模电第1讲 绪论 半导体基础知识 二极管

1、清华大学华成英 本课程是入门性质的技术基础课本课程是入门性质的技术基础课 清华大学华成英一、电子技术的发展 47年年 贝尔实验室制成第一只晶体管贝尔实验室制成第一只晶体管 58年年 集成电路集成电路 69年年 大规模集成电路大规模集成电路 75年年 超大规模集成电路超大规模集成电路 第一片集成电路只有第一片集成电路只有4个晶体管，而个晶体管，而97年一年一片集成电路上有片集成电路上有40亿个晶体管。科学家预测集成亿个晶体管。科学家预测集成度按度按10倍倍/6年的速度还将继续到年的速度还将继续到2015或或2020年，年，将达到饱和。将达到饱和。清华大学华成英二、模拟电路二、模拟电路 模拟量：连

2、续性，大多数物理量，如温模拟量：连续性，大多数物理量，如温度、压力、流量、液面度、压力、流量、液面均为模拟量。均为模拟量。 数字量：离散性数字量：离散性 模拟电路：对模拟量进行处理的电路，模拟电路：对模拟量进行处理的电路，最基本的处理是放大。最基本的处理是放大。 放大：输入为小信号，有源元件控制电放大：输入为小信号，有源元件控制电源使负载获得大信号，并保持线性关系。源使负载获得大信号，并保持线性关系。 有源元件：能够控制能量的元件。有源元件：能够控制能量的元件。清华大学华成英三、课程目的三、课程目的1. 掌握基本概念、基本电路、基本分析方法、基掌握基本概念、基本电路、基本分析方法、基本实验技能

3、本实验技能2. 具有能够继续深入学习和接受电子技术新发展具有能够继续深入学习和接受电子技术新发展的能力，以及将所学知识用于本专业的能力。的能力，以及将所学知识用于本专业的能力。四、考查方法四、考查方法 1. 会看：定性分析会看：定性分析 2. 会算：定量计算会算：定量计算 3. 会选：电路形式、器件、参数会选：电路形式、器件、参数 4. 会调：测试方法、故障诊断、仪器选用、会调：测试方法、故障诊断、仪器选用、EDA清华大学华成英五、学习方法五、学习方法1. 1. 入门阶段应以听课为线索；入门阶段应以听课为线索；2. 2. 建立工程的观念、系统的观念、科学进建立工程的观念、系统的观念、科学进步的

4、观念和实践的观念；步的观念和实践的观念；3. 3. 特别注意电路原理在电子电路分析中的特别注意电路原理在电子电路分析中的应用。应用。六、考试方法六、考试方法 开卷。开卷。清华大学华成英第一章第一章 半导体二极管和晶体三极管半导体二极管和晶体三极管教学基本要求：教学基本要求：掌握二极管和晶体管的外特性和主要参数掌握二极管和晶体管的外特性和主要参数清华大学华成英第一章 半导体二极管和晶体管1.1 1.1 半导体基本知识半导体基本知识一、一、本征半导体：纯净，晶体本征半导体：纯净，晶体共价键共价键载流子载流子两种载流子参与导电，两种载流子参与导电，导电性很差，且随温导电性很差，且随温度升高而增强。度

5、升高而增强。绝对温度绝对温度0K时不导电。时不导电。清华大学华成英二、杂质半导体N型半导体型半导体P型半导体型半导体多数载流子多数载流子5磷（磷（P）3硼（硼（B） 杂质半导体主要靠多数载流子导电。掺入杂质越多，多子浓度杂质半导体主要靠多数载流子导电。掺入杂质越多，多子浓度越高，导电性越强，实现导电性可控。越高，导电性越强，实现导电性可控。清华大学华成英三、三、PN结的形成及其单向导电性结的形成及其单向导电性 因浓度差而产生的运因浓度差而产生的运动称为扩散运动。动称为扩散运动。 因电场作用所产生的运因电场作用所产生的运动称为漂移运动。动称为漂移运动。 参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相参与扩

6、散运动和漂移运动的载流子数目相同，达到动态平衡，就形成了同，达到动态平衡，就形成了PN结。结。扩散运动扩散运动漂移运动漂移运动清华大学华成英PNPN结加正向电压导通：结加正向电压导通： 耗尽层变窄，扩散耗尽层变窄，扩散运动加剧，由于外电源运动加剧，由于外电源的作用，形成扩散电流，的作用，形成扩散电流，PNPN结处于导通状态。结处于导通状态。PNPN结加反向电压截止：结加反向电压截止： 耗尽层变宽，阻止扩散耗尽层变宽，阻止扩散运动，有利于漂移运动，形运动，有利于漂移运动，形成漂移电流。由于电流很小，成漂移电流。由于电流很小，故可近似认为其截止。故可近似认为其截止。清华大学华成英1.2 晶体二极管

7、晶体二极管 一、组成一、组成 ：将：将PN结封装，引出两个电极，就构成二极管。结封装，引出两个电极，就构成二极管。mV26) 1e (TSTUIiUu常温下材料材料开启开启电压电压导通导通电压电压反向饱和反向饱和电流电流硅硅Si0.5V0.50.8V1A以下锗锗Ge0.1V0.10.3V几十A二、伏安特性二、伏安特性)(ufi 清华大学华成英从二极管的伏安特性可以反映出：从二极管的伏安特性可以反映出： 1、单向导电性、单向导电性。，则加反向电压时，若；，则加正向电压时，若SSTeIiUuIiUuTUuT) 1e (TSUuIi2 2、伏安特性受温度影响、伏安特性受温度影响T（）在电流不变情况下

8、管压降在电流不变情况下管压降u 反向饱和电流反向饱和电流IS，U(BR) T（）正向特性左移正向特性左移，反向特性下移，反向特性下移清华大学华成英三、二极管的等效电路三、二极管的等效电路1 1、将伏安特性折线化、将伏安特性折线化理想理想二极管二极管近似分析近似分析中最常用中最常用2 2、微变等效电路、微变等效电路QDiurQ越高，越高，rD越小。越小。 在一直流电压和电流的在一直流电压和电流的基础上的低频小信号下的基础上的低频小信号下的等效电路。等效电路。清华大学华成英四、二极管的主要参数四、二极管的主要参数 最大整流电流最大整流电流IF：最大平均值最大平均值 最大反向工作电压最大反向工作电压UR：最大瞬时值最大瞬时值 反向电流反向电流 IR：即即IS