西安交通大学赵进全模拟电子技术基础第章

1.1.1PN结的形成1.1PN结半导体——导电能力介于导体和绝缘体之间最常用的半导体材料物体根据其导电能力（电阻率）分半导体绝缘体导体锗硅1半导体二极管及其应用+14284Si硅原子结构示意图+322818Ge锗原子结构示意图4原子结构示意图+4硅、锗原子的简化模型平面结构立体结构+4+4+4+4+4+4+4+4+41.本征半导体本征半导体就是完全纯净的半导体+4+4+4+4+4+4+4+4+4共价键价电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4本征半导体受热或光照本征激发产生电子和空穴自由电子空穴+4+4+4+4+4+4+4+4+4电子空穴成对产生+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4电子空穴复合，成对消失电子和空穴产生过程动画演示本征激发使空穴和自由电子成对产生。相遇复合时，又成对消失。小结空穴浓度（np)=电子浓度(nn)温度T一定时np×nn=K(T)K(T)——与温度有关的常数在外电场作用下+4+4+4+4+4+4+4+4+4U电子运动形成电子电流+4+4+4+4+4+4+4+4+4U+4+4+4+4+4+4+4+4+4U+4+4+4+4+4+4+4+4+4U+4+4+4+4+4+4+4+4+4U+4+4+4+4+4+4+4+4+4U+4+4+4+4+4+4+4+4+4U价电歪子填油补空该穴而畜使空谅穴移揭动，宁形成空穴悄电流半导鹅体导亩电机较理动镇画演悦示(1何)在半酱导体缠中有山两种载流肤子这就伶是半导斩体和选金属顿导电原理伟的还本质范区别a.电阻骨率大(2作)本征顶半导充体的启特点b.导电过性能员随温嗽度变低化大小结带正电的空穴带负电的自由电子本征虾半导吸体不网能在骄半导谦体器够件中胁直接贫使用2．掺杂委半导套体在本征集半导蛾体硅或般锗中掺入浓微量的其彩它适泄当元素后所截形成菌的半铲导体根据还掺杂躲的不臂同，术杂质先半导范体分杏为N型导体P型导体(1退)蹈N型半磨导体掺入顺五价皇杂质芳元素宇（如挖磷、匠砷）猛的杂委质半确导体+4+4+4+4+4+4+4+4+4掺入田少量栗五价河杂质栋元素飞磷P+4+4+4+4+4+4+4+4+4P多出增一个铜电子出现劫了一六个正劣离子+4+4+4+4+4+4+4+4P++++++++++++++++++++++++++++++++++++半导钉体中毕产生赖了大狗量的神自由播电子学和正水离子N型半呀导体岩形成轮过程潜动画趟演示c.电子呜是多本数载伍流子起，简柴称多悉子;空穴是少宣数载婶流子，神简称鸭少子棉。e.因电子带负减电，冬称这族种半本导体酿为N(n块eg搅at册iv廊e)型或电子型半支导体荒。f.因掺吓入的闭杂质滋给出淹电子左，又痛称之群为施肾主杂自质。b.暂N型半龟导体而中产生贼了大顷量的(自由诞）电保子和凡正离毛子。小结d.np×nn=K(T)a.疲N型半拣导体表是在赤本征厚半导烟体中掺入叔少量存五价曲杂质元素午形成国的。(2蔽)P型半注导体在本奏征半缴导体鞋中掺荐入三价纱杂质至元素，如硼性等。B+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4B出现铅了一凳个空备位+4+4+4+4+4+4B+4+4+4+4+4+4+4+4B+4+4负离崇子空穴------------------------------------半导屿体中狂产生灾了大野量的欠空穴忧和负当离子P型半震导体拌的形似成过勤程动驱画演横示c.空穴是多贯数载俱流子,电子再是少生数载移流子必。e.因空穴带正描电，重称这勇种半梯导体帜为P(p牲os桐it券iv平e)型或空穴型半章导体军。f.因掺督入的卧杂质价接受识电子乔，故阻称之酬为受珠主杂剖质。a.P型半链导体傻是在林本征走半导匙体中掺入归少量矮的三市价杂质谢元素芝形成锐的。b.P型半秧导体产生像大量影的空押穴和优负离姿子。小结d.np×nn=K(T)当掺入适三价油元素聚的密风度大捕于五链价元匠素的嫌密度当时，迹可将N型转宝为P型；杂质界半导听体的申转型当掺入医五价域元素值的密险度大峰于三谣价元移素的疗密度接时，钟可将P型转老为N型。N++++++++++++++++++++++++++++++++++++N++++++++++++++++++++++++++++++++++++以N型半拦导体塔为基珠片通过看半导诵体扩武散工蹈艺3.没PN结的岗形成使半夹导体邪的一晌边形胳成N型区泡，另拍一边粘形成P型区柴。N++++++++++++++++++++++++++++++++++++--P----------------------------------(1少)在浓希度差森的作袍用下卡，电方子从N区向P区扩戴散。N++++++++++++++++++++++++++++++++++++--P----------------------------------(2言)在浓薪度差减的作英用下口，空杂穴从P区向N区扩锅散。N++++++++++++++++++++++++++++++++++++--P----------------------------------在浓豪度差爷的作积用下泊，两梦边多界子互切相扩棵散。悉在P区和N区交剪界面作上，宪留下抽了一菜层不赢能移蕉动的歇正、住负离凝子。小结N++++++++++++++++++++++++++++++++++++--P----------------------------------即P善N结空间恋电荷坚层N++++++++++++++++++++++++++++++++++++--P----------------------------------形成贫内电步场内电樱场方垮向N++++++++++++++++++++++++++++++++++++--P----------------------------------PN结一方五面阻巧碍多仗子的蝴扩散N++++++++++++++++++++++++++++++++++++--P----------------------------------另一尊方面加速誉少子搅的漂户移N++++++++++++++++++++++++++++++++++++--P----------------------------------势垒U0形成米电位职势垒N++++++++++++++++++++++++++++++++++++--P----------------------------------当扩移散与巡寿漂移肃作用村平衡希时a.流过PN结的斑净电姿流为胁零b.称P杆N结的胖厚度虑一定柜（约万几个瓣微米梁）c.接触朽电位脑一定伸（约止零点港几伏蜓）N++++++++++++++++++++++++++++++++++++--P----------------------------------PN结形戚成过肆程动侮画演角示当N区和P区的相掺杂业浓度改不等距时离子缓密度坏大空间竟电荷午层较牙薄离子养密度械小空间焦电荷鞭层较馋厚高掺顾杂浓睛度区输域用N+表示++++++______PN+1.分1.裕2怜PN结的双单向咱导电倘性1．PN结正芽向偏避置PN结正希向偏怀置——当外宇加直夸流电州压使PN结P型半掩导倡体的椒一端浊的电剖位高使于N型半阴导体胁一端导的电厘位时菠，称PN结正搅向偏丝式置，索简称焰正偏欧。PN结反向概偏置——当外假加直盐流电艇压使PN结N型半徐导体鄙的一通端的望电位产高于P型半纠导体慌一端评的电先位时遇，称PN结反向重偏置册，简亭称反愉偏。------PN++++++------------------------------++++++++++++++++++++++++RSE内++++++EPN结正剥向偏颗置内电垦场被勇削弱PN结变轨窄PN结呈芬现低节阻、贱导通防状态多子纵进行理扩散------PN++++++------------------------------++++++++++++++++++++++++RSE内++++++EPN结正置偏动幕画演蒸示内电继场增口强PN结变蕉宽PN结呈鸦现高灶阻、贝截止的状态不利贫多子航扩散有利翁少子遗漂移2．PN结反葱向偏陷置------PN++++++------------------------------++++++++++++++++++++++++RSE内++++++E此电敢流称瞎为反向干饱和短电流劲，记宪为IS。因少芳子浓练度主陵要与嗓温度搜有关嘉，反萍向电流器与反慕向电碎压几燥乎无宣关。------PN++++++------------------------------++++++++++++++++++++++++RSE内++++++EPN结反驶偏动葛画演仆示1.纵1.虏3尊P速N结的堵电压津与电奥流关很系++++++_PN_____uiIS——PN结反准向饱闷和电五流UT——热电绝压式中UT=KTqq本——电子坛电量T识——绝对纳温度在室温（T=300K)时，。K——玻耳兹曼常数其中(1滚)当u=染0时，i=壶0；(3葵)当u<0，且|u|老>>UT时，i–IS。讨论(2)当u>0，且u>>UT时，；思迎考秒题1.半导鲁体中恳的载晴流子风浓度饼主要誓与哪慕些因皮素有蜻关？2.扩散伤电流堡与漂硬移电啊流的星主要隐区别恭是什妹么？1.尺2半导撒体二较极管1.惭2.恼1半导馆体二旨极管词的结酬构和那类型平面型点接触型引线触丝外壳N型锗片N型硅阳极引线PN结阴极引线金锑合金底座铝合金小球半导哪体二呀极管至的外经型和溜符号正极负极符号外型负极正极半导记体二君极管宿的类犯型(1灵)按使寺用的尿半导效体材兄料不登同分应为(2物)按结拉构形王式不大同分俘为硅管锗管点接触型平面型1.冬2.辅2半导辫体二柱极管煮的伏电安特绍性硅管00.8反向特性正向特性击穿特性00.8反向特性锗管正向特性uDiD(1福)近似年呈现效为指纽奉数曲前线，怪即(2戴)有死勤区（iD≈0的区层域)1．正向竞特性死区侵电压直约为硅管0.5V锗管0.1VOiD正向特性击穿电压死区电压U(BR)反向特性uD(3溜)导通全后（夜即uD大于钱死区胁电压胡后）管压降uD

约为硅管0.6~0.8V锗管0.2~0.3V通常近似取uD

硅管0.7V锗管0.2VOiD正向特性击穿电压死区电压U(BR)反向特性uD即uD略有猪升高彩，iD急剧增大散。2．反向楚特性IS=硅管小于0.售1微安锗管显几十捏到几孔百微安OiD正向特性击穿电压死区电压U(BR)反向特性uD(1)当时，。(2)当时，反向句电流馒急剧蒜增大赞，击穿纽奉的类糊型根据击穿可逆性分为电击叨穿热击痰穿二极恼管发冰生反膝向击的穿。OiD正向特性击穿电压死区电压U(BR)反向特性uD降低贤反向屯电压缘瑞，二苹极管叙仍能脂正常嫁工作溜。PN结被滋烧坏类，造泉成二咏极管丹永久纵性的纯损坏辈。二极喂管发骑生反墓向击刑穿后妈，如橡果a.功耗PD(魂=缘瑞|UDID|绍)不大b.事P场N结的下温度晨小于直允许芦的最扇高结活温硅管150∽200oC锗管75∽100oC热击犬穿电击理穿a.齐纳份击穿(3幅)产生湾击穿败的机亲理半导茅体的杀掺杂延浓度串高击穿据电压愿低于4V击穿岛电压膨具有运负的脉温度男系数空间慰电荷珍层中仅有较吴强的刊电场电场仆将PN结中的价浅电子班从共归价键矛中激纲发出舟来击穿据的机育理条件击穿的特点半导诸体的扣掺杂研浓度进低击穿青电压麦高于6V击穿鲜电压崭具有茶正的筑温度嫁系数空间胶电荷签区中删就有四较强冶的电毅场电场榆使PN结中乐的少污子“稠碰撞谣电离练”共哪价键殿中的察价电正子击穿烤的机敬理条件击穿的的特点b.雪崩决击穿1.疲2.厦3温度移对半魄导体拍二极抓管特塘性的柴影响1.当温钩度上鹅升时浸，死将区电牌压、奴正向同管压辨降降鲁低。△uD/△T=–（2~误2.夏5）mV躁/°C2.温度抓升高，反向奥饱和总电流背增大钓。即则温度音每升表高1°C，管压粱降降勤低（2~降2.趣5）mV。即岁平均披温度灭每升择高10°C，反向总饱和曾电流枣增大富一倍所。1.李2.宗4半导尽体二哥极管威的主球要电干参数1.额定塌整流首电流IF2.反向舌击穿嫩电压U(B讯R)管子请长期扶运行鹅所允技许通壮过的习电流按平均愚值。二极急管能饭承受挑的最粮高反寇向电企压。OiD正向特性击穿电压死区电压U(BR)反向特性uD4.反向悄电流IR3.最高消允许今反向阿工作晨电压UR为了翅确保烤管子红安全惧工作流，所腥允许企的最个高反再向电涨压。室温晕下加略上规躁定的挡反向菌电压吗时测腰得的付电流纱。OiD正向特性击穿电压死区电压U(BR)反向特性uDUR=（阵1/帜2~铺2/躲3）U(B赛R)5.正向巨电压念降UF6.最高膊工作塞频率fM指通雹过一暂定的宵直流膏测试忙电流去时的乖管压帆降。fM与结翅电容片有关钥，当工萄作频附率超勿过fM时，桥二极送管的摘单向蛾导电株性变擦坏。OiD正向特性击穿电压死区电压U(BR)反向特性uD二极狐管的猜几种屈常用捐的模焦型(2旺)电路县符号(1以)伏安岂特性1.理想搅二极惹管–+uDiDuDiDO理想特性实际特性(2蹈)电路列模型(1泪)伏安鼠特性2.恒压惊模型uDiDOuF–+uDiDuF(2鸡)电路洲模型(1该)伏安疯特性3.折线动模型uDiDOuthrD–+uDiDuthrD(2元)电路急模型(1案)伏安秀特性4.小信化号动欧态模寺型–+udidrduDiDOUDrdIDQ动态电阻

思娇考壶题1.在什这么条贤件下奥，半销导体仁二极裂管的倘管压垄降近绞似为戏常数像？2.根据妨二极奖管的惑伏安言特性驾，给腔出几柜种二段极管饭的电恭路分垫析模兔型。1.蔬3半导去体二孤极管宅的应阁用1.魔3.梨1在整笨流电缓路中环的应弃用整流——将交旺流电追变成婚直流险电的谋过程整流景电路——完成消整流置功能乱的电棵路常见的整流电路有半波蓬整流路电路全波降整流致电路桥式菊整流朴电路设桥式顾整流弹电路+_uOTru2+_u1ab+_RLD1D2D4D31.工作贼原理a.当u2>0时输出史波形电流扎流动为方向D1D2D4D3+_uOTru2+_u1ab+_RLb.当u2<0时输出贷波形电流纳流动剪方向+_uOTru2+_u1ab+_RLD1D2D4D31.坊3.荒2在检脚波电链路中挪的应附用（赠无线袜通信遍）用音秘频信到号去碑控制住高频拳信号男的幅舒值音频时信号高频鸟信号载波融信号调制必的过扎程Otuu1tOu2Ot音频放大器话筒高频振荡器调制器发射器u2u1u检波厨的过助程u1Otu2OtOtu3DCLC2u3高放大器频低频放大C1R2R1u2u1+–+–+–器1.捎3.镰3限幅这电路工作伴原理a.当ui较小亿使二鸣极管D1、D2截止抱时电路筝正常述放大b.当ui使二始极管D1或D2导通狡时RD2ARi+–+–D1+–uitO输入舰电压巨波形RD2ARi+–+–D1+–输入针端电纱压波盘形uitO2UFRD2ARi+–+–D1+–1.版4特种奥二极桂管1.夹4.酬1硅稳态压二黑极管特点a.正向妨特性晨与普琴通管煎类似稳压淹管通常受工作甘于反爆向电婆击穿你状态伏安捉特性–+iZuZuZQBAOUZiZIZUZIZ符号b.反向未击穿蛾特性励很陡1.硅稳川压管心的主附要电松参数(1续)稳定碌电压UZ(2)动态电阻(3就)最大窜允许桨工作哭电流IZM(4驱)最大严允许降功率戴耗散PZM(5)温度系数uZQBAOUZiZIZUZIZ温度防每变蹈化1C时UZ的相摘对变爬化率盈。即UZ>缠6V管子患出现讨雪崩亡击穿锁，αU为正小；UZ<泻4V出现症齐纳包击穿忍，αU为负;4V线<UZ<6V，αU可能沟为正覆，也家可能节为负惧。温度斯系数定义良：具有联温度爬补偿派的硅食稳压锯管把一端只αU为正揪的管渗子与术另一漠只αU为负斤的管萄子串门联将两求只αU为正扎的稳换压管虎串联(1)DZ1DZ2(2)2.硅稳悔压管槐的等雾效电梨路反向榨击穿蝴时端权电压惯表达捡式反向正向理想老二极污管uZQOUZiZIZUZ0等效衰电路D1D3D2rZUZ03.硅稳镰压管糟稳压闲电路R——限流税电阻DZIZRLUOUIRIIO+_+_(1极)稳压筛原理a.UI不稳唉定UI↑→UO↑→UZ↑→IZ↑→I↑→I恋R↑

UO↓DZIZRLUOUIRIIO+_+_b.RL改变RL↓→UO↓→UZ↓→I饶R↓→浓IZ↓→I↓UO↑DZIZRLUOUIRIIO+_+_(2猾)限流勇电阻葛计算输出猴电压捷稳定眠的条伯件（保尼证稳甘压管小被击斗穿）DZIZRLUOUIRIIO+_+_≥IZ(缓mi屋n)≤IZ≤IZM稳压虫管正轮常工易作的群条件DZIZRLUOUIRIIO+_+_UO=UZ图中IZ=I－IODZIZRLUOUIRIIO+_+_DZIZRLUOUIRIIO+_+_此时更当IO为最丛小值IO(劫mi升n)时，IZ值最大炎。当UI为最煮大值UI(贸ma巩x)时，I值最烦大；IZ=I－IO由式知由此摘可得为保救证管园子安牺全工薯作,应使DZIZRLUOUIRIIO+_+_≤≥DZIZRLUOUIRIIO+_+_IZ=I－IO由式此时稀当IO为最法大值IO(谜ma腔x)时，IZ值最小厚。当UI为最叛大值UI(票mi袖n)时，I值最效小；知由此毙可得为保蹲证电胃路正者常工萍作，须应使DZIZRLUOUIRIIO+_+_≥≤得由式及≥≤≤≤1.稿4.富2变容隙二极侮管1.刷PN结的织电容代效应(1讽)扩散片电容CD非平居衡少条子的筒积累PN++++............................................△U变化夸时，P区积饺累的葛非平阿衡少磁子浓富度分波布图ΔU>03ΔU=0ΔU<021x电子浓度321PN++++............................................这种野电容耕效应球用扩游散电咬容CD表征辰。PN结正谁向偏岸置电翁压越故高，垂非平口衡少毁子的铃积累顶越多想。PN++++............................................(2件)势垒秘电容CBUPN++++++++空间妄电荷裳层PN结变税窄空间蔑电荷干层中园的电起荷量拆减少a.当PN结正英向偏销置电之压升粘高时U+U(U>0)PN++++PN结变歪宽空间贴电荷黎层中辆的电活荷量脱增大b.当PN结正假向偏干置电你压降昆低时可见透，空贵间电养荷量穗随着PN结偏仍置电嘱压的遵变化董而变塔化。这种栽电容别效应滩用势靠垒电狡容CB表征羡。U-U(U>0)PN++++++++++++小结PN结结次电容CjCj=CD+CB当PN结正糊偏时当PN结反凝偏时变容刷二极忍管的余特点b.电容叼量与晌所加歌的反霜向偏隆置电季压的灵大小还有关参。a.当二宋极管闭反向训偏置跃时，陆因反创向电望阻很台大，位可作女电容挡使用煮。变容断二极虑管的练符号边及C－U特性扑曲线符号20240608010004681012uDCC－U特性曲线2.变容秋二极窄管及俯其应置用示浇例谐振频率式中高频放大器LC1DCR+––+V+UDu1由于故谐船振频西率高频放大器LC1DCR+––+V+UDu1思协考修题1.在图勿示稳福压电就路中矿，输刊出电报压稳响定的饰条件邮是什程么？2.在图丛示稳掏压电柳路中扔限流卵电阻近的大坦小对砌电路萍性能显有何紧影响授？DZIZRLUOUIRIIO+_+_电阻以量程×1长×1尚0典×1浩00豪×谎1k测得眼电阻造值31按Ω共2防10缠Ω谊1.酷1吐kΩ果11留.5披k新Ω[例1]用万忠用表纤测量杯二极电管的花正向使直流迁电阻RF，选用劫的量啄程不籍同，班测得旗的电羡阻值母相差弊很大造。现寒用MF祝30型万析用表私测量磁某二窜极管惠的正永向电堡阻，助结果英如下茄表，剑试分遗析所筝得阻存值不锣同的北原因底。练倦习库题图中岭，R0为表暴头等辨效内善阻。万用懒表的珍量程置越大唇，即R0越大霜。[解]万用扛表测渣电阻阳的原俗理图R0+-EiD+-uD写出撤电路暮方程uD+iDR0=E显然鼠，上暴式在iD—uD坐标腿系中下表示挪一条为直线如。画出牙上式筹所表先示的绕直线隆。E/R01UDIDE/R0E二极驻管伏疲安特以性直线R0增大UD1ID1uDiDO显然展，UD、ID是直止线与积二极急管伏腹安特娱性曲姐线的灶交点破。可见桑，万绢用表虽的量迟程越梨大，DR0+-EiD+-uDuD+iDR0=EUD、ID越小写，二极污管的河等效进电阻垫越大。二极似管的已等效腔电阻崖为RD=UD/ID[例2]设图津示电敲路中怖的二医极管撞性能道均为傍理想帝。试场判断瓜各电嗽路中乡丰的二滚极管桨是导盐通还酸是截盒止，百并求侨出A、B两点杀之间什的电因压ＵAB值。V115V10VV2R2kWUABB+_D2AD1(a)V115V10VV2R2kWUABB+_D2AD1(b)[解]判断激电路蜓中二勿极管荷工作桃状态否的方财法1.断开偏二极裂管，归分析已电路属断开驰点的拦开路胖电压蓄。如鸣果该肌电压捆能使悼二极奖管正忍偏