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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,东北石油大学,低频与数字电路,模拟电子技术基础,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。,Si,Ge,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）,si,si,si,si空穴,自由电子,自由电子,成对产生,空穴,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,N,型半导体,+,+,+,+,+,+,+,+,示意图,P+,si,si,si,硅晶体中掺磷出现自由电子,磷,P,p,特点：,多数载流子,自由电子,少数载流子,空穴,施主原子,P,型半导体,示意图,受主原子,2,、,P,型半导体,（空穴半导体）,特点：,多数载流子,空穴,少数载流子,自由电子,本征半导体中掺入微量的三价元素,硼,B,-,si,si,si,硅晶体中掺硼出现空穴,硼,B,B,多数载流子数目由掺杂浓度确定,少数载流子数目与温度有关。温度,少子,注意：,总结,（,1,）,N,型半导体,（电子半导体）,特点：,多数载流子,自由电子,少数载流子,空穴,（,2,）,P,型半导体,（空穴半导体）,特点：,多数载流子,空穴,少数载流子,自由电子,1.2,半导体二极管,一、,PN,结及其单向导电性,1,、,PN,结的形成,P,+,+,+,+,+,+,+,+,N,（,1,）由载流子的浓度差,多子扩散,N,区,P,区,P,区,N,区,电子,空穴,（,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,阻碍多子扩散,有利少子漂移,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,D,阴极,(k),阴极 阴极 阴极,阳极,(a),阳极 阳极 阳极,点接触型,面接触型,外 形,符 号,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,U,I,O,死区,+,-,-,+,U,BR,U,D,（,1,）死区电压,=,0,.1V,（,锗管）,0.5V,（,硅管）,（,2,）正向特性：正向电阻很小,U,D,=,0.2,0.3V,（,锗管）,0.,6,0.7V,（,硅管）,（,1,）反向饱和电流：,I,S,2,、反向特性,I,S,（,2,）反向击穿电压：,U,BR,（,3,）二极管方程：,三、,二极管的主要参数,1,、最大整流电流,I,F,：,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,V,B,，,D,A,先导通，,D,A,起,钳,位作用，使,V,F,=3V,。,F,A,B,-12V,0V,+3V,D,A,R,D,B,V,B,V,F,，,D,B,截止，,将,V,B,与,V,F,隔离,例,电路中，输入端,V,A,=+3V,，,V,B,=0V,，,试求输出端,F,的电位,V,F,。（,D,A,、,D,B,为理想二极管）,解：,二极实现,钳,位和,隔离,作用,五、稳压,二极管,+,-,D,Z,符号,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,U,Z,：,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,I,Z,：,稳压管工作在稳定状态时的参考电流。,（,3,）,动态内阻,r,Z,：,（,4,）,额定功耗,P,Z,：,（,5,）电压温度系数,U,1.3,双极结型三极管,一、基本结构,b,基极,e,发射极,c,集电极,NPN,型,PNP,型,N,N,P,发射结,集电结,b,e,c,I,B,I,E,I,C,T,b,e,c,I,B,I,E,I,CT,b,基极,e,发射极,c,集电极,P,P,N,二、电流分配和放大原理,1,、载流子传输过程,N,P,N,I,EN,I,EP,I,BN,I,CBO,I,CN,2,、电流分配关系,（,1,）,内部：,N,P,N,I,EN,I,EP,I,BN,I,CBO,I,CN,（,2,）,外部：,3,、三极管的放大作用,（,1,）共基极直流电流放大系数,：,N,P,N,I,EN,I,EP,I,BN,I,CBO,I,CN,（,2,）共射直流电流放大系数,：,（,3,）三种组态,：,I,C,I,B,共发射极,CE,I,C,I,E,共基极,CB,I,E,I,B,共集电极,CC,N,P,N,I,EN,I,EP,IBN,I,CBO,I,CN,三、三极管的特性曲线,1,、输入特性,u,CE,2V,i,B,/,A,u,BE,/V,20,40,60,80,0.4,0.8,0,u,CE,=0V,死区,非线性区,线性区,u,CE,=1V,I,C,I,B,共发射极,CE,I,C,I,B,共发射极,CE,N,P,N,I,EN,I,EP,I,BN,I,CBO,I,CN,2,、输出特性,1,2,3,4,i,C,/,m,A,u,CE,/V,3,6,9,12,I,B,=0,20,A,40,A,60,A,80,A,100,A,0,饱和区,放大区,截止区,为什么,u,CE,较小时,i,C,随,u,CE,变化很大？为什么进入放大状态曲线几乎是横轴的平行线？,状态,u,BE,i,C,u,CE,截止,U,on,I,CEO,V,CC,放大,U,on,i,B,u,BE,饱和,U,on,i,B,u,BE,四、三极管的主要参数,（,1,）共射电流放大系数：,1,、电流放大系数,和,b,（,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：,N,P,N,I,EN,I,EP,I,BN,I,CBO,I,CN,2,、反向饱和电流,（,1,）集,-,基极反向电流,I,CBO,温度,少子,I,CBO,（,2,）集,-,射极穿透电流,I,CEO,I,CEO,=(1+,),I,CBO,，,温度,I,CBO,I,CEO,I,C,3,、极限参数,（,1,）集电极最大允许电流,I,CM,I,C,当,值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为,I,CM,。,（,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,P,CM,三极管的最大热损耗。,使用三极管时：,I,C,I,CM,、,U,CE,U,(BR)CEO、,U,CE,I,C,P,CM,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,),、栅极,G,(,Gate,),MOS,管的符号,N,沟道增强型场效应管输入输出特性曲线,截止区,可变电阻区,恒流区,总 结,半导体、本征半导体、杂质半导体,PN,结的单向导电性,二极管模型（理想、恒压降）及其电路的分析计算,稳压管的特性,三极管的分类、载流子分配、特性曲线、参数,场效应三极管的特性,