電子電工教程課件

陳龍老師QQ２８６４６４２６陳龍教學(xué)群QQ117281572<<電子技術(shù)>>課程概述一、電子技術(shù)的發(fā)展

電子技術(shù)的發(fā)展，推動計算機技術(shù)的發(fā)展，使之“無孔不入”，應(yīng)用廣泛！廣播通信：發(fā)射機、接收機、擴(kuò)音、錄音、程控交換機、電話、手機網(wǎng)絡(luò)：路由器、ATM交換機、收發(fā)器、調(diào)制解調(diào)器工業(yè)：鋼鐵、石油化工、機加工、數(shù)控機床交通：飛機、火車、輪船、汽車軍事：雷達(dá)、電子導(dǎo)航航空航天：衛(wèi)星定位、監(jiān)測醫(yī)學(xué)：γ刀、CT、B超、微創(chuàng)手術(shù)消費類電子：家電（空調(diào)、冰箱、電視、音響、攝像機、照相機、電子表）、電子玩具、各類報警器、保安系統(tǒng)電子系統(tǒng)收音機電子技術(shù)的發(fā)展很大程度上反映在元器件的發(fā)展上。從電子管→半導(dǎo)體管→集成電路1904年電子管問世1947年晶體管誕生1958年集成電路研制成功電子管、晶體管、集成電路比較值得紀(jì)念的幾位科學(xué)家他們在1947年11月底發(fā)明了晶體管，并在12月16日正式宣布“晶體管”誕生。第一只晶體管的發(fā)明者（byJohnBardeen,WilliamSchockleyandWalterBrattaininBellLab）

1956年獲諾貝爾物理學(xué)獎。巴因所做的超導(dǎo)研究于1972年第二次獲得諾貝爾物理學(xué)獎。第一只晶體管的發(fā)明者（byJohnBardeen,WilliamSchockleyandWalterBrattaininBellLab）第一個集成電路及其發(fā)明者（JackKilbyfromTI

）1958年9月12日，在德州儀器公司的實驗室里，實現(xiàn)了把電子器件集成在一塊半導(dǎo)體材料上的構(gòu)想。42年以后，2000年獲諾貝爾物理學(xué)獎?！盀楝F(xiàn)代信息技術(shù)奠定了基礎(chǔ)”。

電子技術(shù)(ELCTRONICSTECHNOLOGY)：關(guān)于電子器件(DEVICES)與系統(tǒng)(SYSTEM)的科學(xué)研究與工程實用技術(shù)。在科學(xué)和工程應(yīng)用上，把電子技術(shù)分為模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)兩大類。信號(SIGNAL)：載有信息的物理量。模擬(ANALOG)：連續(xù)變量。模擬信號(ANALOGSIGNAL)：以連續(xù)變量方式出現(xiàn)的物理信號。數(shù)字信號(DIGITALSIGNAL)：以數(shù)字或數(shù)據(jù)方式出現(xiàn)的物理信號。電子技術(shù)的基本內(nèi)容介紹1)數(shù)字信號：離散性“1”的電壓當(dāng)量“1”的倍數(shù)介于K與K+1之間時需根據(jù)閾值確定為K或K+1任何瞬間的任何值均是有意義的2)模擬信號：連續(xù)性。電子電路中信號的分類電子電路中信號的分類數(shù)字信號模擬信號模擬信號：連續(xù)性。時間和數(shù)值上都是連續(xù)變化的物理量.大多數(shù)物理量為模擬信號。

模擬電路模擬電路是對模擬信號進(jìn)行處理的電路。最基本的處理是對信號的放大，有功能和性能各異的放大電路。其它模擬電路多以放大電路為基礎(chǔ)?！澳M電子技術(shù)”特點處理對象：模擬信號處理目的：放大、穩(wěn)定、濾波、產(chǎn)生信號分析方法：工程分析方法（抓住主要因素，忽略次要因素）難點：交流、直流疊加，工程分析方法學(xué)習(xí)方法：認(rèn)真聽講、多做練習(xí)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課的特點

1、工程性實際工程需要證明其可行性。強調(diào)定性分析。實際工程在滿足基本性能指標(biāo)的前提下總是容許存在一定的誤差范圍的。定量分析為“估算”。近似分析要“合理”。

抓主要矛盾和矛盾的主要方面。電子電路歸根結(jié)底是電路。不同條件下構(gòu)造不同模型。2、

實踐性常用電子儀器的使用方法電子電路的測試方法故障的判斷與排除方法

EDA軟件的應(yīng)用方法課程的目的1.掌握基本概念、基本電路、基本方法和基本實驗技能。2.具有能夠繼續(xù)深入學(xué)習(xí)和接受電子技術(shù)新發(fā)展的能力，以及將所學(xué)知識用于本專業(yè)的能力。本課程通過對常用電子元器件、模擬電路及其系統(tǒng)的分析和設(shè)計的學(xué)習(xí)，使學(xué)生獲得模擬電子技術(shù)方面的基礎(chǔ)知識、基礎(chǔ)理論和基本技能，為深入學(xué)習(xí)電子技術(shù)及其在專業(yè)中的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

注重培養(yǎng)系統(tǒng)的觀念、工程的觀念、科技進(jìn)步的觀念和創(chuàng)新意識，學(xué)習(xí)科學(xué)的思維方法。提倡快樂學(xué)習(xí)！課程設(shè)置的目的

電子技術(shù)基礎(chǔ)的基本內(nèi)容模擬電子技術(shù)(AnalogElectronicsTechnology)：處理模擬信號的電子技術(shù)。模擬電子技術(shù)的目的是，向工程實際提供各種模擬信號處理電子電路(系統(tǒng))的分析(ANALYSIS)和設(shè)計(DESIGN)技術(shù)。模擬電路(ANALOGCIRCUITS)：處理模擬信號的電子器件組成的電子系統(tǒng)。數(shù)字電子技術(shù)(DigitalElectronicsTechnology)：處理數(shù)字信號的電子技術(shù)。數(shù)字電路(DIGITALCIRCUITS)：處理數(shù)字信號的電子器件組成的電子系統(tǒng)。數(shù)字電子技術(shù)的目的是，向工程技術(shù)提供各種數(shù)字信號處理電子電路(系統(tǒng))的分析設(shè)計技術(shù)?？疾榉椒?.會看：讀圖，定性分析2.會算：定量計算考查分析問題的能力3.會選：電路形式、器件、參數(shù)4.會調(diào)：儀器選用、測試方法、故障診斷、EDA考查解決問題的能力－－設(shè)計能力考查解決問題的能力－－實踐能力綜合應(yīng)用所學(xué)知識的能力5.會模擬仿真:會使用EWB,MULTISM10等第14章二極管和晶體管本章要求：一、理解PN結(jié)的單向?qū)щ娦?，三極管的電流分配和電流放大作用；二、了解二極管、穩(wěn)壓管和三極管的基本構(gòu)造、工作原理和特性曲線，理解主要參數(shù)的意義；三、會分析含有二極管的電路。四、會使用EWB,MULTISM10等

學(xué)會用工程觀點分析問題，就是根據(jù)實際情況，對器件的數(shù)學(xué)模型和電路的工作條件進(jìn)行合理的近似，以便用簡便的分析方法獲得具有實際意義的結(jié)果。

對電路進(jìn)行分析計算時，只要能滿足技術(shù)指標(biāo)，就不要過分追究精確的數(shù)值。器件是非線性的、特性有分散性、RC的值有誤差、工程上允許一定的誤差、采用合理估算的方法。學(xué)會仿真方法。

對于元器件，重點放在特性、參數(shù)、技術(shù)指標(biāo)和正確使用方法，不要過分追究其內(nèi)部機理。討論器件的目的在于應(yīng)用。

導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。半導(dǎo)體(semiconductor)

－－硅（Si或Silicon

）、鍺（Ge或Germanium

），均為四價元素，它們原子的最外層電子受原子核的束縛力介于導(dǎo)體與絕緣體之間。還如硒、砷化鎵和大多數(shù)金屬硫化物、氧化物等都是半導(dǎo)體。電阻率大約2乘10的3次方Ω·cm1、什么是半導(dǎo)體(semiconductor)

？

導(dǎo)體(conductor)

－－鐵、鋁、銅等金屬元素等低價元素，其最外層電子在外電場作用下很容易產(chǎn)生定向移動，形成電流。電阻率小于10的-3方Ω·cm

絕緣體(insulator)－－惰性氣體、橡膠、塑料、聚脂薄膜、陶瓷、特氟?。ň鬯姆蚁┖途郾揭蚁┑?，其原子的最外層電子受原子核的束縛力很強，只有在外電場強到一定程度時才可能導(dǎo)電。電阻率大于10的8次方Ω·cm第14章二極管和晶體管14.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性絕緣體示例在一定電壓范圍內(nèi)不會形成明顯電流電阻很大當(dāng)物質(zhì)結(jié)構(gòu)被破壞時，也會導(dǎo)電絕緣性受影響半導(dǎo)體示例導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間導(dǎo)電性能易受影響由元素周期表中最外層為四個電子的元素所組成的物質(zhì)構(gòu)成。如：鍺、硅。絕緣體、導(dǎo)體、半導(dǎo)體依據(jù)：物質(zhì)在外電場作用下形成電子流能力的大小。絕緣體Insulator：由價電子為穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的原子組成，不易產(chǎn)生自由電子。導(dǎo)體conductor：在外電場作用下很容易產(chǎn)生大量自由電子，形成電子流。半導(dǎo)體semiconductor：在自然狀態(tài)下具有絕緣體特性，當(dāng)滿足一定條件時具有導(dǎo)電能力。14.1.1本征半導(dǎo)體(intrinsicsemiconductor)

完全純凈的、(晶體)結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體(晶體)，稱為本征半導(dǎo)體。本征半導(dǎo)體雖有大量的價電子，但沒有自由電子，此時半導(dǎo)體是不導(dǎo)電的晶體中原子的排列方式硅單晶中的共價健結(jié)構(gòu)共價健共價鍵(covalentbond)中的兩個電子，稱為價電子(Valenceelectron)

。

Si

Si

Si

Si價電子在硅(或鍺)的晶體中,原子在空間排列成規(guī)則的晶格。本征半導(dǎo)體(intrinsicsemiconductor)本征半導(dǎo)體是純凈的晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。什么是本征半導(dǎo)體？無雜質(zhì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)本征半導(dǎo)體：化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體,在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)。絕對溫度下沒有自由電子的半導(dǎo)體.。用得最多的半導(dǎo)體是鍺和硅,將鍺或硅材料提純(去掉無用雜質(zhì))并形成單晶體,都具有這種晶體結(jié)構(gòu),所以半導(dǎo)體也稱為晶體,這就是晶體管名稱的由來.本征半導(dǎo)體(intrinsicsemiconductors)純凈的、不含雜質(zhì)的、結(jié)構(gòu)完整、絕對溫度下沒有自由電子的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。在本征半導(dǎo)體中，由于晶體中共價鍵的結(jié)合力很強，在熱力學(xué)溫度零度（即T=0K）時，價電子的能量不足以掙脫共價鍵的束縛，晶體中不存在能夠?qū)щ姷妮d流子，半導(dǎo)體不能導(dǎo)電，如同絕緣體一樣。首頁

Si

Si

Si

Si價電子

價電子在獲得一定能量（溫度升高或受光照）后，即可掙脫原子核的束縛，成為自由電子（帶負(fù)電），同時共價鍵中留下一個空位，稱為空穴（帶正電）。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)(也稱熱激發(fā))

。帶正電的空穴hole溫度愈高，晶體中產(chǎn)生的自由電子便愈多。帶負(fù)電的自由電子freeelectron在外電場的作用下，空穴吸引相鄰原子的價電子來填補，而在該原子中出現(xiàn)一個空穴，其結(jié)果相當(dāng)于空穴的運動（相當(dāng)于正電荷的移動）。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理當(dāng)半導(dǎo)體兩端加上外電壓時，在半導(dǎo)體中將出現(xiàn)兩部分電流

(1)自由電子作定向運動電子電流

(2)價電子遞補空穴空穴電流在半導(dǎo)體中,同時存在著電子導(dǎo)電和空穴導(dǎo)電,這是半導(dǎo)體導(dǎo)電方式的最大特點,也是半導(dǎo)體和金屬在導(dǎo)電原理上的本質(zhì)差別.空穴的出現(xiàn)是半導(dǎo)體區(qū)別于導(dǎo)體的重要特征.注意：

(1)本征半導(dǎo)體中載流子數(shù)目極少,其導(dǎo)電性能很差；(2)溫度愈高，載流子的數(shù)目愈多,半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能也就愈好。熱力學(xué)溫度0K時不導(dǎo)電。所以，溫度對半導(dǎo)體器件性能影響很大。自由電子和空穴都稱為載流子。自由電子和空穴成對地產(chǎn)生的同時，又不斷復(fù)合。在一定溫度下，載流子的產(chǎn)生和復(fù)合達(dá)到動態(tài)平衡，半導(dǎo)體中載流子便維持一定的數(shù)目。復(fù)合：自由電子回到共價鍵結(jié)構(gòu)中的現(xiàn)象。此時電子-空穴成對消失?；?/p>

自由電子與空穴相碰同時消失本征半導(dǎo)體不會在外電場作用下形成電流。半導(dǎo)體導(dǎo)電條件:有多余的電子或空穴+4+4+4+4+4+4+4+4+4半導(dǎo)體中存在兩種載流子：帶負(fù)電的自由電子和帶正電的空穴。在一定溫度下電子–空穴對的產(chǎn)生和復(fù)合達(dá)到動態(tài)平衡。在本征半導(dǎo)體中，兩種載流子總是成對出現(xiàn)稱為電子–空穴對本征載流子的濃度對溫度十分敏感電子–空穴對兩種載流子濃度相等14.1.2N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體

雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中摻入微量其他元素而得到的半導(dǎo)體。雜質(zhì)半導(dǎo)體可分為：

N(電子)型半導(dǎo)體和P(空穴)型半導(dǎo)體兩類14.1.2N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體

摻雜后自由電子數(shù)目大量增加，自由電子導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式，稱為電子半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體(N-typesemiconductor)。摻入五價元素

Si

Si

Si

Sip+多余電子磷原子在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮邮ヒ粋€電子變?yōu)檎x子在本征半導(dǎo)體中摻入微量的雜質(zhì)（某種元素）,形成雜質(zhì)半導(dǎo)體。

在N

型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子（多子），空穴是少數(shù)載流子（少子）

。動畫(施主原子)+5+4+4+4+4+4+4+4+4失去自由電子的雜質(zhì)原子固定在晶格上不能移動，并帶有正電荷，稱為正離子。在這種雜質(zhì)半導(dǎo)體中，電子的濃度大大高于空穴的濃度。因主要依靠電子導(dǎo)電，故稱為電子型半導(dǎo)體。多數(shù)載流子majoritycarrier少數(shù)載流子minoritycarrier5價的雜質(zhì)原子可以提供電子，所以稱為施主原子。簡化模型：載流子數(shù)

電子數(shù)(電子為)(空穴為)雜質(zhì)半導(dǎo)體

摻雜后，某些位置上的硅原子被五價雜質(zhì)原子（如磷原子）取代。磷原子的5個價電子中，4個價電子與鄰近硅原子的價電子形成共價鍵，剩余價電子只要獲取較小能量即可成為自由電子。同時，提供電子的磷原子因帶正電荷而成為正離子。電子和正離子成對產(chǎn)生。上述過程稱為施主雜質(zhì)電離。五價雜質(zhì)原子又稱施主雜質(zhì)。常溫下施主雜質(zhì)已被全部電離。N型半導(dǎo)體14.1.2N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體

摻雜后空穴數(shù)目大量增加，空穴導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式，稱為空穴半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體(P-typesemiconductor).

摻入三價元素

Si

Si

Si

Si

在P型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，自由電子是少數(shù)載流子。B–硼原子接受一個電子變?yōu)樨?fù)離子空穴動畫無論N型或P型半導(dǎo)體都是中性的，對外不顯電性。載流子數(shù)

空穴數(shù)簡化模型：雜質(zhì)半導(dǎo)體

摻雜后，某些位置上的硅原子被三價雜質(zhì)原子（如硼原子）取代。硼原子有3個價電子，與鄰近硅原子的價電子構(gòu)成共價鍵時會形成空穴，導(dǎo)致共價鍵中的電子很容易運動到這里來。同時，接受一個電子的硼原子因帶負(fù)電荷而成為不能移動的負(fù)離子。空穴和負(fù)離子成對產(chǎn)生。上述過程稱為受主雜質(zhì)電離。三價雜質(zhì)原子又稱受主雜質(zhì)。常溫下受主雜質(zhì)已被全部電離。P型半導(dǎo)體在雜質(zhì)半導(dǎo)體中：雜質(zhì)濃度不應(yīng)破壞半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)，多數(shù)載流子的濃度主要取決于摻入雜質(zhì)的濃度；而少數(shù)載流子的濃度主要取決于溫度。雜質(zhì)半導(dǎo)體的優(yōu)點：摻入不同性質(zhì)、不同濃度的雜質(zhì)，并使P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體以不同方式組合，可以制造出形形色色、品種繁多、用途各異的半導(dǎo)體器件?？偨Y(jié)1.在雜質(zhì)半導(dǎo)體中多子的數(shù)量與

（a.摻雜濃度、b.溫度）有關(guān)。2.在雜質(zhì)半導(dǎo)體中少子的數(shù)量與（a.摻雜濃度、b.溫度）有關(guān)。3.當(dāng)溫度升高時，少子的數(shù)量（a.減少、b.不變、c.增多）。abc4.在外加電壓的作用下，P型半導(dǎo)體中的電流主要是

，N型半導(dǎo)體中的電流主要是。（a.電子電流、b.空穴電流）ba14.2PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?4.2.1PN結(jié)的形成PNjunction多子的擴(kuò)散運動內(nèi)電場少子的漂移運動濃度差P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體內(nèi)電場越強，漂移運動越強，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。擴(kuò)散的結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬。空間電荷區(qū)也稱PN結(jié)擴(kuò)散(diffusion)和漂移(drift)這一對相反的運動最終達(dá)到動態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－動畫形成空間電荷區(qū)PN結(jié)的形成(PNjunction)

物質(zhì)因濃度差而產(chǎn)生的運動稱為擴(kuò)散運動。氣體、液體、固體均有之。擴(kuò)散運動P區(qū)空穴濃度遠(yuǎn)高于N區(qū)。N區(qū)自由電子濃度遠(yuǎn)高于P區(qū)。擴(kuò)散運動使靠近接觸面P區(qū)的空穴濃度降低、靠近接觸面N區(qū)的自由電子濃度降低，產(chǎn)生內(nèi)電場。PN結(jié)的形成

因電場作用所產(chǎn)生的運動稱為漂移運動。

參與擴(kuò)散運動和漂移運動的載流子數(shù)目相同，達(dá)到動態(tài)平衡，就形成了PN結(jié)。漂移運動

由于擴(kuò)散運動使P區(qū)與N區(qū)的交界面缺少多數(shù)載流子，形成內(nèi)電場，從而阻止擴(kuò)散運動的進(jìn)行。內(nèi)電場使空穴從N區(qū)向P區(qū)、自由電子從P區(qū)向N區(qū)運動。1.PN結(jié)的形成

PN結(jié)的基本原理在一塊本征半導(dǎo)體的兩邊摻以不同的雜質(zhì)，使其一邊形成P型半導(dǎo)體，另一邊形成N型半導(dǎo)體，則在它們交界處就出現(xiàn)了電子和空穴的濃度差，于是P區(qū)空穴向N區(qū)擴(kuò)散，N區(qū)電子向P區(qū)擴(kuò)散。另一方面，隨著擴(kuò)散運動的進(jìn)行，P區(qū)一邊失去空穴留下負(fù)離子，N區(qū)一邊失去電子留下正離子，形成空間電荷區(qū)，產(chǎn)生內(nèi)建電場。電場方向由N區(qū)指向P區(qū)，有利于P區(qū)和N區(qū)的少子漂移運動，而阻止多子擴(kuò)散運動。區(qū)區(qū)1.PN結(jié)的形成

擴(kuò)散交界處的濃度差P區(qū)的空穴要向N區(qū)擴(kuò)散N區(qū)的電子要向P區(qū)擴(kuò)散P區(qū)留下帶負(fù)電的受主離子N區(qū)留下帶正電的施主離子內(nèi)建電場漂移電流擴(kuò)散電流PN結(jié)動態(tài)平衡PN結(jié)的基本原理PN結(jié)的基本原理小結(jié)（1）載流子的擴(kuò)散運動和漂移運動既互相聯(lián)系又互相矛盾。（2）漂移運動等于擴(kuò)散運動時，PN結(jié)形成且處于動態(tài)平衡狀態(tài)。PN結(jié)沒有電流通過。（3）若P區(qū)和N區(qū)摻雜濃度相同，則；若為結(jié)，則。14.2.2PN結(jié)的單向?qū)щ娦?uni-directconduction)1.PN結(jié)加正向電壓（正向偏置forwardbias

）PN結(jié)變窄

P接正、N接負(fù)

外電場IF

內(nèi)電場被削弱，多子的擴(kuò)散加強，形成較大的擴(kuò)散電流。擴(kuò)散電流遠(yuǎn)大于漂移電流。

PN結(jié)加正向電壓時，PN結(jié)變窄，PN結(jié)呈現(xiàn)低阻性，正向電阻很小,正向電流較大，PN結(jié)處于導(dǎo)通(ON)狀態(tài)。內(nèi)電場PN－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++動畫+–PN結(jié)變寬2.PN結(jié)加反向電壓（反向偏置）外電場內(nèi)電場被加強，少子的漂移加強，由于少子數(shù)量很少，形成很小的反向電流。IRP接負(fù)、N接正溫度越高少子的數(shù)目越多，反向電流將隨溫度增加。動畫–+PN結(jié)加反向電壓時，PN結(jié)變寬，反向電流較小，反向電阻較大，PN結(jié)處于截止(cut-off)狀態(tài)。內(nèi)電場PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－PN結(jié)的單向?qū)щ娦訴VDVSVVDVS正向偏置，相當(dāng)于開關(guān)閉合。反向偏置，相當(dāng)于開關(guān)斷開。外加反向偏置電壓IVP區(qū)N區(qū)

PN結(jié)內(nèi)電場-+

反向電壓與PN結(jié)內(nèi)電場方向相同，增強內(nèi)電場(變寬)。漂移電流遠(yuǎn)大于擴(kuò)散電流。PN結(jié)呈現(xiàn)高阻性，反向電阻很大。PN結(jié)不導(dǎo)電。漂移電流恒定，與反向電壓大小無關(guān)，也稱為反向飽和電流IS。VI0IS偏置電壓Biasvoltage半導(dǎo)體的電流控制方式PNjunctionandcurrentcontrolPN結(jié)的單向?qū)щ娦評ni-directconduction

PN結(jié)內(nèi)電場P區(qū)N區(qū)偏置bias：對半導(dǎo)體器件施加外界電壓。正向偏置反向偏置PN結(jié)不導(dǎo)電PN結(jié)導(dǎo)電PNjunctionandcurrentcontrolPN結(jié)的反向擊穿特性NegativebreakdownVBR電擊穿____PN結(jié)反向偏置電壓增大到一定值時，反向電流突然增加。熱擊穿____電擊穿時間過長，器件上長時間有大反向電流而引起器件燒毀。雪崩擊穿

在反向電壓下產(chǎn)生碰撞電離并形成載流子倍增效應(yīng)，形成較大反向電流。齊納擊穿

較高外電壓破壞了共價鍵，形成大反向電流。VI0VDIS圖為PN結(jié)正向輸出特性，如果PN結(jié)的溫度從25℃變化到45℃，試計算：1）當(dāng)溫度為25℃、偏置電壓從0.7V變化到0.9V時，正向電流的變化是多少？2）電流為1mA時，如果PN結(jié)的溫度從25℃變化到45℃，問正向電壓的變化是多少？解：1）從所給的特性圖估計出，正向電流從0變化到0.2mA。2）正向電壓的變化大約為0.7V。PN結(jié)導(dǎo)電特性示例載流子運動方式及形成電流1.擴(kuò)散運動及擴(kuò)散電流擴(kuò)散運動：載流子受擴(kuò)散力的作用所作的運動稱為擴(kuò)散運動。擴(kuò)散電流：載流子擴(kuò)散運動所形成的電流稱為擴(kuò)散電流。濃度差擴(kuò)散運動擴(kuò)散電流擴(kuò)散力擴(kuò)散電流大小與載流子濃度梯度成正比2.漂移運動及漂移電流

漂移運動：載流子在電場力作用下所作的運動稱為漂移運動。漂移電流：載流子漂移運動所形成的電流稱為漂移電流。

電位差漂移運動漂移電流電場力漂移電流大小與電場強度成正比PN結(jié)的基本原理小結(jié)（1）PN結(jié)加正向電壓時，正向擴(kuò)散電流遠(yuǎn)大于漂移電流，

PN結(jié)導(dǎo)通；PN結(jié)加反向電壓時，僅有很小的反向飽和電流IS，考慮到，則認(rèn)為PN結(jié)截止。（2）PN結(jié)正向?qū)?、反向截止的特性稱為PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦?。PN結(jié)的特性擊穿特性擊穿：PN結(jié)外加反向電壓且電壓值超過一定限度時，反向電流急劇增加而PN結(jié)兩端電壓基本不變的現(xiàn)象。擊穿不一定導(dǎo)致?lián)p壞。擊穿電壓UZ利用PN結(jié)擊穿特性可以制作穩(wěn)壓管。PNjunctionandcurrentcontrolPN結(jié)的反向擊穿特性NegativebreakdownVBR電擊穿____PN結(jié)反向偏置電壓增大到一定值時，反向電流突然增加。熱擊穿____電擊穿時間過長，器件上長時間有大反向電流而引起器件燒毀。雪崩擊穿

在反向電壓下產(chǎn)生碰撞電離并形成載流子倍增效應(yīng)，形成較大反向電流。齊納擊穿

較高外電壓破壞了共價鍵，形成大反向電流。VI0VDIS擊穿特性擊穿分類雪崩擊穿齊納擊穿雪崩擊穿(碰撞擊穿)反向電壓足夠高時，空間電荷區(qū)的合成電場較強，通過空間電荷區(qū)的電子在強電場的作用下加速獲得很大的動能，于是有可能和晶體結(jié)構(gòu)中的外層電子碰撞而使其脫離原子核的束縛。被撞出來的載流子在電場作用下獲得能量之后，又可以去碰撞其他的外層電子，這種連鎖反應(yīng)就造成了載流子突然劇增的現(xiàn)象，猶如雪山發(fā)生雪崩那樣，所以這種擊穿稱為雪崩擊穿或碰撞擊穿。齊納擊穿(電場擊穿)

當(dāng)反向電壓足夠高，空間電荷區(qū)中的電場強度達(dá)到10的5次方V／cm以上時，可把共價鍵中的電子拉出來，產(chǎn)生電子—空穴對，使載流子突然增多，產(chǎn)生擊穿現(xiàn)象，稱為齊納擊穿。摻入雜質(zhì)濃度小的PN結(jié)中，雪崩擊穿是主要的，擊穿電壓一般在6V以上；在摻雜很重的PN結(jié)中，齊納擊穿是主要的，擊穿電壓一般在6V以下。擊穿電壓在6V左右的PN結(jié)常兼有兩種擊穿現(xiàn)象。PN結(jié)的擊穿特性|V反|

=V(BR)時，IR急劇，

PN結(jié)反向擊穿。雪崩擊穿齊納擊穿PN結(jié)摻雜濃度較低(l0較寬)發(fā)生條件外加反向電壓較大(>6V)

形成原因：碰撞電離。V(BR)IDV形成原因：場致激發(fā)。

發(fā)生條件PN結(jié)摻雜濃度較高(l0較窄)外加反向電壓較小(<6V)O因為T

載流子運動的平均自由路程V(BR)。擊穿電壓的溫度特性雪崩擊穿電壓具有正溫度系數(shù)。齊納擊穿電壓具有負(fù)溫度系數(shù)。因為T

價電子獲得的能量V(BR)。PN結(jié)存在電容效應(yīng)。這將限制器件工作頻率。分類

勢壘電容CT

擴(kuò)散電容CD電容效應(yīng)

PN結(jié)的特性

勢壘電容CT由勢壘區(qū)內(nèi)電荷存儲效應(yīng)引起。勢壘區(qū)相當(dāng)于介質(zhì)，它兩邊的P區(qū)和N區(qū)相當(dāng)于金屬。當(dāng)外加電壓改變時，勢壘區(qū)的電荷量改變引起的電容效應(yīng)，稱為勢壘電容。CT值隨外加電壓的改變而改變，為非線性電容。電容效應(yīng)PN結(jié)的特性

CT0為外加電壓為零時的勢壘電容，U為PN結(jié)的外加電壓（加反向電壓時U<0）,為結(jié)變系數(shù)。擴(kuò)散電容CDCD

值與PN結(jié)的正向電流I成正比。由勢壘區(qū)兩側(cè)的P區(qū)和N區(qū)正負(fù)電荷混合儲存所產(chǎn)生。PN結(jié)加正向電壓時P區(qū)的空穴注入到N區(qū)，吸引N區(qū)帶負(fù)電的電子到其附近；同時，N區(qū)的電子注入到P區(qū)，吸引P區(qū)里帶正電的空穴到其附近。它們不會立即復(fù)合，而有一定的壽命，從而形成勢壘區(qū)兩側(cè)正負(fù)電荷混合儲存的現(xiàn)象。呈現(xiàn)出的電容效應(yīng)稱為擴(kuò)散電容。電容效應(yīng)

PN結(jié)的特性

tP：空穴壽命tN

：電子壽命UT：熱電壓I:正向電流小結(jié)（1）PN結(jié)正向運用時CT、CD同時存在，CD起主要作用（2）PN結(jié)反向運用時，只有CT

電容效應(yīng)

PN結(jié)的特性

PN結(jié)的電容效應(yīng)1.勢壘電容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Cb。2.擴(kuò)散電容PN結(jié)外加的正向電壓變化時，在擴(kuò)散路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(kuò)散電容Cd。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?！PN結(jié)的結(jié)電容PNjunctioncapacitor二極管的兩極之間有電容，此電容由兩部分組成：勢壘電容CB和擴(kuò)散電容CD。勢壘電容：勢壘區(qū)是積累空間電荷的區(qū)域，當(dāng)電壓變化時，就會引起積累在勢壘區(qū)的空間電荷的變化，這樣所表現(xiàn)出的電容是勢壘電容。擴(kuò)散電容：為了形成正向電流（擴(kuò)散電流），注入P區(qū)的少子（電子）在P

區(qū)有濃度差，越靠近PN結(jié)濃度越大，即在P區(qū)有電子的積累。同理，在N區(qū)有空穴的積累。正向電流大，積累的電荷多。這樣所產(chǎn)生的電容就是擴(kuò)散電容CD。P+-NCB在正向和反向偏置時均不能忽略。而反向偏置時，由于載流子數(shù)目很少，擴(kuò)散電容可忽略。PN結(jié)高頻小信號時的等效電路：勢壘電容和擴(kuò)散電容的綜合效應(yīng)rd問題為什么將自然界導(dǎo)電性能中等的半導(dǎo)體材料制成本征半導(dǎo)體，導(dǎo)電性能極差，又將其摻雜，改善導(dǎo)電性能？為什么半導(dǎo)體器件的溫度穩(wěn)定性差？是多子還是少子是影響溫度穩(wěn)定性的主要因素？為什么半導(dǎo)體器件有最高工作頻率？20090908(2)開始陰極引線陽極引線二氧化硅保護(hù)層P型硅N型硅(

c

)平面型金屬觸絲陽極引線N型鍺片陰極引線外殼(

a)點接觸型鋁合金小球N型硅陽極引線PN結(jié)金銻合金底座陰極引線(

b)面接觸型圖半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和符號(symbol)14.3二極管(Diode)結(jié)構(gòu)示意圖陰極(cathode)陽極(anode)(

d

)

D符號14.3.1基本結(jié)構(gòu)(architecture)點接觸型：結(jié)面積小，結(jié)電容小，故結(jié)允許的電流小，最高工作頻率高。用于檢波,小功率的整流和變頻等高頻電路。面接觸型：結(jié)面積大，故結(jié)允許的電流大，結(jié)電容大，只能在較低頻率下工作.用于工頻大電流整流電路。平面型：結(jié)面積可小、可大，小的工作頻率高，大的結(jié)允許的電流大。用于集成電路制作工藝中。用于高頻整流和開關(guān)電路中。14.3.1基本結(jié)構(gòu)(architecture)將PN結(jié)封裝，引出兩個電極，就構(gòu)成了二極管。

大功率二極管穩(wěn)壓二極管發(fā)光二極管小功率二極管半導(dǎo)體二極管分類(classification)按結(jié)構(gòu)分：點接觸型、面接觸型和平面型按材料分：硅二極管、鍺二極管按功能分：普通二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管（也叫齊納二極管）Zenerdiode、開關(guān)二極管、發(fā)光二極管、高頻二極管RFdiode、功率二極管powerdiode、肖特基二極管Schottkybarrierdiode、隧道二極管tunneldiode等二極管的表示符號symbol研究符號電路分析符號工程設(shè)計符號PN二極管的電路符號二極管的工作原理workprinciple工作原理：

正向電壓：導(dǎo)通，電阻很小。反向電壓：截止，電阻很大。二極管的基本結(jié)構(gòu)是一個PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦?。VBRVI0VDIS輸入端輸出端PN結(jié)的單向?qū)щ娦訴VDVSVVDVS正向偏置，相當(dāng)于開關(guān)閉合。反向偏置，相當(dāng)于開關(guān)斷開。14.3.2伏安特性硅管0.5V,鍺管0.1V。反向擊穿電壓U(BR)導(dǎo)通壓降

外加電壓大于死區(qū)電壓二極管才能導(dǎo)通。外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向?qū)щ娦?。正向特性反向特性特點：非線性硅0.6~0.8V鍺0.2~0.3VUI死區(qū)電壓PN+–PN–+反向電流在一定電壓范圍內(nèi)保持常數(shù)。二極管的伏安特性及電流方程材料開啟電壓導(dǎo)通電壓反向飽和電流硅Si0.5V0.5~0.8V1μA以下鍺Ge0.1V0.1~0.3V幾十μA開啟電壓反向飽和電流擊穿電壓溫度的電壓當(dāng)量二極管的電流與其端電壓的關(guān)系稱為伏安特性。2010090241/42/54/51/52/53開始二極管的特性曲線二極管特性比電阻復(fù)雜得多，它特性曲線不能通過簡單的線性方程得到。數(shù)學(xué)上可以用下式近似表達(dá)：當(dāng)uD

≥100mV時，近似為：其中IS稱反向飽和電流，硅管10－12/10-9A，uD為二極管端電壓，T為絕對溫度,，k是玻爾茲曼常數(shù)（8.63×10-5eV/K=1.38×10-23J/K,J為焦耳，式中e電子電荷1.6×10－19庫侖），q是電子電荷數(shù)。通常二極管的電流也寫成，其中，稱為熱電壓（ThermalVoltage）單位為伏。室溫即T=300K時，這是一個重要的數(shù)值，今后會經(jīng)常用到它。

正向特性近似反向特性近似伏安特性數(shù)學(xué)表達(dá)式

伏安特性式中VD(on)=0.7VIS=(10-9~10-16)A硅PN結(jié)VD(on)=0.25V鍺PN結(jié)IS=(10-6~10-8)A從二極管的伏安特性可以反映出：

1.單向?qū)щ娦?.伏安特性受溫度影響T（℃）↑→在電流不變情況下管壓降u↓→反向飽和電流IS↑，U(BR)↓T（℃）↑→正向特性左移，反向特性下移正向特性為指數(shù)曲線反向特性為橫軸的平行線增大1倍/10℃伏安特性的溫度特性(c)擊穿特性

(b)反向特性(a)正向特性T-則UrˉT-則IS

-T-則UZ-(雪崩擊穿)T-則UZˉ(齊納擊穿)

伏安特性圖示為雪崩擊穿二極管的等效電路理想二極管近似分析中最常用理想開關(guān)導(dǎo)通時UD＝0截止時IS＝0導(dǎo)通時UD＝Uon截止時IS＝0導(dǎo)通時△i與△u成線性關(guān)系應(yīng)根據(jù)不同情況選擇不同的等效電路！1.將伏安特性折線化？100V？5V？1V？直流電路模型建立條件：在二極管兩端施加直流電壓，二極管工作在直流狀態(tài)。使用條件：二極管工作在線性區(qū)，Rr和Rf為常數(shù)。RrED+-RfRr：漏電阻Rf：導(dǎo)通電阻D：理想二極管IdVdV-I特性曲線VBR微變等效電路Q越高，rd越小。

當(dāng)二極管在靜態(tài)基礎(chǔ)上有一動態(tài)信號作用時，則可將二極管等效為一個電阻，稱為動態(tài)電阻，也就是微變等效電路。ui=0時直流電源作用小信號作用靜態(tài)電流表征性能性能參數(shù)——表征安全工作范圍極限參數(shù)——

14.3.3晶體二極管主要參數(shù)參數(shù)直流電阻RD定義:

RD是u或i的函數(shù)

（1）性能參數(shù)

主要參數(shù)晶體二極管交流電阻rd定義:計算:（1）性能參數(shù)主要參數(shù)晶體二極管勢壘電容CT

影響器件最高工作頻率最大允許整流電流IOM(IF)二極管長期使用時，允許流過二極管的最大正向平均電流.工作電流>IOM易導(dǎo)致二極管過熱失效。最高反向工作電壓URM(UR)允許加到二極管(非穩(wěn)壓二極管)的最高反向電壓。手冊上給出的最高反向工作電壓UWRM一般是UBR的一半。最大允許功耗PDM

實際功耗大于PDM時易導(dǎo)致二極管過熱損壞。（2）極限參數(shù)

14.3.3主要參數(shù)反向工作峰值電壓URWM是保證二極管不被擊穿而給出的反向峰值電壓，一般是二極管反向擊穿電壓UBR的一半或三分之二。二極管擊穿后單向?qū)щ娦员黄茐?，甚至過熱而燒壞。反向峰值電流IRM指二極管加最高反向工作電壓時的反向電流。反向電流大，說明管子的單向?qū)щ娦圆?，IRM受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流較大，為硅管的幾十到幾百倍。最高工作頻率

fMfM值主要決定于PN結(jié)結(jié)電容的大小。結(jié)電容愈大，則二極管允許的最高工作頻率愈低。二極管的單向?qū)щ娦?.二極管加正向電壓（正向偏置，陽極接正、陰極接負(fù)）時，二極管處于正向?qū)顟B(tài)，二極管正向電阻較小，正向電流較大。2.二極管加反向電壓（反向偏置，陽極接負(fù)、陰極接正）時，二極管處于反向截止?fàn)顟B(tài)，二極管反向電阻較大，反向電流很小。

3.外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向?qū)щ娦浴?.二極管的反向電流受溫度的影響，溫度愈高反向電流愈大。二極管電路分析舉例定性分析：判斷二極管的工作狀態(tài)導(dǎo)通截止否則，正向管壓降硅0.6~0.7V鍺0.2~0.3V分析方法：將二極管斷開，分析二極管兩端電位的高低或所加電壓UD的正負(fù)。若V陽>V陰或UD為正(正向偏置)，二極管導(dǎo)通若V陽<V陰或UD為負(fù)(反向偏置)，二極管截止若二極管是理想的，正向?qū)〞r正向管壓降為零，反向截止時二極管相當(dāng)于斷開。電路如圖，求：UABV陽=－6VV陰=－12VV陽>V陰二極管導(dǎo)通若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB=－6V否則，UAB低于－6V一個管壓降，為－6.3Ｖ或－6.7V例1：

取B點作參考點，斷開二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。在這里，二極管起鉗位作用。D6V12V3kBAUAB+–兩個二極管的陰極接在一起取B點作參考點，斷開二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。V1陽=－6V，V2陽=0V，V1陰=V2陰=－12VUD1=6V，UD2=12V

∵

UD2>UD1

∴D2優(yōu)先導(dǎo)通，D1截止。若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB

=0V例2:D1承受反向電壓為－6V流過D2

的電流為求：UAB在這里，D2起鉗位作用，D1起隔離作用。BD16V12V3kAD2UAB+–作業(yè)設(shè)二極管是理想的，求VAO值。VAO=?+-DV2V1+-AOVAO+-12V-6V3k(a)+--+D1D2V2V1+-AOVAO3k6V9V(b)VAO=?例設(shè)二極管是理想的，求VAO值。圖(a)，假設(shè)D開路，則D兩端電壓：VD=V1–V2=(–6–12)V=–18V<0V，解：故D截止。VAO=12V。+-DV2V1+-AOVAO+-12V-6V3k(a)+--+D1D2V2V1+-AOVAO3k6V9V(b)圖(b)，假設(shè)D1、D2開路，則D兩端電壓：VD1=V2–0=9V>0V，VD2=V2–(–V1)=15V>0V。

由于VD2>VD1，則D2優(yōu)先導(dǎo)通。此時VD1

=–6V<0V，故D1截止。VAO=–V1=–6V。ui>8V，二極管導(dǎo)通，可看作短路uo=8V

ui<8V，二極管截止，可看作開路uo=ui已知：二極管是理想的，試畫出uo

波形。8V例3：二極管的用途：

整流、檢波、限幅、鉗位、開關(guān)、元件保護(hù)、溫度補償?shù)取i18V參考點二極管陰極電位為8VD8VRuoui++––動畫[例]已知uI=

Umsinωt，畫出uO和uD的波形VDR+-+-uIuO+-uDiOUmωtuoOωtuDOuI＞0

時二極管導(dǎo)通，uO=

uIuD

=

0uI

＜0

時二極管截止，uD

=

uIuO=

0-UmioUmωtuIO畫輸出信號波形方法根據(jù)輸入信號大小判斷二極管的導(dǎo)通與截止找出vo與vi關(guān)系畫輸出信號波形。例設(shè)二極管是理想的，vi

=6sint(V)，試畫vo波形。解：+-DV+-+-2V100Rvovit62OVi/V畫輸出信號波形方法根據(jù)輸入信號大小判斷二極管的導(dǎo)通與截止找出vo與vi關(guān)系畫輸出信號波形。例設(shè)二極管是理想的，vi

=6sint(V)，試畫vo波形。解：vi>2V時，D導(dǎo)通，則vO=vivi

2V時，D截止，則vO=2V由此可畫出vO的波形。

+-DV+-+-2V100Rvovit62OVi/VVo/VtO2620090915(3)開始限幅電路(或削波電路)V2<vi

<V1時，D1、D2截止，vo=vitOvitOvoVi

V1時，D1導(dǎo)通、D2截止，vo=V1

Vi

V2時，D2導(dǎo)通、D1截止，vo=V2

由此

，電路實現(xiàn)雙向限幅功能。vovi+-D1+-+-RD2V1-V2+-其中：V1為上限幅電平，V2為下限幅電平。V1-V2-V2V1[例]二極管可用作開關(guān)VVDVSVVDVS正向偏置，相當(dāng)于開關(guān)閉合。反向偏置，相當(dāng)于開關(guān)斷開。（b）（a）結(jié)合圖中給定的參數(shù)分析：VD1、VD2開路時，陽極對地電位為+5V，陰極對地電位分別為+1V、0V，例：如圖所示二極管門電路（VD1、VD2為理想二極管）求：uO。解：門電路門電路的分析關(guān)鍵是判斷電路中二極管的通、斷。采用的方法是比較各二極管的正向開路電壓，正向開路電壓最大的一只二極管搶先導(dǎo)通?？梢奦D2導(dǎo)通。uO=0

晶體二極管電路應(yīng)用舉例實例example例1判斷圖示電路中的二極管能否導(dǎo)通。

結(jié)果：

VA=1V

VB=1+2.5=3.5V則VA<

VB二極管為截止?fàn)顟B(tài)。14.4穩(wěn)壓二極管（齊納二極管Zenerdiode）1.符號UZIZIZMUZIZ2.伏安特性穩(wěn)壓管正常工作時加反向電壓使用時要加限流電阻穩(wěn)壓管反向擊穿后，電流變化很大，但其兩端電壓變化很小，利用此特性，穩(wěn)壓管在電路中可起穩(wěn)壓作用。_+UIO穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管是一種面接觸型二極管，與二極管不同之處：1.采用特殊工藝，擊穿狀態(tài)不致?lián)p壞；2.擊穿是可逆的。符號及特性曲線如下圖所示：ΔUΔI+-IUO

穩(wěn)壓管的伏安特性和符號ΔUΔI值很小有穩(wěn)壓特性陰極陽極進(jìn)入穩(wěn)壓區(qū)的最小電流不至于損壞的最大電流3.主要參數(shù)(1)穩(wěn)定電壓UZ

穩(wěn)壓管正常工作(反向擊穿)時管子兩端的電壓。(2)電壓溫度系數(shù)ｕ環(huán)境溫度每變化1C引起穩(wěn)壓值變化的百分?jǐn)?shù)。(3)動態(tài)電阻(4)穩(wěn)定電流IZ、最大穩(wěn)定電流IZM(5)最大允許耗散功率PZM=UZIZMrZ愈小，曲線愈陡，穩(wěn)壓性能愈好。使用穩(wěn)壓管組成穩(wěn)壓電路時的注意事項：UORLVDZRUIIRIOIZ++--

穩(wěn)壓管電路穩(wěn)壓管必須工作在反向擊穿區(qū)。穩(wěn)壓管應(yīng)與負(fù)載RL并聯(lián)。必須限制流過穩(wěn)壓管的電流IZ。限流電阻

若穩(wěn)壓管的電流太小則不穩(wěn)壓，若穩(wěn)壓管的電流太大則會因功耗過大而損壞，因而穩(wěn)壓管電路中必需有限制穩(wěn)壓管電流的限流電阻！負(fù)載電阻。要求當(dāng)輸入電壓由正常值發(fā)生20%波動時，負(fù)載電壓基本不變。穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用舉例uoiZDZRiLiuiRL穩(wěn)壓管的技術(shù)參數(shù):解：令輸入電壓達(dá)到上限時，流過穩(wěn)壓管的電流為Izmax。求：電阻R和輸入電壓ui的正常值。——方程1令輸入電壓降到下限時，流過穩(wěn)壓管的電流為Izmin?！匠?uoiZDZRiLiuiRL聯(lián)立方程1、2，可解得：[例]電路如圖所示，已知UImax=15V，UImin=10VIZmax=50mA，IZmin=5mA，RLmax=1kΩ，RLmin=600ΩUZ=6V,

對應(yīng)ΔUZ=0.3V。求rZ，選擇限流電阻ROUORLVDZRUIIRIOIZ++--+-UZ解：IZ=IR

-IO=UI-UZR-UZRLIZmax＞UImax-UZR-UZRLmaxIZmin

＜UImin-UZR-UZRLminrZ

=ΔIZΔUZ=6.7Ω15

-

650

+61kΩ=161ΩR＞R＜10

-

65

+60.6kΩ=267ΩΔIZ=IZmax-IZmin=45mAUORLVDZRUIIRIOIZ++--+-UZ+-VD1VD2U+-U+-U+-UVD1VD2VD1VD2VD1VD2[例]有兩個穩(wěn)壓管

VD1和

VD2，它們的穩(wěn)壓值為UZ1=6V，UZ2=8V，正向?qū)▔航稻鶠?/p>

UD=0.6

V，將它們串聯(lián)可得到幾種穩(wěn)壓值?U=UD+UD=1.2VU=UZ1+UD=6.6VU=UZ1+UZ2=14VU=UD+UZ2=8.6V14.6光電器件

14.6.1發(fā)光二極管(LED)當(dāng)發(fā)光二極管加上正向電壓并有足夠大的正向電流時，就能發(fā)出一定波長范圍的光。目前的發(fā)光管可以發(fā)出從紅外到可見波段的光，它的電特性與一般二極管類似。常用的有2EF等系列。發(fā)光二極管的工作電壓為1.5~3V，工作電流為幾~十幾mA。符號光電子器件發(fā)光二極管符號光電傳輸系統(tǒng)光電子器件激光二極管（a）物理結(jié)構(gòu)（b）符號14.6.2光電二極管

光電二極管在反向電壓作用下工作。當(dāng)無光照時,和普通二極管一樣,其反向電流很小,稱為暗電流。當(dāng)有光照時,產(chǎn)生的反向電流稱為光電流。照度E越強，光電流也越大。常用的光電二極管有2AU,2CU等系列。光電流很小,一般只有幾十微安,應(yīng)用時必須放大。I/AU/VE=0E1E2光電二極管（a）符號（b）電路模型（c）特性曲線14.6.3光電晶體管

光電晶體管用入射光照度E的強弱來控制集電極電流。當(dāng)無光照時,集電極電流ICEO很小,稱為暗電流。當(dāng)有光照時,集電極電流稱為光電流。一般約為零點幾毫安到幾毫安。常用的光電晶體管有3AU,3DU等系列。CE(a)符號E=0E1E3E4iCuCEOE2ICEOPCM(b)輸出特性曲線光電二極管反向電流隨光照強度的增加而上升。IU照度增加符號發(fā)光二極管有正向電流流過時，發(fā)出一定波長范圍的光，目前的發(fā)光管可以發(fā)出從紅外到可見波段的光，它的電特性與一般二極管類似，正向電壓較一般二極管高，電流為幾~幾十mA光電二極管發(fā)光二極管變?nèi)荻O管

變?nèi)荻O管利用PN結(jié)的勢壘電容效應(yīng)制作。并采用特殊工藝使節(jié)電容隨反向電壓變化比較靈敏的一種特殊二極管。變?nèi)荻O管必須工作于反偏狀態(tài)。（縱坐標(biāo)為對數(shù)刻度）

肖特基二極管（a）符號（b）正向V-I特性肖特基二極管肖特基二極管使用了一塊N型硅晶片結(jié)合鉑金而成的。半導(dǎo)體金屬勢壘使得二極管開或關(guān)，較PN結(jié)快得多。在肖特基二極管處于正偏壓條件下，N型陰極的電子獲得能量穿過勢壘到達(dá)金屬陽極。有時稱“熱載流子二極管”。

“熱載流子”到達(dá)金屬與大量的自由電子混合，很快就釋放它們的額外能量。在反偏壓條件下，二極管馬上就能停止導(dǎo)通，由于電子已經(jīng)失去了額外能量，以至于電子沒有足夠的能量越過勢壘返回到陰極。

Diodeclassification1-2-1二極管肖特基二極管Schottkybarrierdiode利用金屬與半導(dǎo)體接觸所形成的勢壘來對電流進(jìn)行控制的。主要特點：

具有較低的正向壓降（0.3V至0.6V）。

比其他二極管有更快的反應(yīng)速度。用途：

用于門電路中作為三極管集電極的箝位二極管，以防止三極管因進(jìn)入飽和狀態(tài)而降低開關(guān)速度。隧道二極管tunneldiode利用金屬與半導(dǎo)體接觸所形成的勢壘來對電流進(jìn)行控制的。主要特點：比齊納二極管具有更大的電壓降，可以實現(xiàn)快速擊穿。具有一段負(fù)電阻區(qū)，可用在高頻電路。

Diodeclassification14.5晶體管(transistor)

14.5.1基本結(jié)構(gòu)(architecture)NNP基極發(fā)射極集電極NPN型BECBECPNP型PPN基極發(fā)射極集電極符號(Symbol)BECIBIEICBECIBIEICNPN型三極管PNP型三極管半導(dǎo)體三極管(BipolarTransistor)NNP發(fā)射極E基極B集電極C發(fā)射結(jié)集電結(jié)—基區(qū)—發(fā)射區(qū)—集電區(qū)emitterbasecollectorNPN型PPNEBCPNP型ECBECB半導(dǎo)體三極管BipolarTransistor分類classification按材料分：硅管、鍺管按結(jié)構(gòu)分：NPN、PNP按使用頻率分：低頻管、高頻管按功率分：小功率管<500mW中功率管0.51W大功率管>1W三極管分類通用三極管達(dá)林頓管daringtonRF三極管多管陣列用于一般場合。例：3DG系列，2N系列。功率管，也叫復(fù)合管，具有高電流放大系數(shù)，用于功率放大和驅(qū)動電路，例如2N6427等。用于VHF/UHF小信號放大，頻率可達(dá)400MHz到2GHz，例：BF224,MPS6595。多個獨立的三極管封裝在一起，類似集成電路。小功率管中功率管大功率管為什么有孔？半導(dǎo)體三極管外形基區(qū)：最薄，摻雜濃度最低發(fā)射區(qū)：摻雜濃度最高發(fā)射結(jié)集電結(jié)BECNNP基極發(fā)射極集電極結(jié)構(gòu)特點：集電區(qū)：面積最大半導(dǎo)體三極管BipolarTransistor電流放大原理三極管放大的條件內(nèi)部條件發(fā)射區(qū)摻雜濃度高基區(qū)薄且摻雜濃度低集電結(jié)面積大外部條件發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏14.5.2電流分配和放大原理1.三極管放大的外部條件BECNNPEBRBECRC發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏PNP發(fā)射結(jié)正偏VB<VE集電結(jié)反偏VC<VB從電位的角度看：

NPN

發(fā)射結(jié)正偏VB>VE集電結(jié)反偏VC>VB

2.各電極電流關(guān)系及電流放大作用IB(mA)IC(mA)IE(mA)00.020.040.060.080.10<0.0010.701.502.303.103.95<0.0010.721.542.363.184.05結(jié)論:1）三電極電流關(guān)系IE=IB+IC2）IC

IB

，

IC

IE

3）IC

IB

把基極電流的微小變化能夠引起集電極電流較大變化的特性稱為晶體管的電流放大作用。

實質(zhì):用一個微小電流的變化去控制一個較大電流的變化，是CCCS器件。3.三極管內(nèi)部載流子的運動規(guī)律BECNNPEBRBECIEIBEICEICBO

基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)的擴(kuò)散可忽略。發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴(kuò)散，形成發(fā)射極電流IE。

進(jìn)入P區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成電流IBE，多數(shù)擴(kuò)散到集電結(jié)。從基區(qū)擴(kuò)散來的電子作為集電結(jié)的少子，漂移進(jìn)入集電結(jié)而被收集，形成ICE。集電結(jié)反偏，有少子形成的反向電流ICBO。3.三極管內(nèi)部載流子的運動規(guī)律IC=ICE+ICBOICEICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOIB=IBE-ICBOIBEICE與IBE之比稱為共發(fā)射極電流放大倍數(shù)集－射極穿透電流,溫度ICEO(常用公式)若IB=0,則

ICICE0半導(dǎo)體三極管電流放大原理電流分配關(guān)系IE=IC+IB由于三極管內(nèi)有兩種載流子(自由電子和空穴)參與導(dǎo)電，故稱為雙極型三極管或BJT(BipolarJunctionTransistor)。

晶體管的放大原理

擴(kuò)散運動形成發(fā)射極電流IE，復(fù)合運動形成基極電流IB，漂移運動形成集電極電流IC。少數(shù)載流子的運動因發(fā)射區(qū)多子濃度高使大量電子從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)因基區(qū)薄且多子濃度低，使極少數(shù)擴(kuò)散到基區(qū)的電子與空穴復(fù)合因集電區(qū)面積大，在外電場作用下大部分?jǐn)U散到基區(qū)的電子漂移到集電區(qū)基區(qū)空穴的擴(kuò)散電流分配：

IE＝IB＋I(xiàn)C

IE－擴(kuò)散運動形成的電流

IB－復(fù)合運動形成的電流IC－漂移運動形成的電流穿透電流集電結(jié)反向電流直流電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù)為什么基極開路集電極回路會有穿透電流？bceNNP三極管的工作原理workprinciple

工作原理workprinciple：發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子電子在基區(qū)擴(kuò)散和復(fù)合集電結(jié)收集電子be結(jié)擴(kuò)散VCCVEEIEICIBbc結(jié)漂移結(jié)論conclusion：

具有電流放大作用currentamplify是有源器件activedevice正常工作條件：

發(fā)射結(jié)正向偏置集電結(jié)反向偏置IE、IB、IC間有確定的分配關(guān)系diffusedrift14.5.3特性曲線即管子各電極電壓與電流的關(guān)系曲線，是管子內(nèi)部載流子運動的外部表現(xiàn)，反映了晶體管的性能，是分析放大電路的依據(jù)。為什么要研究特性曲線：1）直觀地分析管子的工作狀態(tài)2）合理地選擇偏置電路的參數(shù)，設(shè)計性能良好的電路重點討論應(yīng)用最廣泛的共發(fā)射極接法的特性曲線發(fā)射極是輸入回路、輸出回路的公共端共發(fā)射極電路輸入回路輸出回路測量晶體管特性的實驗線路ICEBmAAVUCEUBERBIBECV++––––++1.輸入特性特點:非線性死區(qū)電壓：硅管0.5V，鍺管0.1V。正常工作時發(fā)射結(jié)電壓：NPN型硅管

UBE0.6~0.7VPNP型鍺管

UBE0.2~0.3VIB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1VO晶體管的共射輸入特性和輸出特性為什么UCE增大曲線右移？

對于小功率晶體管，UCE大于1V的一條輸入特性曲線可以取代UCE大于1V的所有輸入特性曲線。為什么像PN結(jié)的伏安特性？為什么UCE增大到一定值曲線右移就不明顯了？1.輸入特性20100907/41/42/54/51/52/53開始模擬信號：時間和數(shù)值上都是連續(xù)變化的物理量.數(shù)字信號:時間和數(shù)值上都是離散的信號模擬電子技術(shù)(AnalogElectronicsTechnology)：處理模擬信號的電子技術(shù)。模擬電子技術(shù)的目的是，向工程實際提供各種模擬信號處理電子電路(系統(tǒng))的分析(ANALYSIS)和設(shè)計(DESIGN)技術(shù)。模擬電路(ANALOGCIRCUITS)：處理模擬信號的電子器件組成的電子系統(tǒng)。數(shù)字電子技術(shù)(DigitalElectronicsTechnology)：處理數(shù)字信號的電子技術(shù)。數(shù)字電路(DIGITALCIRCUITS)：處理數(shù)字信號的電子器件組成的電子系統(tǒng)。數(shù)字電子技術(shù)的目的是，向工程技術(shù)提供各種數(shù)字信號處理電子電路(系統(tǒng))的分析設(shè)計技術(shù)。

導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。什么是半導(dǎo)體(semiconductor)

？

半導(dǎo)體(semiconductor)

－－硅（Si或Silicon

）、鍺（Ge或Germanium

），均為四價元素，它們原子的最外層電子受原子核的束縛力介于導(dǎo)體與絕緣體之間。還如硒、砷化鎵和大多數(shù)金屬硫化物、氧化物等都是半導(dǎo)體。半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性：對溫度反映特別靈敏,可做成溫度敏感元件，如熱敏電阻)。摻雜性：往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)()，導(dǎo)電能力明顯改變(如硼和磷等可做成各種不同用途的半導(dǎo)體器件，如二極管、三極管、場效晶體管和晶閘管等）。光敏性：當(dāng)受到光照時，導(dǎo)電能力明顯變化(如鎘、鉛的硫化物與硒化物可做成各種光敏元件，如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管等)。熱敏性：當(dāng)環(huán)境溫度升高時，導(dǎo)電能力顯著增強(如鈷、鎳、錳等的氧化物Impurity本征半導(dǎo)體是純凈的晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。什么是本征半導(dǎo)體？無雜質(zhì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)本征半導(dǎo)體：化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體,在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)。完全純凈的、晶體結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體，稱為本征半導(dǎo)體。本征半導(dǎo)體雖有大量的價電子，但沒有自由電子，此時半導(dǎo)體是不導(dǎo)電的.N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入三價元素后空穴數(shù)目大量增加，空穴導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式，稱為空穴半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體.在P型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，自由電子是少數(shù)載流子。

無論N型或P型半導(dǎo)體都是中性的，對外不顯電性。在本征半導(dǎo)體中摻入五價元素后自由電子數(shù)目大量增加，自由電子導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式，稱為電子半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體。在N

型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子（多子），空穴是少數(shù)載流子（少子）

。偏置電壓PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

PN結(jié)內(nèi)電場P區(qū)N區(qū)正向偏置反向偏置PN結(jié)不導(dǎo)電PN結(jié)導(dǎo)電14.3.2伏安特性硅管0.5V,鍺管0.1V。反向擊穿電壓U(BR)導(dǎo)通壓降

外加電壓大于死區(qū)電壓二極管才能導(dǎo)通。外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向?qū)щ娦浴Ｕ蛱匦苑聪蛱匦蕴攸c：非線性硅0.6~0.8V鍺0.2~0.3VUI死區(qū)電壓PN+–PN–+反向電流在一定電壓范圍內(nèi)保持常數(shù)。半導(dǎo)體三極管(BipolarTransistor)NNP發(fā)射極E基極B集電極C發(fā)射結(jié)集電結(jié)—基區(qū)—發(fā)射區(qū)—集電區(qū)emitterbasecollectorNPN型PPNEBCPNP型ECBECB基區(qū)：最薄，摻雜濃度最低發(fā)射區(qū)：摻雜濃度最高發(fā)射結(jié)集電結(jié)BECNNP基極發(fā)射極集電極結(jié)構(gòu)特點：集電區(qū)：面積最大晶體管的放大原理

擴(kuò)散運動形成發(fā)射極電流IE，復(fù)合運動形成基極電流IB，漂移運動形成集電極電流IC。少數(shù)載流子的運動因發(fā)射區(qū)多子濃度高使大量電子從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)因基區(qū)薄且多子濃度低，使極少數(shù)擴(kuò)散到基區(qū)的電子與空穴復(fù)合因集電區(qū)面積大，在外電場作用下大部分?jǐn)U散到基區(qū)的電子漂移到集電區(qū)基區(qū)空穴的擴(kuò)散發(fā)射極是輸入回路、輸出回路的公共端共發(fā)射極電路輸入回路輸出回路測量晶體管特性的實驗線路ICEBmAAVUCEUBERBIBECV++––––++1.輸入