结原理 1.4 双极型晶体管 1.3 晶体二极管及应用返回1.1半导体材料及导电特性1.1 .1 本征半导体1. 1 . 2 杂质半导体1. 1 . 3 漂移电流与扩散电流引言返回1.1半导体材料及导电特性返回1.1 .1 本征半导体返回1.1 .1 本征半导体 （ intrinsic semiconductor）返回E g（二）本征激发和两种载流子 a:空穴带正电量b： 空穴是半导体中所特有的带单位正电荷的粒子，与电子电量相等，符号相反c： 空穴在价带内运动，也是一种载流子。在外电场作用下可在晶体内定向移动空穴：自由电子载流子：带单位负电空穴载流子 ：带单位正电返回（三） 本征载流子（ intrinsic carrier） 浓度本征激发 电子空穴E g1电子 空穴随机碰撞复合 （自由电子释放能量）电子空穴对消失23 本征激发动态平衡复合 是电子空穴对的两种矛盾运动形式。返回1. 1 . 2 杂质半导体 （ donor and acceptor impurities） 3.3X1012分之一返回（ 一） N型半导体 （ N Type semiconductor ）室温T=300k+ +5返回（二） P型半导体 （ P type semiconductor ）- -返回（ 三） 杂质半导体中的载流子浓度 本征半导体中载流子由本征激发产生： ni=pi掺杂半导体中（ N or P） 掺杂越多 多子浓度 少子浓度 杂质半导体载流子由两个过程产生 ： 杂质电离 多子本征激发 少子由半导体理论可以证明，两种载流子的浓度满足以下关系：1 热平衡条件： 温度一定时，两种载流子浓度积之，等于本征浓度的平方。N型半导体：若以 nn表示电子（多子）， pn表示空穴（少子）则有 nn.pn=ni2P型半导体： pp表示空穴（多子） ， np表示电子浓度（少子）Pp.np=ni22 电中性条件： 整块半导体的正电荷量与负电荷量恒等。N型： No表示施主杂质浓度 ， 则： nn=No+pnP型： NA表示受主杂质浓度 ， Pp=NA+np由于一般总有 Nopn NAnp 所以有 N型： nn No 且： pn ni2/NDP型： pp NA np ni2/NA多子浓度等于掺杂浓度 少子浓度与本征浓度 ni2有关，与温度无关 随温度升高而增加，是半导体元件温度漂移的主要原因多子浓度 少子浓度返回1. 1 . 3 漂移电流与扩散电流半导体中有两种载流子：电子和空穴，这两种载流子的定向运动会引起导电电流。引起载流子定向运动的原因有两种：由于电场而引起的定向运动 漂移运动。（漂移电流）由于载流子的浓度梯度而引起的定向运动 扩散运动（扩散电流）（一）漂移电流 （ drift current）在电子浓度为 n,空穴浓度为 p的半导体两端外加电压 V， 在电场 E的作用下， 空穴将沿电场方向运动 ， 电子将沿与电场相反方向运动 ：EV 返回(二）扩散 电 流 （ diffusion current）光照N型半导体x n (x)p (x)载流子浓度热平衡值热平衡值x 返回 1.2 PN结原理1.2 .2 空间电荷区特点：1.2.1 PN结的形成及特点返回NP+- 1.2 PN结原理E返回1.2.1 PN结的 形成及特点一 PN结的动态平衡过程和接触电位消弱 内建电场 ENP+-E热平衡（动态平衡）返回1.2 .2 空间电荷区特点： NP+-E 电荷密度E电场强度 电位qU内建电位势垒（电子势能）qUP N返回1.3晶体二极管及应用1 3 2 二极管的电阻1 3 3 二极管的交流小信号等效模型1. 3. 4 二极管应用电路1 3 1晶体二极管的伏安特性 引言返回1 3 5 稳压管1 3 6 PN结电容1 3 7 PN结的温度特性1 3 8 二极管主要参数1.3 晶体二极管及应用NP+-E1.3.1 晶体二极管的伏安特性返回1. 正向偏置，正向电流RUNP+-UiDUU -U扩散iD+_返回NP+-2. 反向偏置，反向电流RUU iRUU +UiR+_返回Si（ 二） 伏安特性Ge1.0iDuDUONUON返回Si（ 二） 伏安特性iR=-IsGeSiGeU(BR) U(BR)1.0iDuD返回Si（ 二） 伏安特性iR=-IsSiGeGeU(BR) U(BR)1.0iDuD二极管击穿后端电压几乎不变，具有稳压特性。返回ID QUDiDuDuD（忽略 R上的电压）1 3 2 二极管的电阻返回rd CJSi1.0iDuD在低频工作时， CJ可忽略。电路仿真1 3 3 二极管的交流小信号等效模型 返回uiui1.3.4 二极管应用电路1 整流电路ui0， 二级管导通， ， uo=ui电路仿真2二极管限幅电路右图为双向的限幅电路如果设：二极管的开启电压 UON = 0.7V则有： |ui| UON ， D1导通 D2截止，回路中的电流， 利用二极管正向稳压特性， uo= UON 。如果， ui0时， D截止， iD=0， 回路无法放电，使电容 C的电压保持uc=ui=2