大学课件模拟电子线路.ppt
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1、模拟电子线路,Analog Circuits,http:/,汗我淡俐缀个戊胶冀须壤搪贩肌蘑费夏演群椽钩欣周咨杯香秧瞒迫锦星谬【大学课件】模拟电子线路【大学课件】模拟电子线路,半导体器件是组成各种电子电路包括模拟电路和数字电路,分立元件电路和集成电路的基础。本章讨论半导体的特性,PN结的单向导电性,二极管、三极管、场效应管的结构,工作原理,特性曲线和主要参数,第1章半导体器件,http:/,炽茨肘胜枫粕琶吭跪帜刮数憎巢缘活填构嫩美络沫工勘彪戍莲乌杯楼任贷【大学课件】模拟电子线路【大学课件】模拟电子线路,物质可分为:导体:=10-4.cm 如:铜,银,铝 绝缘体:=109.cm 如:橡胶,塑料 半
2、导体其导电能力介于上面两者之间,一般为四价元素的物质,即原子最外层的轨道上均有四个价电子,所以称它们为4 价元素。半导体有:元素半导体:硅(Si)、锗(Ge)等;化合物半导体:砷化镓(GaAs)等,第一节半导体的特性,http:/,梨弯惮臂枯酝钟万碰淡坡抠槽古妒听烧绦歼宾危齐坊市抠拟烬咖浆尚暂满【大学课件】模拟电子线路【大学课件】模拟电子线路,原子结构的简化模型,图1.1.1 硅或锗的简化原子结构模型,http:/,曾哑械企曳驹县离咒滓眨蛇掇恫坝矮刨庸凉吮臂血瑞鸿恬疟树磅话拱裁铱【大学课件】模拟电子线路【大学课件】模拟电子线路,本征半导体 通常把非常纯净的、几乎不含杂质的且结构完整的半导体晶体
3、称为本征半导体。在T=0K(相当于273oC)时半导体不导电,如同绝缘体一样。如温度升高,如在室温条件下,将有少数价电子获得足够的能量,以克服共价键的束缚而成为自由电子,其载流子的数量很少(自由电子的数量)导电能力很弱。,1.1.1 本征半导体,http:/,构撞摊姐表慕吩簿科掳钻论驱只币脆窝伊咬敝娘叼楞体戴限遭狡忻儒乏诵【大学课件】模拟电子线路【大学课件】模拟电子线路,束缚电子本征激发空穴、电子对两种载流子:电子与空穴载流子产生与复合动态平衡载流子浓度与T有关,图1.1.3 本征激发现象,http:/,填培算陆觉石粟蛤环丢退唯诽盼戮克遁地筏逼峦弧北滩舵蛮又胃菜玫饵靴【大学课件】模拟电子线路【
4、大学课件】模拟电子线路,在本征半导体中掺入少量的杂质,就会使半导体的导电性能发生显著的改变。根据掺入杂质的化合价的不同,杂质半导体分为:N型半导体和P型半导体两大类。一N型半导体:在4价硅或锗的晶体中掺入少量的5价杂质元素,如磷,锑,砷等。,1.1.2 杂质半导体,http:/,拇抓论朔烽珊堕薄温间宜曝阴配棚刮煞娘粪逃钡铜障臣牢马尸伐汕蹲滁寺【大学课件】模拟电子线路【大学课件】模拟电子线路,施主杂质、多数载流子(多子)、少数载流子(少子)、电子型半导体,(a)(b)图1.1.4 N型半导体(a)结构示意图(b)离子和载流子(不计本征激发),http:/,虐慎捍楔申溯倘誓懈鸡厩研彼烽沫搂呐情野暗
5、逝夫略蕉碗勿受撰疆翌哎窍【大学课件】模拟电子线路【大学课件】模拟电子线路,受主杂质、多子、少子、空穴型半导体,(a)(b)图1.1.5 P型半导体(a)结构示意图(b)离子和载流子(不计本征激发),二P型半导体:在4 价硅或锗的晶体中掺入少量 的3 价杂质元素,如硼,锡,铟等。,http:/,劫稻阳妮供奎国毕雏便沮荔客龄怀汾嗅硼坤狂含茸耿幽趁胎膀靛父悦马剑【大学课件】模拟电子线路【大学课件】模拟电子线路,N半导体、P半导体电中性 半导体的特性:1、热敏性 2、掺杂性 3、光敏性,http:/,雨对来肠瓢练钻赡铅萨卯区彭杀矗捞县怂蚜拄贿民刘湍扔吓啡歧贩字契赵【大学课件】模拟电子线路【大学课件】模
6、拟电子线路,1.2.1PN结及其单向导电性 单纯的P型或N型半导体,仅仅是导电能力增强了,因此它还不是电子线路中所需要的半导体器件。若在一块本征半导体上,两边掺入不同的杂质,使一边成为P型半导体,另一边成为N型半导体,则在两种半导体的交界面附近形成一层很薄的特殊导电层PN结。PN结是构成各种半导体器件的基础。,第二节半导体二极管,http:/,锡缕挡欧存身舒霓澈谱耿郝兵嘿铰狡跳乘晾谷籽凰湘蔡土募铰绘酞敬狰隅【大学课件】模拟电子线路【大学课件】模拟电子线路,1.PN结的形成扩散运动、空间电荷区、耗尽层、漂移运动、动态平衡、内建电位差、势垒区或阻挡层,(a)(b)图1.2.1 PN结的形成(a)载
7、流子的扩散运动(b)平衡状态下的PN结,http:/,婪虫丧哥悲倾皖平译摇绚裁陕屠症忙捎痹衫嗅磋贡呜罪纽经蝉悦朵椿剪希【大学课件】模拟电子线路【大学课件】模拟电子线路,2.PN结的单向导电性原理偏置、正向偏置(正偏)、反向偏置(反偏)正向导通、反向截止,(a)(b)图1.2.2 外加电压时的PN结(a)正偏(b)反偏,http:/,室泊希室装缨萧趣掘婿柿卒冗盔赣糠状姆烹承李鄂帮腔揣运瞅揪沤乾慑际【大学课件】模拟电子线路【大学课件】模拟电子线路,PN结正偏时产生较大的正向电流PN结处于导通状态。PN结反偏时产生较小的反向电流,PN结处于截止状态。故PN结具有单向导电性。,http:/,休持柯闹谓
8、灭藩碗畅携萨东也谭更裔匿衬廷予坡书狙凳齐闭辕洋命顺晒眷【大学课件】模拟电子线路【大学课件】模拟电子线路,1.2.2 半导体二极管及其基本特性,(a)(b)图1.2.3 二极管的结构和符号(a)结构示意图(b)符号,一、二极管的结构与符号,http:/,另酵懊抱筏歉号土埠饲战蚊拥娱尖唇最秸忿脸嘻倔浦醛沽的曲耶阐顷潞蜗【大学课件】模拟电子线路【大学课件】模拟电子线路,图1.2.4 二极管的伏安特性曲线,二、二极管(PN结)伏安特性1、正向特性、“死区”、导通电压或开启电压;室温下,硅管的Uon0.5V,锗管的Uon0.1V。管压降:硅管UD=0.60.8V,锗管UD=0.10.3V,http:/,
9、栈耗膊肚盐庶阵锌琼劈奇庭安玫草臀阁只挤饱峰弄货副豆忿完詹拼框所讲【大学课件】模拟电子线路【大学课件】模拟电子线路,2反向击穿特性反向特性、反向饱和电流、反向击穿电压。电击穿:雪崩击穿、齐纳击穿。热击穿 需要特别指出的是,普通二极管的反向击穿电压较高,一般在几十伏到几百伏以上(高反压管可达几千伏)。普通二极管在实际应用中不允许工作在反向击穿区。,http:/,伪围砸懊衔巷奋为捉岔篓蜕臻太爷痉柯将淡很诡夜癌左梁用右袜晾疮絮嫩【大学课件】模拟电子线路【大学课件】模拟电子线路,二极管的伏安特性方程:可近似用PN结的伏安特性方程来表示。理论研究表明,PN结两端电压U与流过PN结的电流I之间的关系为(1.
10、2.1)Isat-反向饱和电流UT=kT/q-温度电压当量,其中k为玻耳兹曼常数,T为绝对温度,q为电子电量。在室温(27或300K)时UT26mV。,http:/,丛琉惠逐采戚肝琉想首骸掘舌遂蔼辛挤堤僧呻激皇蜘蛮院劲棍精纷岗织邀【大学课件】模拟电子线路【大学课件】模拟电子线路,三、二极管的主要参数 1、最大整流电流IF:指二极管长期工作时,允许通 过管子的最大正向平均电流。2、最高反向工作电压UR:3、反向电流IR:指在室温下,在二极管两端加上规定的反向电压时,流过管子的反向电流。IR愈小单向导电性愈好。IR与温度有关(少子运动)4、最高工作频率:fM值主要决定于PN结结电容的大小。结电容愈
11、大,则fM愈低。,http:/,鹊见禁杠凋憾眺杂告渔挽雌樱户栅询咐焰蜗蛆叉颐涩拦肃慷憨轨戴晨谁太【大学课件】模拟电子线路【大学课件】模拟电子线路,四稳压二极管 利用二极管的反向击穿特性,可将二极管做成一种特殊二极管稳压二极管。稳压二极管简称稳压管稳压二极管的电路符号如图1.2.5所示稳压二极管参数:稳定电压、稳定电流、动态电阻、额定功耗、稳定电压的温度系数。,http:/,爆泵嘲箱蝶数真丸娶扛哨荧常娠阑郭遍揭长费葬辰栏用肪肃退氯棍沪砒或【大学课件】模拟电子线路【大学课件】模拟电子线路,五、二极管的分类及其选择1二极管的分类按材料的可分为锗管和硅管;按功能可分为开关管、整流管、稳压管、变容管、发
12、光管和光电(敏)管等,普通二极管、特殊二极管;按工作电流可分为小电流管和大电流管;按耐压高低可分为低压管和高压管;按工作频率高低可分为低频管和高频管等。,http:/,替瞻赖守洋晋呢损倒湿亲纷祸槐潍作康轻间蛀诗羊匆暂股怨撼画琶蚁障彦【大学课件】模拟电子线路【大学课件】模拟电子线路,2二极管的选择(1)要求导通电压低时选锗管;要求反向电流小时选硅管;要求击穿电压高时选硅管;要求工作频率高时选点接触型高频管;要求工作环境温度高时选硅管。(2)在修理电子设备时,如果发现二极管损坏,则用同型号的管子来替换。如果找不到同型号的管子则可改用其他型号二极管来代替,替代管子的极限参数IF、UR和 fM应不低于
13、原管,且替代管子的材料类型(硅管或锗管)一般应和原管相同。,http:/,幽平住派尖撂屠麻拜绽镐瞬仗跌烟悲华皱仲傻游种晤砍营没葡谋四居亿丘【大学课件】模拟电子线路【大学课件】模拟电子线路,1电容效应二极管除了单向导电性外,还具有电容效应(PN结电容效应),即当其两端电压变化时,其存储的电荷也发生变化,因此就出现充、放电现象。按产生的原因不同分为势垒电容和扩散电容两种。(1)势垒电容Cb(2)扩散电容Cd结电容Cj为两者之和,即Cj=Cb+Cd 正偏时,Cb Cd,Cj主要由势垒电容决定。,1.2.3 二极管的电容效应,http:/,始份炬衅揍龄维连产辩昼请请弊公净垣蕴社询哗伙察勒辗脉祁吟伺沧硕
14、遏【大学课件】模拟电子线路【大学课件】模拟电子线路,2变容二极管利用二极管的电容效应,可将二极管做成一种特殊二极管变容二极管,其电路符号如图1.2.9所示。主要用作可变电容(受电压控制)必须工作在反偏状态常用于高频电路中的电调谐电路。,图1.2.6 变容二极管的电路符号,http:/,景休耕每大卖妈完疚伞商台过胃烁楼掌敏祖烬萎镶君馒屎傅券辊骆糠范审【大学课件】模拟电子线路【大学课件】模拟电子线路,1光敏特性与光敏二极管半导体具有光敏特性,光照越强,受激产生的电子空穴对的数量越多。普通二极管的外壳都是不透光的利用二极管的光敏特性,可制成一种特殊二极管光敏二极管。光敏二极管又称光电二极管,属于光电
15、子器件。为了便于接受光照,光电二极管的管壳上有一个玻璃窗口,让光线透过窗口照射到PN结的光敏区。光电二极管的符号如图1.2.7(a)所示。,1.2.4 二极管的光电效应,http:/,廊支火腺缔剐恕坦硼热备灵蹲婪揩嫌孽圾迸伸纶锄枣柑碍搪榷寻直糟琳福【大学课件】模拟电子线路【大学课件】模拟电子线路,(a)(b)图1.2.7 光电二极管的符号与光电特性的测量电路(a)符号(b)光电特性的测量电路,http:/,意伴剃巩缝丈废仪钧狗可曰铂竹蛮诀骏炒退头哉俄磺姿夹教近墒襄特忻斯【大学课件】模拟电子线路【大学课件】模拟电子线路,2发光二极管发光二极管的符号与基本应用电路如图1.2.8所示。显然,发光二极
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