模拟电子电路基础11 课件

1、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

2、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

3、 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+pn P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：nnNo 且： pn

4、ni2/ND P型：ppNA npni2/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

5、回(二）扩散 电 流（diffusion current）光照 N型半导体xn (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ENP+-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+-ENP+-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）qUPN返回1.3晶体二极管及应用132 二极管的电阻133 二极管的交流小信号等效模型1. 3. 4 二极管应用电路131晶体二极管的伏安特性

6、引言返回135 稳压管136 PN结电容137 PN结的温度特性138 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iDiDiDiD+_返回NP+-2. 反向偏置，反向电流RUUiRNP+-UU+UiRiRiRiR+_返回Si（二）伏安特性Ge 1.0iDuDUONUON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IDQUDiDuDuD

7、（忽略R上的电压）132 二极管的电阻返回rdCJSi 1.0iDuD在低频工作时，CJ可忽略。电路仿真133 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， ui- UON ， D1截止D2导通，回路中的电流， uo= -UON 。uDiDUON电路仿真+uo-返回ui1.3.4二极管应用电路3 二极管钳位电路 钳位电路是一种能改变信号的直流电压成分的电路，下图是一个简单的二级管钳位电路的例子。uc=2.5Vuo设输入信号ui为幅度+2.5V的方波信号，ui2.5V-2.5V当ui0时，D截止， iD=0，回路无法放电，使电容C的电压保持uc=ui=2.5V，而输出电压：uo=ui+uc= ui+ 2.5V=5VVo5V电路仿真返回IZ mi nIZ m a xUZIZUZ135 稳压管返回UiUZUDIZ mi nIZ m a xUZIZUZ电路仿真返回IZ mi nIZ m a xUZIZUZrz