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模拟电子技术,第1章 半导体器件,一、半导体知识基础,3、半导体：,导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。,1、导体：很容易导电的物质。,2、绝缘体：几乎不导电的物质。,如锗（Ge）、硅（Si）、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。,1.1 半导体的特性,共用电子对,二、本征半导体,1、本征：本质特征，即纯净的半导体。,2、定义：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。,3、导电机理：,本征激发（热激发）,空穴,自由电子,总结,（1）本征半导体中存在数量相等的两种载流子。,自由电子和空穴,（2）本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。,思考,本征半导体与导体的区别？,三、杂质半导体,1、 N型半导体（电子半导体）,本征半导体中掺入微量的五价元素磷,施主原子,受主原子,2、P型半导体（空穴半导体）,本征半导体中掺入微量的三价元素硼,总结,（1） N型半导体（电子半导体）,（2）P型半导体（空穴半导体）,1.2 半导体二极管,一、PN结及其单向导电性,1、 PN结的形成,（1）由载流子的浓度差多子扩散,（2）正负离子显电性建立空间电荷区形成内电场 E,（3）内电场E,扩散 = 漂移,动平衡,PN结的形成过程：, 空间电荷区中没有载流子。, 空间电荷区的内电场阻碍P区的空穴和N区的 自由电子形成扩散电流。 （内电场阻碍多子的扩散）,多子由掺杂浓度确定，少子与温度有关。,空间电荷区中内电场的作用使P区的电子和N区的 空穴形成漂移电流。 （内电场有助少子漂移）,总结,2、 PN结的单向导电性,（1）正偏,PN结加正向电压导通： 耗尽层变窄，扩散运动加剧，由于外电源的作用，形成扩散电流，PN结处于导通状态。,（2）反偏,PN结加反向电压截止： 耗尽层变宽，阻止扩散运动，有利于漂移运动，形成漂移电流。由于电流很小，故可近似认为其截止。,二、二极管的伏安特性,点接触型：结面小、结电容小，适用高频小电流场合， 如：检波电路、数字开关电路。,面接触型：结面大、结电容大，用在低频电路, 如整流电路.,1、正向特性,（2）正向特性：正向电阻很小,（1）反向饱和电流：IS,2、反向特性,（2）反向击穿电压：UBR,（3）二极管方程：,三、二极管的主要参数,1、最大整流电流 IF ：正偏极限参数,二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。（点接触型几十毫安，面接触型较大。）,2、最高反向工作电压UR ：反偏极限参数,二极管不被反向击穿时允许承受的最大反向电压。,一般UR是UBR的一半（或三分之二）。,3、反向电流 IR ：,在UBR下对应的反向电流， IR愈小愈好。,4、最高工作频率 fM ：,二极管工作的上限截止频率，结电容越大，fM越低。,PN结的电容效应,1. 势垒电容：反偏形成,PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电相同，其等效电容称为势垒电容CT。,2. 扩散电容,PN结外加的正向电压变化时，在扩散过程中载流子的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的过程，其等效电容称为扩散电容CD。,结电容：,结电容不是常量！若PN结外加电压频率高到一定程度，则失去单向导电性！,四、二极管的等效电路,1、理想模型,正偏：压降为0；反偏：电流为0。,2、恒压降模型,导通时压降恒定：Si: 0.7V ; Ge：0.3V 。,理想 二极管,近似分析中最常用,理想开关 导通时 UD0截止时IS0,导通时UDUon 截止时IS0,导通时i与u成线性关系,电路如图。已知 ui = 10sint V，且E = 5V， 试分析工作原理，并作出输出电压uo的波形。,解：1：理想模型, ui E， D 截止，uR= 0，,输出uo = ui, ui E， D 导通，uD= 0，,输出uO = E,2：恒压降模型, ui E+0.7， D 截止，uR= 0，, ui E+0.7， D 导通，uD= 0，,输出uo = ui,输出uO = E+0.7,电路为正限幅电路,图示两个电路。已知 ui = 10sint V ， 试画出输出电压uo的波形。（用理想模型）,解：, 图(a) ui 0， D 导通，uO= 0， ui 0， D 截止，uO= ui, 图(b) ui 0， D导通，uO= ui ， ui 0， D截止，uO= 0,二极管实现整流作用,VA VB， DA先导通， DA起钳位作用，使VF=3V。,VB VF ，DB截止， 将 VB与VF隔离,电路中，输入端 VA=+3V ， VB= 0V ， 试求输出端F的电位VF 。（ DA 、DB为理想二极管 ）,解：,二极实现钳位和隔离作用,五、稳压二极管,1、伏安特性,由一个PN结组成，反向击穿后在一定的电流范围内端电压基本不变，为稳定电压。,2、主要参数,（1）稳定电压UZ ： 在规定的稳压管反向工作电流下，所对应的反向工作电压。,（2）稳定电流IZ ： 稳压管工作在稳定状态时的参考电流。,（3）动态内阻rZ ：,（4）额定功耗PZ ：,（5）电压温度系数U,1.3 双极结型三极管,一、基本结构,NPN型,PNP型,发射结,集电结,二、电流分配和放大原理,1、载流子传输过程,IEN,IEP,IBN,ICBO,ICN,2、电流分配关系,（1）内部：,（2）外部：,3、三极管的放大作用,（1）共基极直流电流放大系数：,（2）共射直流电流放大系数：,（3）三种组态：,三、三极管的特性曲线,1、输入特性,死区,非线性区,线性区,2、输出特性,饱和区,放大区,截止区,为什么uCE较小时iC随uCE变化很大？为什么进入放大状态曲线几乎是横轴的平行线？,四、三极管的主要参数,（1）共射电流放大系数：,（2）共射直流电流放大系数：,（3）共基电流放大系数：,（4）共基直流电流放大系数：,2、反向饱和电流,（1）集-基极反向电流ICBO,温度少子 ICBO ,（2）集-射极穿透电流ICEO,3、极限参数,（1）集电极最大允许电流ICM,IC当值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM。,（2）极间反向击穿电压,发射极开路时集-基极之间的击穿电压U(BR)CBO,（3）集电极最大允许耗散功率PCM,三极管的最大热损耗。,基极开路时集-射极之间的击穿电压U(BR)CEO,1.4 场效应三极管,MOS管的结构： MOS(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 金属氧化物半导体场效应管,源极S(Source)、漏极D(Drain)、