電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分演示文稿

電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分演示文稿本文檔共44頁；當(dāng)前第1頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分優(yōu)選電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分本文檔共44頁；當(dāng)前第2頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分3.1.1半導(dǎo)體材料

根據(jù)物體導(dǎo)電能力(電阻率)的不同，來劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。典型的半導(dǎo)體有硅Si和鍺Ge以及砷化鎵GaAs等。本文檔共44頁；當(dāng)前第3頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分3.1.2半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)簡化模型及晶體結(jié)構(gòu)本文檔共44頁；當(dāng)前第4頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分3.1.3本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體——化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體。它在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)。空穴——共價鍵中的空位。電子空穴對——由熱激發(fā)而產(chǎn)生的自由電子和空穴對?？昭ǖ囊苿印昭ǖ倪\(yùn)動是靠相鄰共價鍵中的價電子依次充填空穴來實(shí)現(xiàn)的。由于隨機(jī)熱振動致使共價鍵被打破而產(chǎn)生空穴－電子對本文檔共44頁；當(dāng)前第5頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分3.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體

在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì)，可使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性發(fā)生顯著變化。摻入的雜質(zhì)主要是三價或五價元素。摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體——摻入五價雜質(zhì)元素（如磷）的半導(dǎo)體。

P型半導(dǎo)體——摻入三價雜質(zhì)元素（如硼）的半導(dǎo)體。本文檔共44頁；當(dāng)前第6頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分1.N型半導(dǎo)體3.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體

因五價雜質(zhì)原子中只有四個價電子能與周圍四個半導(dǎo)體原子中的價電子形成共價鍵，而多余的一個價電子因無共價鍵束縛而很容易形成自由電子。

在N型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子，它主要由雜質(zhì)原子提供；空穴是少數(shù)載流子,由熱激發(fā)形成。

提供自由電子的五價雜質(zhì)原子因帶正電荷而成為正離子，因此五價雜質(zhì)原子也稱為施主雜質(zhì)。本文檔共44頁；當(dāng)前第7頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分2.P型半導(dǎo)體3.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體

因三價雜質(zhì)原子在與硅原子形成共價鍵時，缺少一個價電子而在共價鍵中留下一個空穴。

在P型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，它主要由摻雜形成；自由電子是少數(shù)載流子，由熱激發(fā)形成。

空穴很容易俘獲電子，使雜質(zhì)原子成為負(fù)離子。三價雜質(zhì)因而也稱為受主雜質(zhì)。本文檔共44頁；當(dāng)前第8頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分3.雜質(zhì)對半導(dǎo)體導(dǎo)電性的影響3.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體

摻入雜質(zhì)對本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性有很大的影響，一些典型的數(shù)據(jù)如下:T=300K室溫下,本征硅的電子和空穴濃度:

n=p=1.4×1010/cm31

本征硅的原子濃度:4.96×1022/cm3

3以上三個濃度基本上依次相差106/cm3

。

2摻雜后N型半導(dǎo)體中的自由電子濃度:

n=5×1016/cm3本文檔共44頁；當(dāng)前第9頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分

本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體

本節(jié)中的有關(guān)概念

自由電子、空穴N型半導(dǎo)體、P型半導(dǎo)體

多數(shù)載流子、少數(shù)載流子

施主雜質(zhì)、受主雜質(zhì)end本文檔共44頁；當(dāng)前第10頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分3.2PN結(jié)的形成及特性

PN結(jié)的形成

PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

PN結(jié)的反向擊穿

PN結(jié)的電容效應(yīng)

載流子的漂移與擴(kuò)散本文檔共44頁；當(dāng)前第11頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分3.2.1載流子的漂移與擴(kuò)散漂移運(yùn)動：在電場作用引起的載流子的運(yùn)動稱為漂移運(yùn)動。擴(kuò)散運(yùn)動：由載流子濃度差引起的載流子的運(yùn)動稱為擴(kuò)散運(yùn)動。本文檔共44頁；當(dāng)前第12頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分3.2.2PN結(jié)的形成本文檔共44頁；當(dāng)前第13頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分3.2.2PN結(jié)的形成本文檔共44頁；當(dāng)前第14頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分

在一塊本征半導(dǎo)體兩側(cè)通過擴(kuò)散不同的雜質(zhì),分別形成N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。此時將在N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體的結(jié)合面上形成如下物理過程:

因濃度差

空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場

內(nèi)電場促使少子漂移

內(nèi)電場阻止多子擴(kuò)散

最后,多子的擴(kuò)散和少子的漂移達(dá)到動態(tài)平衡。多子的擴(kuò)散運(yùn)動由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)本文檔共44頁；當(dāng)前第15頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分

對于P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合面，離子薄層形成的空間電荷區(qū)稱為PN結(jié)。在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱耗盡層。本文檔共44頁；當(dāng)前第16頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分3.2.3PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

當(dāng)外加電壓使PN結(jié)中P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱為加正向電壓，簡稱正偏；反之稱為加反向電壓，簡稱反偏。

(1)PN結(jié)加正向電壓時

低電阻大的正向擴(kuò)散電流本文檔共44頁；當(dāng)前第17頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分3.2.3PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

當(dāng)外加電壓使PN結(jié)中P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱為加正向電壓，簡稱正偏；反之稱為加反向電壓，簡稱反偏。

(2)PN結(jié)加反向電壓時

高電阻很小的反向漂移電流

在一定的溫度條件下，由本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的，故少子形成的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的大小無關(guān)，這個電流也稱為反向飽和電流。本文檔共44頁；當(dāng)前第18頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分

PN結(jié)加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴(kuò)散電流；

PN結(jié)加反向電壓時，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流。

由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴１疚臋n共44頁；當(dāng)前第19頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分3.2.3PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

(3)PN結(jié)V-I特性表達(dá)式其中PN結(jié)的伏安特性IS——反向飽和電流VT

——溫度的電壓當(dāng)量且在常溫下（T=300K）本文檔共44頁；當(dāng)前第20頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分3.2.4PN結(jié)的反向擊穿

當(dāng)PN結(jié)的反向電壓增加到一定數(shù)值時，反向電流突然快速增加，此現(xiàn)象稱為PN結(jié)的反向擊穿。熱擊穿——不可逆

雪崩擊穿

齊納擊穿

電擊穿——可逆本文檔共44頁；當(dāng)前第21頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分3.2.5PN結(jié)的電容效應(yīng)(1)擴(kuò)散電容CD擴(kuò)散電容示意圖本文檔共44頁；當(dāng)前第22頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分3.2.5PN結(jié)的電容效應(yīng)

(2)勢壘電容CBend本文檔共44頁；當(dāng)前第23頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分3.3半導(dǎo)體二極管

半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)

二極管的伏安特性

二極管的主要參數(shù)本文檔共44頁；當(dāng)前第24頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分3.3.1半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)

在PN結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個二極管。二極管按結(jié)構(gòu)分有點(diǎn)接觸型、面接觸型兩大類。(1)點(diǎn)接觸型二極管(a)點(diǎn)接觸型

二極管的結(jié)構(gòu)示意圖PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。本文檔共44頁；當(dāng)前第25頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分（a）面接觸型（b）集成電路中的平面型（c）代表符號

(2)面接觸型二極管PN結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。(b)面接觸型本文檔共44頁；當(dāng)前第26頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分3.3.2二極管的伏安特性二極管的伏安特性曲線可用下式表示鍺二極管2AP15的V-I特性硅二極管2CP10的V-I特性本文檔共44頁；當(dāng)前第27頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分3.3.3二極管的主要參數(shù)(1)最大整流電流IF(2)反向擊穿電壓VBR和最大反向工作電壓VRM(3)反向電流IR(4)正向壓降VF(5)極間電容CJ（CB、CD）end本文檔共44頁；當(dāng)前第28頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分3.4

二極管基本電路及其分析方法

3.4.1簡單二極管電路的圖解分析方法

二極管電路的簡化模型分析方法本文檔共44頁；當(dāng)前第29頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分3.4.1簡單二極管電路的圖解分析方法

二極管是一種非線性器件，因而其電路一般要采用非線性電路的分析方法，相對來說比較復(fù)雜，而圖解分析法則較簡單，但前提條件是已知二極管的V-I特性曲線。本文檔共44頁；當(dāng)前第30頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分例3.4.1電路如圖所示，已知二極管的V-I特性曲線、電源VDD和電阻R，求二極管兩端電壓vD和流過二極管的電流iD。解：由電路的KVL方程，可得即是一條斜率為-1/R的直線，稱為負(fù)載線

Q的坐標(biāo)值（VD，ID）即為所求。Q點(diǎn)稱為電路的工作點(diǎn)本文檔共44頁；當(dāng)前第31頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分3.4.2二極管電路的簡化模型分析方法1.二極管V-I特性的建模

將指數(shù)模型分段線性化，得到二極管特性的等效模型。（1）理想模型（a）V-I特性（b）代表符號（c）正向偏置時的電路模型（d）反向偏置時的電路模型本文檔共44頁；當(dāng)前第32頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分3.4.2二極管電路的簡化模型分析方法1.二極管V-I特性的建模（2）恒壓降模型（a）V-I特性（b）電路模型（3）折線模型（a）V-I特性（b）電路模型本文檔共44頁；當(dāng)前第33頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分3.4.2二極管電路的簡化模型分析方法1.二極管V-I特性的建模（4）小信號模型vs=0時,Q點(diǎn)稱為靜態(tài)工作點(diǎn)，反映直流時的工作狀態(tài)。vs=Vmsint時（Vm<<VDD）,將Q點(diǎn)附近小范圍內(nèi)的V-I特性線性化，得到小信號模型，即以Q點(diǎn)為切點(diǎn)的一條直線。本文檔共44頁；當(dāng)前第34頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分3.4.2二極管電路的簡化模型分析方法1.二極管V-I特性的建模（4）小信號模型

過Q點(diǎn)的切線可以等效成一個微變電阻即根據(jù)得Q點(diǎn)處的微變電導(dǎo)則常溫下（T=300K）（a）V-I特性（b）電路模型本文檔共44頁；當(dāng)前第35頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分3.4.2二極管電路的簡化模型分析方法1.二極管V-I特性的建模（4）小信號模型

特別注意：小信號模型中的微變電阻rd與靜態(tài)工作點(diǎn)Q有關(guān)。該模型用于二極管處于正向偏置條件下，且vD>>VT

。（a）V-I特性（b）電路模型本文檔共44頁；當(dāng)前第36頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分3.4.2二極管電路的簡化模型分析方法2．模型分析法應(yīng)用舉例（1）整流電路（a）電路圖（b）vs和vo的波形本文檔共44頁；當(dāng)前第37頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分2．模型分析法應(yīng)用舉例（2）靜態(tài)工作情況分析理想模型（R=10k）

當(dāng)VDD=10V時，恒壓模型（硅二極管典型值）折線模型（硅二極管典型值）設(shè)當(dāng)VDD=1V時，（自看）（a）簡單二極管電路（b）習(xí)慣畫法本文檔共44頁；當(dāng)前第38頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分2．模型分析法應(yīng)用舉例（3）限幅電路

電路如圖，R=1kΩ，VREF=3V，二極管為硅二極管。分別用理想模型和恒壓降模型求解，當(dāng)vI=6sintV時，繪出相應(yīng)的輸出電壓vO的波形。本文檔共44頁；當(dāng)前第39頁；編輯于星期一\18點(diǎn)0分2．模型分析法應(yīng)用舉例（4）開關(guān)電路電路如圖所示，求AO的電壓值解：

先斷開D，以O(shè)為基準(zhǔn)電位，即O點(diǎn)為0V。

則接D陽極的電位為-6V，接陰極的電位為-12V。陽極電位高于陰極電位，D接入時正向?qū)ā?dǎo)通后，D的壓降等于零，即A點(diǎn)的電位就是D陽極的電位。所以，AO的電壓值為-6V。本文檔共44頁；當(dāng)前第