模擬電子技術(shù)第1章半導體器件一、半導體知識基礎3、半導體：導電能力介于導體和絕緣體之間的物質(zhì)。1、導體：很容易導電的物質(zhì)。2、絕緣體：幾乎不導電的物質(zhì)。如鍺（Ge）、硅（Si）、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。SiGe1.1半導體的特性共用電子對二、本征半導體1、本征：本質(zhì)特征，即純凈的半導體。2、定義：完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導體晶體。3、導電機理：本征激發(fā)（熱激發(fā)）sisisisi空穴自由電子自由電子成對產(chǎn)生空穴總結(jié)（1）本征半導體中存在數(shù)量相等的兩種載流子。自由電子和空穴（2）本征半導體的導電能力取決于載流子的濃度。思考本征半導體與導體的區(qū)別？三、雜質(zhì)半導體1、N型半導體（電子半導體）本征半導體中摻入微量的五價元素磷N型半導體++++++++示意圖P+sisisi硅晶體中摻磷出現(xiàn)自由電子磷

Pp特點：多數(shù)載流子——自由電子少數(shù)載流子——空穴施主原子P型半導體－－－－－－－－示意圖受主原子2、P型半導體（空穴半導體）特點：多數(shù)載流子——空穴少數(shù)載流子——自由電子本征半導體中摻入微量的三價元素硼B(yǎng)-sisisi硅晶體中摻硼出現(xiàn)空穴硼

BB多數(shù)載流子數(shù)目由摻雜濃度確定少數(shù)載流子數(shù)目與溫度有關(guān)。溫度↑→少子↑注意：總結(jié)（1）N型半導體（電子半導體）特點：多數(shù)載流子——自由電子少數(shù)載流子——空穴（2）P型半導體（空穴半導體）特點：多數(shù)載流子——空穴少數(shù)載流子——自由電子1.2半導體二極管一、PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?、PN結(jié)的形成－－－－－－－－P++++++++N（1）由載流子的濃度差→多子擴散N區(qū)P區(qū)P區(qū)N區(qū)電子空穴（2）正負離子顯電性→建立空間電荷區(qū)→形成內(nèi)電場E（3）內(nèi)電場E阻礙多子擴散有利少子漂移擴散=漂移動平衡PN結(jié)的形成過程：①

空間電荷區(qū)中沒有載流子。②

空間電荷區(qū)的內(nèi)電場阻礙P區(qū)的空穴和N區(qū)的自由電子形成擴散電流。（內(nèi)電場阻礙多子的擴散）④多子由摻雜濃度確定，少子與溫度有關(guān)。③空間電荷區(qū)中內(nèi)電場的作用使P區(qū)的電子和N區(qū)的空穴形成漂移電流。（內(nèi)電場有助少子漂移）總結(jié)2、PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕?）正偏PN結(jié)加正向電壓導通：耗盡層變窄，擴散運動加劇，由于外電源的作用，形成擴散電流，PN結(jié)處于導通狀態(tài)。（2）反偏PN結(jié)加反向電壓截止：耗盡層變寬，阻止擴散運動，有利于漂移運動，形成漂移電流。由于電流很小，故可近似認為其截止。二、二極管的伏安特性D陰極(k)陰極陰極陰極陽極(a)陽極陽極陽極點接觸型面接觸型外形符號點接觸型：結(jié)面小、結(jié)電容小，適用高頻小電流場合，如：檢波電路、數(shù)字開關(guān)電路。面接觸型：結(jié)面大、結(jié)電容大，用在低頻電路,

如整流電路.1、正向特性UIO死區(qū)+--+UBRUD（1）死區(qū)電壓=0.1V（鍺管）0.5V（硅管）（2）正向特性：正向電阻很小UD=0.2~0.3V

（鍺管）0.6~0.7V

（硅管）（1）反向飽和電流：IS2、反向特性IS（2）反向擊穿電壓：UBR（3）二極管方程：三、二極管的主要參數(shù)1、最大整流電流IF：正偏極限參數(shù)二極管長期使用時，允許流過二極管的最大正向平均電流。（點接觸型<幾十毫安，面接觸型較大。）2、最高反向工作電壓UR：反偏極限參數(shù)二極管不被反向擊穿時允許承受的最大反向電壓。一般UR是UBR的一半（或三分之二）。3、反向電流IR：在UBR下對應的反向電流，IR愈小愈好。4、最高工作頻率fM

：二極管工作的上限截止頻率，結(jié)電容越大，fM越低。PN結(jié)的電容效應1.勢壘電容：反偏形成

PN結(jié)外加電壓變化時，空間電荷區(qū)的寬度將發(fā)生變化，有電荷的積累和釋放的過程，與電容的充放電相同，其等效電容稱為勢壘電容CT。2.擴散電容

PN結(jié)外加的正向電壓變化時，在擴散過程中載流子的濃度及其梯度均有變化，也有電荷的積累和釋放的過程，其等效電容稱為擴散電容CD。結(jié)電容：

結(jié)電容不是常量！若PN結(jié)外加電壓頻率高到一定程度，則失去單向?qū)щ娦裕∷?、二極管的等效電路1、理想模型正偏：壓降為0；反偏：電流為0。2、恒壓降模型導通時壓降恒定：Si:0.7V;Ge：0.3V。理想二極管近似分析中最常用理想開關(guān)導通時UD＝0截止時IS＝0導通時UD＝Uon截止時IS＝0導通時i與u成線性關(guān)系例電路如圖。已知ui

=10sinωtV，且E=5V，試分析工作原理，并作出輸出電壓uo的波形。5V/5.7V10VOωtui（b）O5V/5.7VωtuO解：1：理想模型⑴ui

＜E，D

截止，uR=0，輸出uo

=ui

Eui

RD（a）uO⑵ui

＞E，D

導通，uD=0，輸出uO

=E2：恒壓降模型⑴ui

＜E+0.7，

D

截止，uR=0，⑵ui

≥E+0.7，

D

導通，uD=0，輸出uo

=ui

輸出uO

=E+0.7電路為正限幅電路例圖示兩個電路。已知ui

=10sinωtV，

試畫出輸出電壓uo的波形。（用理想模型）解：⑴圖(a)ui

＞0，D

導通，uO=0，

ui

＜0，D

截止，uO=

ui

⑵圖(b)ui

＞0，D導通，uO=ui

，

ui

＜0，D截止，uO=010V0ωtui-10V0ωtuOuO10V0ωtui

RD（a）uO-+-+ui

RD（b）uO-+-+二極管實現(xiàn)整流作用VA>VB，DA先導通，

DA起鉗位作用，使VF=3V。FAB-12V0V+3VDARDBVB＜VF

，DB截止，

將VB與VF隔離例電路中，輸入端VA=+3V，VB=0V，試求輸出端F的電位VF。（DA

、DB為理想二極管）解：

二極實現(xiàn)鉗位和隔離作用五、穩(wěn)壓二極管+-DZ符號1、伏安特性

由一個PN結(jié)組成，反向擊穿后在一定的電流范圍內(nèi)端電壓基本不變，為穩(wěn)定電壓。2、主要參數(shù)（1）穩(wěn)定電壓UZ

：

在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流下，所對應的反向工作電壓。（2）穩(wěn)定電流IZ

：穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)定狀態(tài)時的參考電流。（3）動態(tài)內(nèi)阻rZ

：（4）額定功耗PZ

：（5）電壓溫度系數(shù)αU

1.3雙極結(jié)型三極管一、基本結(jié)構(gòu)b基極e發(fā)射極c集電極NPN型PNP型NNP發(fā)射結(jié)集電結(jié)becIBIEICTbecIBIEICTb基極e發(fā)射極c集電極PPN二、電流分配和放大原理1、載流子傳輸過程NPNIENIEPIBNICBOICN2、電流分配關(guān)系（1）內(nèi)部：NPNIENIEPIBNICBOICN（2）外部：3、三極管的放大作用（1）共基極直流電流放大系數(shù)：NPNIENIEPIBNICBOICN（2）共射直流電流放大系數(shù)：（3）三種組態(tài)：ICIB共發(fā)射極CEICIE共基極CBIEIB共集電極CCNPNIENIEPIBNICBOICN三、三極管的特性曲線1、輸入特性uCE≥2ViB

/

AuBE/V204060800.40.80uCE=0V①①死區(qū)②③②非線性區(qū)③線性區(qū)

uCE=1VICIB共發(fā)射極CEICIB共發(fā)射極CENPNIENIEPIBNICBOICN2、輸出特性1234iC/mAuCE/V36912IB=020A40A60A80A100A0飽和區(qū)放大區(qū)截止區(qū)為什么uCE較小時iC隨uCE變化很大？為什么進入放大狀態(tài)曲線幾乎是橫軸的平行線？狀態(tài)uBEiCuCE截止＜UonICEOVCC放大≥UonβiB≥uBE飽和≥Uon＜βiB≤uBE四、三極管的主要參數(shù)（1）共射電流放大系數(shù)：1、電流放大系數(shù)和

b（2）共射直流電流放大系數(shù)：（3）共基電流放大系數(shù)：（4）共基直流電流放大系數(shù)：NPNIENIEPIBNICBOICN2、反向飽和電流（1）集-基極反向電流ICBO溫度↑→少子↑→ICBO↑（2）集-射極穿透電流ICEOICEO=(1+

)ICBO，溫度↑→

ICBO↑→ICEO↑↑→IC↑3、極限參數(shù)（1）集電極最大允許電流ICMIC↓→

↓→當

值下降到正常值的三分之二時的集電極電流即為ICM。（2）極間反向擊穿電壓發(fā)射極開路時集-基極之間的擊穿電壓U(BR)CBO（3）集電極最大允許耗散功率PCM三極管的最大熱損耗。使用三極管時：IC≤ICM、UCE≤

U(BR)CEO、UCEIC≤

PCM基極開路時集-射極之間的擊穿電壓U(BR)CEO1.4場效應三極管MOS管的結(jié)構(gòu)：MO