《模拟电子技术》教案：半导体器件.doc

《模拟电子技术》电子教案
授 课 教 案
课程： 模拟电子技术 任课教师： 教研室主任：
课号： 1 课题：　电子线路课程介绍及半导体基础知识
教学目的：了解本课程的特点
掌握半导体材料的导电特性和原理
掌握PN结的单向导电性
教学内容：本征半导体；杂质半导体；PN结
教学重点：P型、N型半导体的特点；PN结的单向导电性。
教学难点：PN结的伏安特性；PN结的电容效应。
教学时数：2学时
课前提问及复习：物质导电性的决定因素？
新课导入：半导体定义
特点:导电能力可控（受控于光、热、杂质等）
典型半导体材料:硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等
新课介绍：
绪 论
1、电子技术：
无确切定义。因为近年来它发展迅猛，分支庞杂。有种说法为“凡是研究含有电子器件的电路、系统及应用的学科”。
2、发展历程：
以电子器件的更新换代为标志！
电子学近百年发展史上三个重要里程碑：
A、1904年电子管发明（真正进入电子时代）
B、1948年晶体管问世
C、60年代集成电路出现(SSI、MSI、LSI、VLSI)
3、若干蓬勃发展的研究方向
A、纳米电子学：纳米空间电子所表现出来的特性（波动性）和功能

B、生物电子学：生物芯片，计算机

C、单芯片系统：微型卫星和纳米卫星应用，一片单芯片系统＝一颗卫星
世界经济兴衰波动遵循“周期理论”，周期约为 60年。电子技术的发展进程周期约 40年：
1905～1947 （42年） ：电子管－晶体管
1947～1987（40年）：晶体管－集成电路
1987～2027（40年），预计纳米电子学将在21世纪上叶形成规模
4、模拟信号与数字信号比较表

5、课程特点

规律性：基本电子电路的组成具有规律性；
非线性：半导体器件具有非线性；
工程性：即近似性，抓主要矛盾；
实践性：实验和设计。
第一章 半导体器件
1.1 半导体
1.1.1 本征(intrinsic)半导体
1、定义：
纯净无掺杂的半导体。
2、本征半导体的载流子：
本征半导体有两种载流子，即自由电子和空穴均参与导电。
并且自由电子与空穴是成对产生的，因此在本征半导体中这两种载流子的浓度的相等的。
其载流子浓度取决于激发程度。
3、 本征半导体缺点：
（1）、电子浓度=空穴浓度；
（2）、载流子少，导电性差，温度稳定性差。
1.1.2 杂质半导体
1、N型半导体：
在本征半导体中掺入+5价的施主杂质，如磷等，得到多子为自由电子的杂质半导体，称为N型半导体。
其多子数量大多数取决于掺杂程度，少子数量取决于激发程度。
2P型半导体：
在本征半导体中掺入+3价的受主杂质，如铟等，得到多子为空穴的杂质半导体，称为P型半导体。
其多子数量大多数取决于掺杂程度，少子数量取决于激发程度。
1.1.3 PN结
1、PN结的形成：
两种载流子的两种运动动态平衡时形成PN结。
两种运动：扩散（浓度差）、漂移（自建电场力），当多子扩散和少子漂移达到动态平衡，形成PN结。
PN结又称空间电荷区、耗尽层、内电场。
2、单向导电性：
PN结正偏时导通（大电流），
PN结反偏时截止（小电流）。

3、PN结的伏安特性：
分为正向特性、反向特性及击穿特性。
4、PN结的电容效应：
　　表现为：势垒电容CB（barrier）、扩散电容CD（diffusion）。
课堂小结：
本征半导体的材料构成、特点
杂质半导体的材料构成、特点，与本征半导体的区别
PN结的构成及伏安特性，单向导电性

作业布置：
思考题：PN结的单向导电性？

授 课 教 案
课程： 模拟电子技术 任课教师： 教研室主任：
课号： 2 课题：半导体二极管
教学目的：掌握半导体二极管的几种常见结构
掌握半导体二极管的主要参数和单向导电性
掌握稳压管的特性和主要参数
教学内容：半导体二极管的结构
半导体二极管的伏安特性、主要参数
二极管的等效电路
稳压管的特性和主要参数
教学重点：二极管的单向导电特性
教学难点：二极管的灵活应用
教学时数： 2学时
课前提问及复习：PN结的形成
PN 结的单向导电性
新课导入： 由PN结构成的半导体二极管的结构
二极管的伏安特性
二极管的主要参数，等效电路
利用二极管反向击穿特性制成稳压管
新课介绍：
1.2半导体二极管
将PN结加外壳和电极引线就构成半导体二极管
1.2.1 结构类型和符号

类型：点接触型、面接触型和平面
1.2.2 伏安特性
一、二极管和PN结伏安特性的区别
与PN结相似，二极管具有单向导电性：
（1） PN结外加正向电压，二极管导通。
（2） PN结外加反向电压，二极管截止。
由于半导体体电阻和引线电阻的作用，与PN结比较，二极管外加正向电压时，正向电流，偏小，外加反向电压时，反向饱和电流偏大。
二极管经常应用于以下场合：（1）整流。（2）限幅。（3）逻辑（二极管逻辑）。
1.2.3 主要参数
　　　　　　　(1) IF——最大整流电流　　　　　　(2) VBR——反向击穿电压
　　　　　　　(3) IR（IS）—— 反向饱和电流　　(4) rd ——动态电阻
1.2.4二极管的等效电路
定义：能够模拟二极管特性的电路称为二极管的等效电路。
一、由伏安特性折线化得到的等效电路
理想二极管：二极管导通时正向压降为零，截止时反向电流为零。
二、二极管的微变等效电路
1.2.5稳压二极管
稳压管在反向击穿时，在一定的电流范围内，端电压几乎不变，表现出稳压特性。
一、稳压管的伏安特性
应用在反向击穿区（雪崩击穿和齐纳击穿）
二、稳压管的主要参数
（1）、稳定电压UZ
（2）、稳定电流IZ IZmin ~IZmax
（3）、额定功耗PZM
（4）、动态电阻rZ
（5）、温度系数
稳压二极管在工作时应反接，并串入一只电阻。
电阻的作用： 限流保护 误差调节
1.2.6 特殊二极管
一、发光二极管
二、光电二极管

课堂小结：半导体二极管的伏安特性
半导体二极管的主要参数
二极管的等效电路
稳压管的特性和主要参数
思考问题：
如何用万用表判断二极管的好与坏、测试二极管的P、N极？

作业布置：
1.4 1.5 1.9

授 课 教 案
课程： 模拟电子技术 任课教师： 教研室主任：
课号： 3 课题：双极型晶体管
教学目的：掌握常用晶体管的基本工作原理
掌握晶体管的特性、主要参数
能够合理选择，正确使用晶体管。
教学内容：晶体管的结构及类型
晶体管的电流放大作用、电流放大系数
晶体管的共射特性曲线
晶体管的主要参数
温度对晶体管特性及参数的影响
光电三极管
教学重点三极管工作在放大区的条件和特点
教学难点：三极管工作区的判断
教学时数： 2学时
课前提问及复习：PN结的形成
PN结所具有的单向导电性
稳压二极管
新课导入：半导体三极管工作原理
半导体三极管的特性曲线
新课介绍：
1.3 半导体三极管
1.3.1 晶体管的结构与类型：
在同一个硅片上制造出三个掺杂区域，并形成两个PN结，构成晶体管。
这三个区域分别称基区、集电区、发射区。
对应的电极分别为：基极b、集电极c、发射极e。
两种类型：NPN和PNP
1.3.2晶体管的电流放大(控制)作用
共射放大电路：发射极是输入、输出回路的公共端。
晶体管工作在放大状态的外部条件：发射结正向偏置，且集电结反向偏置。
一、晶体管内部载流子的运动
1、发射结加正向电压，扩散运动形成发射极电流IE。
2、扩散到基区的自由电子与空穴的复合运动形成基极电流IB。
3、集电结加反向电压，漂移运动形成集电极电流IC。
二、晶体管的电流分配关系
从外部看：IE = IC+ IB
三、晶体管的共射电流放大系数
β：共射电流放大系数（支流放大系数和交流放大系数近似相等）
IC=βIB
1.3.3 特性曲线
描述晶体管各电极之间电压、电流的关系。
一、输入特性曲线：
方程： iBf(vBE)½ vCE=const
与PN结的伏安特性相类似，呈指数关系
二、输出特性曲线：
方程： iC=f(vCE)½ iB=const
有三个工作区域：
1、截止区
发射结电压小于开启电压UON且集电结 反向偏置。此时，可以认为ic=0。
2、放大区
发射结正向偏置且集电结反向偏置。此时 ic几乎取决于IB，与uCE无关，表现出IB对ic的控制作用。
3、饱和区
发射结与集电结均处于正向偏置，此时ic不仅与IB有关，而且明显随Uce增大而增大。对于小功率管，可以认为当Uce=Ube时，晶体管处于临界饱和（临界放大）状态。
1.3.4 晶体管的主要参数
一、直流参数
1、共射直流电流放大系数
2、共基直流电流放大系数
3、极间反向电流
二、交流参数
1、共射交流电流放大系数
2、共基交流电流放大系数
3、特征频率
三、极限参数
1、最大集电极耗散功率PCM
2、最大集电极电流ICM
3、极间反向击穿电压
由PCM、 ICM和V(BR)CEO在输出特性曲线上可以确定三区：过流区、过损区、过压区。
1.3.5 温度对晶体管特性及参数的影响
一、温度对ICBO的影响
温度每升高10度，ICBO增加约一倍。

二、温度对输入特性的影响
温度升高，iB增大。
三、温度对输出特性的影响
温度升高，ICEO、β增大。
1.3.6 光电三极管
光电三极管依据光照的强度来控制集电极电流的大小。

课堂小结：晶体管的结构及类型
晶体管的电流放大系数
晶体管的共射特性曲线
晶体管的主要参数
温度对晶体管特性及参数的影响
思考题：如何用万用表判断三极管的三个管脚及好坏？

作业布置：1.16 1.17 1.18

授 课 教 案
课程： 模拟电子技术 任课教师： 教研室主任：
课号： ４ 课题： 场效应管
教学目的：熟练掌握结型场效应管、绝缘栅型场效应管的构造原理和特性参数
教学内容：结型场效应管的形成原理和特性参数
绝缘栅型场效应管的构造原理和特性参数
教学重点：场效应管的工作原理
教学难点：场效应管的恒流区工伯原理
教学时数： 2学时
课前提问及复习：半导体三极管的工作原理
半导体三极管的特性曲线
新课导入：结型场效应管的构造原理和特性参数
绝缘栅型场效应管的构造原理及应用场合
新课介绍：
概念：场效应管是利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件。
按结构分有两类：结型、绝缘栅型
1.4.1 结型场效应管
栅极g 漏极d 源极s
导电沟道
一、结型场效应管的工作原理
1、当uDS=0时，uGS对导电沟道的控制作用。
2、当uDS为UGS（off）~0中某一固定值时，uDS对漏极电流iD的影响。
3、当uGD〈UGS（off）时，uGS对iD的控制作用。
低频跨导gm
二、结型场效应管的特性曲线
1、输出特性曲线
场效应管有三个工作区域：
可变电阻区、恒流区、夹断区
2、转移特性
1.4.2 绝缘栅型场效应管
特点： 绝缘栅型场效应管的栅极与源极、栅极与漏极之间均采用SiO2绝缘层隔离。
具有四种类型：N沟道增强型管、N沟道耗尽型管、P沟道增强型管、P沟道耗尽型管。

一、N沟道增强型管
1、工作原理
开启电压UGS（th）
2、 特性曲线与电流方程

二、N沟道耗尽型管
在SiO2绝缘层中掺入大量正离子，便可得到耗尽型管。
　其符号如图所示：
Ｐ４３页所示场效应管的符号及特性
1.4.３ 场效应管的主要参数
一、 直流参数
开启电压UGS（th）、夹断电压UGS（off）、饱和漏极电流ＩＤＳＳ、直流输入电阻ＲＧＳ（ＤＣ）
二、交流参数
低频跨导gm、极间电容、
三、极限参数
最大漏极电流ＩＤＭ、击穿电压、最大耗散功率ＰＤＭ
1.4.４ 场效应管与晶体管的比较：
1、场效应管输入电阻高。
2、场效应管的温度稳定性更好。
3、场效应管的噪声系数小。
4、场效应管的漏极和源极可以互换使用。
5、场效应管的种类更多。
课堂小结：
结型场效应管的构造原理和特性参数
绝缘栅型场效应管的构造原理和特性参数

作业布置：1.23

第1章 第10页 共10页