模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課件

《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》

電子教案

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課

程

說

明

一、基本要求（1）掌握模擬電子技術(shù)中基本電路的工作原理、分析方法及簡單估算方法；注重培養(yǎng)定性分析能力、綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新意識。（2）強調(diào)基礎(chǔ)，突出重點。掌握模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)知識、基本理論和重要知識點。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

（3）以分立元件、晶體管作為主要器件，集成運放以應(yīng)用為主。（4）了解模擬電子技術(shù)的前沿理論、應(yīng)用前景和發(fā)展動態(tài)，以及模擬電子技術(shù)教學的新成果，具有一定的創(chuàng)造能力和自學能力及獨立分析問題、解決問題的能力。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)二、發(fā)展趨勢及應(yīng)用

21世紀仍然是電子技術(shù)發(fā)展的世紀。微電子技術(shù)；光電子技術(shù)；分子、生物、傳感器電子技術(shù)；存儲、顯示電子技術(shù)是電子技術(shù)領(lǐng)域四項特別引人注目的技術(shù)。這些技術(shù)的迅速成熟使得電子技術(shù)呈現(xiàn)出的明顯的發(fā)展速度快；應(yīng)用領(lǐng)域廣；高新技術(shù)含量高；機電一體化；光電一體化；控制自動化；操作傻瓜化；逐步實現(xiàn)人工智能化的發(fā)展趨勢。各種技術(shù)的相互滲透，數(shù)字化、多媒體、微電子等信息技術(shù)促進了電子技術(shù)、計算機通信技術(shù)的逐步融合。

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

電子技術(shù)理論的高速發(fā)展、技術(shù)的進步、創(chuàng)新使電子產(chǎn)品更新?lián)Q代速度越來越快，達到了前所未有的速度。電子技術(shù)滲透到了全社會的各個產(chǎn)品中，并不斷產(chǎn)生著新產(chǎn)品門類。模擬技術(shù)被數(shù)字化技術(shù)逐步取代，已成為技術(shù)進步的總趨勢。應(yīng)用技術(shù)由元件——集成——單機應(yīng)用——系統(tǒng)集成，并向?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化、綜合化、智能化方向發(fā)展。發(fā)展速度之快、應(yīng)用領(lǐng)域之廣是人們難以預料的。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)三、課程特點、研究對象、體系結(jié)構(gòu)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)是研究各種半導體器件的性能、電路及其應(yīng)用的學科。采用定性分析、定量估算的模式。模擬信號的放大、運算、處理、轉(zhuǎn)換和產(chǎn)生。先器件后電路、先小信號后大信號、先基礎(chǔ)后應(yīng)用。四、學習方法注重基本概念、基礎(chǔ)知識、電路的工作原理、電路結(jié)構(gòu)、技術(shù)要點。工程估算即近似計算。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第一章

常用半導體器件

1.1半導體基礎(chǔ)知識

1·2半導體二極管

1·3雙極型晶體管

1.4場效應(yīng)管模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)本章討論的問題

為什么采用半導體材料制作電子器件？空穴是一種載流子嗎？空穴導電時電子運動嗎？什么是N型半導體？什么是P型半導體？當兩種半導體制作在一起時會產(chǎn)生什么現(xiàn)象？PN結(jié)上所加端電壓與電流符合歐姆定律嗎？它為什么具有單向?qū)щ娦?？在PN結(jié)加反向電壓時果真沒有電流嗎？晶體管是通過什么方式來控制集電極電流的？場效應(yīng)管是通過什么方式來控制漏極電流的？為什么它們都可以用于放大？模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1.1半導體基礎(chǔ)知識

半導體器件是構(gòu)成電子電路的基本元件，它們所用的材料是經(jīng)過特殊加工且性能可控的半導體材料。

1.1.1本征半導體純凈的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導體稱為本征半導體。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)一、半導體物質(zhì)的導電性能取決于原子結(jié)構(gòu)。導體一般為低價元素。高價元素或高分子物質(zhì)導電性極差成為絕緣體。近代電子器件中，用得最多的半導體材料是硅和鍺，它們都是四價元素，它們的最外層電子既不像導體那么容易掙脫原子核的束縛，也不像絕緣體那樣被原子核束縛得那么緊，而且都具有晶體的結(jié)構(gòu)。因而其導電性介于導體和絕緣體之間。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

在形成的晶體結(jié)構(gòu)的半導體中，摻入特定的雜質(zhì)時，導電性能具有可控性；并且在光照和熱輻射條件下，導電性還有明顯的變化。這些特殊的性質(zhì)決定了半導體可以制成各種電子器件。

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)二、本征半導體中的晶體結(jié)構(gòu)單晶體即為本征半導體。晶格：晶體中的原子在空間形成排列整齊的點陣。硅或鍺原子組成晶體后，原子之間靠得很近，每個原子的價電子不僅受自身原子核的束縛，還受相鄰原子的影響，致使價電子軌道交疊。每個價電子有時繞自身原子核運動，有時也出現(xiàn)在相鄰原子所屬的軌道上，為兩個原子所共有，形成共價鍵結(jié)構(gòu)。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（a）硅和鍺原子的簡化結(jié)構(gòu)模型

(b)晶體的共價鍵結(jié)構(gòu)及電子空穴對的產(chǎn)生硅、鍺原子結(jié)構(gòu)模型及共價鍵結(jié)構(gòu)示意圖模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)三、本征半導體中的兩種載流子物質(zhì)內(nèi)部運載電荷的粒子稱為載流子。物質(zhì)的導電能力決定于載流子的數(shù)目和運動速度。晶體中的共價鍵具有很強的結(jié)合力，在熱力學零度，價電子沒有能力脫離共價鍵的束縛，這時晶體中沒有自由電子，半導體不能導電。在室溫下，少數(shù)價電子因熱激發(fā)而獲得足夠的能量，因而脫離共價鍵的束縛變?yōu)樽杂呻娮?，同時在原來共價鍵處留下一個空位。這個空位叫空穴。

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

當共價鍵中出現(xiàn)空穴時，相鄰原子的價電子比較容易離開它所在的共價鍵，填充到這個空穴中來，而在原共價鍵處留下新的空穴，這個空穴又可被相鄰原子的價電子填充，再出現(xiàn)空穴。這樣依次填充下去，便形成了空穴電流。所以在本征半導體中，自由電子與空穴是成對出現(xiàn)的。由于自由電子和空穴所帶電荷極性不同，所以它們的運動方向相反，本征半導體中的電流是兩個電流之和。在本征半導體中有兩種載流子，即電子和空穴。電子和空穴均參與導電，這是半導體導電的特殊性質(zhì)。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)四、本征半導體中載流子的濃度在本征半導體內(nèi)，受激產(chǎn)生一個自由電子必然相伴產(chǎn)生一個空穴，電子和空穴是成對產(chǎn)生的，這種現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。在本征半導體中，價電子受激產(chǎn)生電子—空穴對，而自由電子在運動中，以會遇到空穴，并與空穴相結(jié)合而消失，這一過程稱為復合。在一定的溫度下，電子、空穴對的產(chǎn)生和復合都在不停地進行，最終處于一種動態(tài)平衡狀態(tài)，使半導體中的載流子濃度一定。且空穴電子數(shù)相等。

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)理論分析表明，本征半導體載流子的濃度為

ni=pi=k1T3/2

e-E/2KTni和pi分別表示自由電子與空穴的濃度（cm－3），T為熱力學溫度，K為玻耳茲曼常數(shù)（8.63×10－5eV/K），E為熱力學零度時破壞共價鍵所需的能量，又稱禁帶寬度（硅為1.21eV，鍺為0.785eV），K1是與半導體材料載流子有效質(zhì)量、有效能級密度有關(guān)的常量（硅3.87×10－6cm－3K－3/2，鍺為1.76×10—16cm－3K－3/2）。半導體的導電性能對溫度很敏感。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1.1.2雜質(zhì)半導體

在本征半導體中摻入微量的合適雜質(zhì)元素，就會使半導體的導電性能發(fā)生顯著變化。這些微量元素的原子稱為雜質(zhì)。摻雜后的半導體稱為雜質(zhì)半導體，分N型和P型兩種。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)一、N型半導體在硅或鍺的晶體中摻入五價元素后，雜質(zhì)原子就替代了晶格中某些硅原子的位置，多余的一個價電子處在共價鍵之外，由于磷原子給出了一個多余的電子，故稱磷原子為施主雜質(zhì)，也稱N（Negative）型雜質(zhì)。磷原子給出一個多余的電子后，本身成為正離子，但在產(chǎn)生自由電子的同時，并不產(chǎn)生空穴，這點與本征半導體不同。正離子束縛在晶體中不能移動，所以它不能參與導電。在摻磷后的硅晶體中同樣也有本征激發(fā)產(chǎn)生的電子－空穴對，但數(shù)量很少，因此，自由電子數(shù)遠大于空穴數(shù)，故稱這種雜質(zhì)半導體為N型半導體。N型半導體中，電子為多數(shù)載流子（簡稱多子），空穴為少數(shù)載流子（簡稱少子）。

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)N型半導體的結(jié)構(gòu)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)二、P型半導體硼原子能接受一個電子，故稱為受主雜質(zhì)或P型雜質(zhì)。硼原子接受一個電子后，成為帶負電的不能移動的負離子，同時產(chǎn)生一個空穴。但產(chǎn)生空穴的同時并不產(chǎn)生自由電子，只是由于本征激發(fā)產(chǎn)生為數(shù)甚少的電子－空穴對，因此空穴的數(shù)量遠大于自由電子的數(shù)量，故稱這種雜質(zhì)半導體為P（Positive）型半導體。在P型半導體中，空穴為多子，自由電子為少子。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)P型半導體的結(jié)構(gòu)

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1.1.3PN結(jié)

在一塊本征半導體上，一邊摻入施主雜質(zhì)，使之變?yōu)镹型半導體，另一邊摻入受主雜質(zhì)，使之變?yōu)镻型半導體，那么在P型半導體和N型半導體的交界面附近，就會形成一個具有獨特物理特性的PN結(jié)。PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)一、PN結(jié)的形成物質(zhì)總是從濃度高的地方向濃度低的地方運動，這種由于濃度差而產(chǎn)生的運動稱為擴散運動。P型半導體和N型半導體結(jié)合在一起時，交界面兩側(cè)多子和少子的濃度有很大的差別，就要進行擴散，進而形成空間電荷區(qū)，隨著擴散的進行，空間電荷區(qū)加寬，內(nèi)電場加強。而內(nèi)電場的作用是阻止多子擴散的，所以由濃度差產(chǎn)生的多子擴散的結(jié)果產(chǎn)生的內(nèi)電場對擴散的阻礙作用最終將達到平衡，使空間電荷區(qū)的寬度不再變化。

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

PN結(jié)的形成模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

在電場力作用下，載流子的運動稱為漂移運動。另一方面，在P區(qū)和N區(qū)交界面附近空間電荷區(qū)形成的內(nèi)電場又使少子產(chǎn)生漂移運動，使空間電荷區(qū)變窄，又將引起多子擴散以加強內(nèi)電場。在平衡狀態(tài)下，總的擴散電流等于漂移電流，且二者方向相反，PN結(jié)中的電流為零。

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)二、PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

1、PN結(jié)加正向電壓時處于導通狀態(tài)電源的正極接P區(qū)，負極接N區(qū)，叫做加“正向電壓”或“正向偏置”。產(chǎn)生較大的正向電流。

2、PN結(jié)加反向電壓時處于截止狀態(tài)電源的正極接N區(qū)，負極接P區(qū)，稱為加反向電壓。PN結(jié)加正向電壓時，耗盡層變窄，呈現(xiàn)較小的正向電阻，正向電流較大；加反向電壓時，耗盡層增厚，呈現(xiàn)較大的反向電阻，反向電流很小。PN結(jié)的這種正向?qū)щ娦阅芎?，而反向?qū)щ娦阅懿畹奶匦?，稱為PN結(jié)的單向?qū)щ娦?。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)PN結(jié)加正向電壓時處于導通狀態(tài)PN結(jié)加反向電壓時處于截止狀態(tài)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)三、PN結(jié)的電流方程由理論分析可知，PN結(jié)所加端電壓u與流過它的電流i的關(guān)系為i=IS（equ/kT-1）IS

為反向飽和電流，q為電子電量，T為熱力學溫度，K為玻耳茲曼常數(shù)。將KT/q用UT代替，則得i=IS（eu/UT-1）常溫下，即T=300K時，UT≈26mV。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)四、PN結(jié)的伏安特性當PN結(jié)外加正向電壓，且u遠大于UT時，I≈ISeu/UT

；當加于PN結(jié)的反向電壓增大到一定數(shù)值時，反向電流突然急劇增大，這種反向電流劇增的現(xiàn)象稱為PN結(jié)的反向擊穿，對應(yīng)于電流開始劇增的電壓，稱為擊穿電壓。PN結(jié)擊穿分“雪崩擊穿”和“齊納擊穿”兩類。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)雪崩擊穿的過程是這樣的，當反向電壓較高時，結(jié)內(nèi)電場很強，而結(jié)層又有一定的寬度，在結(jié)內(nèi)作漂移運動的少數(shù)載流子受強電場的加速作用可獲得很大的能量。它與結(jié)內(nèi)原子碰撞時，使原子的價電子擺脫束縛狀態(tài)而形成電子－空穴對。新產(chǎn)生的電子和空穴在強電場作用下，再去碰撞其它原子，產(chǎn)生更多的電子－空穴對。如此連鎖反應(yīng)，使耗盡層中載流子的數(shù)量急劇增加，反向電流迅速增大，PN結(jié)發(fā)生了雪崩擊穿。雪崩擊穿的本質(zhì)是碰撞電離。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)齊納擊穿發(fā)生在高濃度摻雜的PN結(jié)中。因為雜質(zhì)濃度很高，使耗盡層的寬度比一般情況窄得多，即使外加反向電壓不高（5V以下），耗盡層中的電場強度就已達到非常高的數(shù)值，以致把結(jié)內(nèi)束縛電子直接從共價鍵中拉出來，產(chǎn)生大量載流子，發(fā)生齊納擊穿。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)五、PN結(jié)的電容效應(yīng)

PN結(jié)內(nèi)有電荷的存儲，當外加電壓變化時，存儲的電荷量隨之變化，表明PN結(jié)具有電容的性質(zhì)。這一電容由勢壘電容和擴散電容兩部分組成。

1、勢壘電容

PN結(jié)外加電壓變化時，空間電荷區(qū)的寬度隨之變化，即耗盡層的電荷量隨外加電壓而增多或減少，這種現(xiàn)象與電容器的充、放電過程相同，耗盡層寬窄變化所等效的這個電容稱為勢壘電容Cb。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2、擴散電容當PN結(jié)加正向偏壓時，P區(qū)和N區(qū)的多子就會在擴散過程中越過PN結(jié)成為另一方的少子，稱為非平衡少子。當正向偏壓變化時，相應(yīng)地有載流子的“充入”和“放出”，等效于電容的充、放電效應(yīng)。因為這一等效電容是由于載流子在擴散中產(chǎn)生的電荷積累引起的，所以稱為擴散電容Cd。由此可見，PN結(jié)的結(jié)電容Cj是Cb與Cd之和，即Cj=Cb+Cd模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1·2半導體二極管

1.2.1半導體二極管的幾種常見結(jié)構(gòu)

半導體二極管按其不同結(jié)構(gòu)，可分為點接觸型、面結(jié)合型和平面型幾類。點接觸型二極管由一根金屬絲經(jīng)過特殊工藝與半導體表面相接，形成PＮ結(jié)。因而結(jié)面積小，所以不能通過較大的電流，但結(jié)電容較小，一般在1pF以下，工作頻率可達100MHz以上，但不能承受較高的反向電壓和通過較大的電流。這類管子適用高頻電路、小功率整流和脈沖數(shù)字電路中的開關(guān)。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)面結(jié)合型二極管將三價元素鋁球置于N型硅片上，加熱使鋁球與硅片互相熔合滲透，形成合金，從而使接觸的那部分硅片轉(zhuǎn)變成P型，形成PN結(jié)。面結(jié)合型二極管PN結(jié)面積大，允許通過較大的電流，但結(jié)電容也大，因此這類管子適用于整流等低頻電路。平面型二極管是采用擴散法制制成的。它是在N型硅片上生成一層氧化膜，再用照相、腐蝕等一套光刻技術(shù)開出一個窗口，通過窗口進行濃度擴散，形成P型區(qū)，從而形成PN結(jié)。結(jié)面積較大的平面型二極管可用于大功率整流等低頻電路。結(jié)面積小的平面型二極管，極間電容小，適用于高頻電路和脈沖數(shù)字電路。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（a）

結(jié)構(gòu)

（b）電路符號

（c）實物外形

二極管結(jié)構(gòu)、符號及外形模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1.2.2二極管的伏安特性一、二極管和PN結(jié)伏安特性的區(qū)別與PN結(jié)一樣，二極管具有單向?qū)щ娦浴５捎诙O管存在半導體體電阻和引線電阻，所以當外加正向電壓時，在電流相同的情況下，二極管的端電壓大于PN結(jié)上壓降；或者說，在外加正向電壓相同的情況下，二極管的正向電流要小于PN結(jié)的電流；在大電流情況下，這種影響更為明顯。另外，由于二極管表面漏電流的存在，使外加反向電壓時的反向電流增大。在近似分析時，仍然用PN結(jié)的電流方程來描述二極管的伏安特性。開啟電壓Uon：使二極管開始導通的臨界電壓。

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)二、溫度對二極管的伏安特性的影響在環(huán)境溫度升高時，二極管的正向特性曲線將左移，反向特性曲線下移。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1.2.3二極管的主要參數(shù)

1.最大整流電流IＦ是二極管長期工作允許通過的最大正向平均電流。其大小決定于PN結(jié)的面積、材料和散熱條件。因電流通過管子時，PN結(jié)要消耗一定的功率而發(fā)熱，電流太大將使PN結(jié)過熱而燒壞，因此使用時不要超過IＦ值。2.最大反向工作電壓UR

當反向電壓增加到擊穿電壓UR時，反向電流劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐?。為了保證管子安全工作，UR值通常取擊穿電壓的一半。3.反向電流IR

是管子未擊穿時反向電流的數(shù)值。IR愈小管子的單向?qū)щ娦阅苡谩?.最高工作頻率fＭ是二極管具有單向性的最高工作頻率。其值主要由管子的勢壘電容和擴散電容的大小決定。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1.2.4二極管的等效電路

二極管的伏安特性具有非線性，這給二極管應(yīng)用電路的分析帶來一定的困難。為了便于分析，常在一定的條件下，用線性元件所構(gòu)成的電路來近似模擬二極管的特性，并用之取代電路中的二極管。能夠模擬二極管特性的電路稱為二極管的等效電路，也稱為二極管的等效模型。一種等效電路是建立在器件物理原理基礎(chǔ)上的，其電路參數(shù)與物理機理密切相關(guān)，參數(shù)適用范圍大，因此模型較為復雜，參數(shù)的測量與計算也比較復雜，適用于計算機輔助分析；另一種等效電路是根據(jù)器件外特性而構(gòu)造的，因而模型較為簡單，適用于似分析。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)一、由伏安特性折線化得到的等效電路理想二極管：導通時正向壓降為零，截止時反向電流為零。理想二極管＋電壓源Uon，截止時反向電流為零。理想二極管＋電壓源Uon＋電阻rD，截止時反向電流為零。二極管的端電壓小于導通電壓時電流為零；超過導通電壓后，特性曲線用一條斜線來近似，斜線的斜率為工作范圍內(nèi)電流、電壓的比值，其導數(shù)為等效的電阻。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)二、二極管的微變等效電路當二極管外加直流正向偏置電壓時，將有一直流電流，曲線上反映該電壓和電流的點為Q點，若在Ｑ點基礎(chǔ)上加微小的變化量，則可以用以Ｑ點為切點的直線來近似微小變化時的曲線。即將二極管等效成一個動態(tài)電阻rd，且rd=△uD/△iD稱為二極管的微變等效電路。由于二極管正向特性為指數(shù)曲線，所以Q愈高，rd的數(shù)值愈小，利用二極管的電流方程可以求出rd。如果只考慮二極管兩端電壓在某一固定值附近作微小變化時所引起的電流變化，可以用曲線在該固定處的切線來近似表示這一小段曲線。交流電壓源和直流電壓源同時作用的二極管電路。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1.2.5穩(wěn)壓二極管一、穩(wěn)壓二極管的伏安特性穩(wěn)壓二極管是一種硅材料制成的面接觸型晶體二極管，簡稱穩(wěn)壓管。它具有陡峭的反向擊穿特性，工作在反向擊穿狀態(tài)。穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用在于：電流變化量I很大，只引起很小的電壓變化V。擊穿特性越陡，穩(wěn)壓管的動態(tài)電阻越小，穩(wěn)壓性能就越好。必須控制反向電流不超過一定值，否則管子就會損壞。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(a)伏安特性

（b）符號模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)二、穩(wěn)壓管的主要參數(shù)1穩(wěn)定電壓UZ是在規(guī)定電流下穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓。這一參數(shù)隨工作電流和溫度的不同略有改變，并且分散性大。2穩(wěn)定電流IZ即穩(wěn)壓管的端電壓等于UZ時的參考電流值，電流低于此值時穩(wěn)壓效果變壞，甚至根本不穩(wěn)壓，故也常將IZ記作IZmin。只要不超過穩(wěn)壓管的額定功率，電流愈大，穩(wěn)壓效果愈好。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)3動態(tài)電阻rZ是穩(wěn)壓管兩端電壓和通過電流變化量的比。其值越小，電流變化時端電壓的變化越小，即穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓特性越好。4溫度系數(shù)α是說明穩(wěn)定電壓值受溫度影響的參數(shù)，其數(shù)值為溫度每升高一度時穩(wěn)定電壓值的相對變化量。5額定功耗PZ它是由管子允許溫升所決定的，為UZ和IZM的乘積。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1.2.6其它類型二極管一、發(fā)光二極管包括可見光、不可見光、激光等不同類型。發(fā)光顏色決定于所用材料。開啟電壓比普通的大。因驅(qū)動電壓低、功耗小、壽命長、可靠性高等優(yōu)點廣泛用于顯示電路中。也具有單向?qū)щ娦?。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)二、光電二極管遠紅外線接收管，是一種光能與電能進行轉(zhuǎn)換的器件，利用PN結(jié)的光敏特性，將接收到的光的變化轉(zhuǎn)換成電流的變化。伏安特性：1、無光照時，與普通二極管一樣，一象限。2、有光照時，特性曲線下移。三象限、四象限模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

在反向電壓的一定范圍內(nèi)，即在第三象限，特性曲線是一組橫軸的平行線。光電流受入射照度的控制。照度一定時，光電二極管可等效成恒流源。照度愈大，光電流愈大，在光電流大于幾十微安時，與照度成線性關(guān)系。這種特性可廣泛用于遙控、報警及光電傳感器中。特性曲線在第四象限時呈光電池特性。由于光電二極管的光電流較小，所以當將其用于測量及控制等電路中時，需首先進行放大處理。除上述特殊二極管外，還有利用PN結(jié)勢壘電容制成的變?nèi)荻O管，利用高摻雜材料形成PN結(jié)的隧道二極管，利用金屬與半導體之間的接觸勢壘而制成的肖特基二極管。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1·3雙極型晶體管1.3.1晶體管的結(jié)構(gòu)及類型

在雙極型晶體管中，帶正電的空穴和帶負電的電子均參與導電，由此得名。根據(jù)不同的摻雜方式在同一個硅片上制造出三個摻雜區(qū)域，并形成兩個PN結(jié)就構(gòu)成雙極型晶體管。有兩種基本類型即NPN型和PNP型。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)NPN型晶體管由三層半導體組成，中間是一層很薄的P型半導體，兩邊各為一塊N型半導體，三個區(qū)域分別為發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)，從這三個區(qū)域引出相應(yīng)的電極，稱為發(fā)射極e、基極b和集電極c，在三個區(qū)域的交界面上形成兩PN結(jié)，處于發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間的叫做發(fā)射結(jié)，處于基區(qū)和集電區(qū)之間的稱為集電結(jié)。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

晶體管的結(jié)構(gòu)特點是：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。晶體管的外特性與三個區(qū)域的上述特點緊密相關(guān)。用晶體管組成放大電路，其中一個極作為輸入端，一個極作為輸出端，還有一個極作為輸入和輸出的公共端。根據(jù)用作公共端電極的不同，晶體管有三種不同的連接方式，即共基極接法、共發(fā)射極接法和共集電極接法。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1.3.2晶體管的電流放大作用

我們知道，把兩個二極管背靠背的連在一起，是沒有放大作用的，要想使它具有放大作用，必須做到一下幾點：一、三極管放大時必須的內(nèi)部條件1、發(fā)射區(qū)中摻雜濃度最高；2、基區(qū)必須很薄且摻雜濃度最低；

3、基電結(jié)的面積應(yīng)很大摻雜濃度較高。

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)二、三極管放大時必須的外部條件發(fā)射結(jié)應(yīng)正向偏置，集電結(jié)應(yīng)反向偏置。三、三極管的電流放大作用

1、載流子的傳輸過程因為發(fā)射結(jié)正向偏置，且發(fā)射區(qū)進行重摻雜，所以發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子擴散注入至基區(qū)，又由于集電結(jié)的反向作用，故注入至基區(qū)的載流子在基區(qū)形成濃度差，因此這些載流子從基區(qū)擴散至集電結(jié)，被電場拉至集電區(qū)形成集電極電流。而留在基區(qū)的很少，因為基區(qū)做的很薄。我們再用圖形來說明一下，如圖所示：模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2、電流的分配關(guān)系由于載流子的運動，從而產(chǎn)生相應(yīng)電流，它們的關(guān)系如下：

其中：ICEO為發(fā)射結(jié)少數(shù)載流子形成的反向飽和電流；ICBO為IB=0時，集電極和發(fā)射極之間的穿透電流。α為共基極電流的放大系數(shù)，β共發(fā)射極電流的放大系數(shù)。

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)它們可定義為：α=IC/IE，β=△IC/△IB≈IC/IB，放大系數(shù)有兩種（直流和交流），但我們一般認為，它們二者是相等的，不區(qū)分它們。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1.3.3三極管的特性曲線

它的特性曲線與它的接法有關(guān)，在學習之前，我們先來學習一下它的三種不同接法。共基極共發(fā)射極共集電極

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)一、輸入特性

K為常數(shù)它與PN結(jié)的正向特性相似，三極管的兩個PN結(jié)相互影響，因此，輸出電壓UCE對輸入特性有影響，且UCE>1,時這兩個PN結(jié)的輸入特性基本重合。我們用UCE=0和UCE>=1,兩條曲線表示。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)二、輸出特性

K為常數(shù)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)它的輸出特性可分為三個區(qū)：

(1)截止區(qū)：IB<=0時，此時的集電極電流近似為零，管子的集電極電壓等于電源電壓，兩個結(jié)均反偏；

(2)飽和區(qū)：此時兩個結(jié)均處于正向偏置，UCE=0.3V；

(3)放大區(qū):此時IC=?IB，IC基本不隨UCE變化而變化，此時發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1.3.4三級管主要參數(shù)

一、直流參數(shù)1共射直流電流放大系數(shù)=（IC–ICEO

）/IB2共基直流電流放大系數(shù)=IC/IE3極間反向電流ICBO

即發(fā)射極開路時，集電結(jié)的反向飽和電流。ICEO

即基極開路時，集電極－發(fā)射極間的穿透電流。它是由集電區(qū)貫穿基區(qū)至發(fā)射區(qū)的電流，故稱穿透電流。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)二、交流參數(shù)1共射交流電流放大系數(shù)β2共基交流電流放大系數(shù)α3特征頻率fT使β下降到1的信號頻率稱為特征頻率。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)三、極限參數(shù)是指為使晶體管安全工作對它的電壓、電流和功率損耗的限制。1最大集電極耗散功率PCM決定于晶體管的溫升。2最大集電極電流ICM

使β明顯減小的iC3極間反向擊穿電壓晶體管的某一電極開路時，另外兩個電極間所允許加的最高反向電壓。如反向電壓超過規(guī)定值就會發(fā)生擊穿，擊穿原理與二極管相同。管子擊穿后將造成永久性的損壞或性能下降。

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

經(jīng)常接觸到的有下列三種擊穿電壓：

UCBO發(fā)射極開路時集電極－基極間的反向擊穿電壓，這是集電結(jié)所允許加的最高反向電壓。

UCEO基極開路時集電極－基極間的反向擊穿電壓，此時集電結(jié)承受反向電壓。

UEBO集電極開路時發(fā)射極－基極間的反向擊穿電壓，這是發(fā)射結(jié)所允許加的最高反向電壓。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1.3.5溫度對晶體管特性及參數(shù)的影響

一、

溫度對ICBO影響溫度升高ICBO增大。二、

溫度對輸入特性的影響當溫度升高時，正向特性曲線將左移。三、溫度對輸出特性的影響輸出特性曲線上移，電流放大倍數(shù)增大。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1.3.6光電三極管

光電三極管依據(jù)光照的強度來控制集電極電流的大小，其功能可等效為一只光電二極管與一只晶體管相連，并僅引出集電極與發(fā)射極。光電三極管與普通三極管的輸出特性曲線類似，只是將參變量基極電流用入射光照度取代。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)光電三極管

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1.4場效應(yīng)管

是利用輸入回路的電場效應(yīng)來控制輸出回路電流的一種半導體器件，并以此命名。由于它僅靠半導體中的多數(shù)載流子導電，又稱單極型晶體管。它不但具有雙極型晶體管體積小、重量輕、壽命長等優(yōu)點，而且輸入回路的內(nèi)阻高達107～1012Ω，噪聲低，熱穩(wěn)定性好，抗輻射能力強，且比后者耗電省。結(jié)型：N、P溝道絕緣柵型：N溝道增強型、耗盡型MOS管、P溝道MOS管、VMOS管。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1.4.1結(jié)型場效應(yīng)管一、結(jié)構(gòu)、種類、符號（a）

N型溝道

（b）P型溝道模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（c）

N溝道

（d）P溝道

結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖和符號模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)三、

結(jié)型場效應(yīng)管的工作原理

1.uDS不變，改變uGS時結(jié)型場效應(yīng)導電溝道的變化

（a）UGS=0時

（b）UGS≤VP時溝道被夾斷模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.uGS不變，改變uDS時結(jié)型場效應(yīng)導電溝道的變化（a）uGS=0,uDS=0時的情況

（b）uGS=0,uDS<|VP|時的情況

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

（c）uGS=0,uDS=|VP|時的情況

（d）uGS=0,uDS>|VP|時的情況

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)三、結(jié)型場效應(yīng)管的特性曲線

1.轉(zhuǎn)移特性

N溝道結(jié)型場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性曲線

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.輸出特性

N溝道結(jié)型場效應(yīng)管輸出特性曲線

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)①可變電阻區(qū)：當漏源電壓uDS很小時，場效應(yīng)管工作于該區(qū)。此時，導電溝道暢通，場效應(yīng)管的漏源之間相當于一個電阻一。在柵、源電壓uGS一定時，溝道電阻也一定，iD隨uGS增大而線性增大。但當柵源電壓變化時，特性曲線的斜率也隨之發(fā)生變化。可以看出，柵源電壓uDS無關(guān)，我們稱這個區(qū)域為恒流區(qū)，也稱為放大區(qū)。在恒流區(qū)，iD主要由柵源電壓uGS決定。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)②恒流區(qū)：隨著uDS增大到一定程度，iD的增加變慢，以后iD基本恒定，而與漏源電壓uDS無關(guān)，我們稱這個區(qū)域為恒流區(qū)，也稱為放大區(qū)。在恒流區(qū)，iD主要由柵源電壓uGS決定。③擊穿區(qū)：如果繼續(xù)增大uDS到一定值后，漏、源極之間會發(fā)生擊穿，漏極電流iD急劇上升，若不加以限制，管子就會損壞。④夾斷區(qū)：當uGS負值增加到夾斷電壓uGS（off）后，iD≈0，場效應(yīng)管截止。

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1.4.2絕緣柵型場效應(yīng)管

一、增強型絕緣柵場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)及工作原理1.結(jié)構(gòu)、種類及符號（a）N溝道結(jié)構(gòu)圖

（b）N溝道符號圖（c）P溝道符號增強型MOS管結(jié)構(gòu)及符號圖模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)N溝道增強型MOS管工作原理

2.工