電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）課件（李居尚）第1、2章 半導(dǎo)體器件、基本放大電路

電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）高等學(xué)校應(yīng)用型本科系列教材第1章

半導(dǎo)體器件電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）1.1半導(dǎo)體材料1.2PN結(jié)的形成及特性1.3PN結(jié)的反向擊穿1.4半導(dǎo)體二極管1.5半導(dǎo)體二極管的分析方法及應(yīng)用1.6特殊二極管1.7雙極型三極管（BJT）1.8單極型三極管場效應(yīng)管（FET）1.1半導(dǎo)體材料

根據(jù)導(dǎo)電性能的不同，自然界中的許多不同物質(zhì)大體可以分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體三大類。電阻率小于10-4Ω·cm的物質(zhì)稱為導(dǎo)體，例金屬材料。電阻率大于1010Ω·cm的物質(zhì)稱為絕緣體，例如塑料、橡膠、陶瓷等材料。導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的，電阻率在10-3～109Ω·cm范圍的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。在電子器件中，常用的半導(dǎo)體材料有：元素半導(dǎo)體，如硅（Si）、鍺（Ge）等：化合物半導(dǎo)體，如砷化鎵（GaAs）等。1.1.1本征半導(dǎo)體

本征半導(dǎo)體是純凈的不含雜質(zhì)的，結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。本征激發(fā)本征半導(dǎo)體中存在著兩種運(yùn)載電荷的粒子，即載流子。帶負(fù)電荷的自由電子和帶正電荷的空穴。1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體1.N（電子）型半導(dǎo)體

在硅（或鍺）的晶體內(nèi)摻入少量五價(jià)元素雜質(zhì)，如磷、砷、銻等。因其原子最外層有5個(gè)價(jià)電子，故在構(gòu)成的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)中，存在多余的價(jià)電子而產(chǎn)生大量自由電子。如圖1-4所示。

N型半導(dǎo)體自由電子稱為多數(shù)載流子（簡稱多子），而空穴為少數(shù)載流子（簡稱少子）。2.P（空穴）型半導(dǎo)體在硅（或鍺）中摻入硼、鋁等3價(jià)元素，其原子最外層只有3個(gè)價(jià)電子，在與周圍硅（或鍺）原子組成共價(jià)鍵時(shí)，因缺少一個(gè)價(jià)電子而形成一個(gè)空位。在室溫下，硅（或鍺）共價(jià)鍵上的價(jià)電子填補(bǔ)硼原子的空位，形成空穴運(yùn)動(dòng)，如圖1-5。P型半導(dǎo)體空穴為多數(shù)載流子（多子），而自由電子是少數(shù)載流子（少子）。1.2PN結(jié)的形成及特性載流子在內(nèi)電場的作用下的定向運(yùn)動(dòng)稱為漂移。載流子從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域的運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散。1.2.1PN結(jié)的形成1.2.2PN結(jié)的單向?qū)щ娦?.外加正向電壓

2.外加反向電壓1.3PN結(jié)的反向擊穿PN結(jié)處于反向偏置時(shí)，在一定的電壓范圍內(nèi)，流過PN結(jié)的電流很小，但反向電壓增大到一定數(shù)值時(shí)，反向電流急劇增加，這個(gè)現(xiàn)象稱為PN結(jié)反向擊穿。常見的反向擊穿有齊納擊穿和雪崩擊穿。齊納擊穿是一種場效應(yīng)擊穿，多用于特殊二極管中，如齊納二極管（穩(wěn)壓管）。雪崩擊穿是一種碰撞擊穿，一般整流二極管摻雜濃度低，擊穿多是雪崩擊穿。1.4半導(dǎo)體二極管1.4.1二極管的結(jié)構(gòu)與類型1.4.2二極管的伏安特性1.4.2二極管的伏安特性（1-1）二極管的伏安特性曲線與電路符號(hào)以及曲線對(duì)應(yīng)的函數(shù)1.4.3二極管的主要參數(shù)1.最大整流電流IF2.最高反向工作電壓URM

3.反向擊穿電壓UBR4.反向電流IR

5.最高工作頻率fM

國產(chǎn)半導(dǎo)體二極管參數(shù)

1.半導(dǎo)體二極管在電路應(yīng)用中要注意極性連接。2.避免靠近發(fā)熱元件，保證散熱良好。工作在高頻或脈沖電路的二極管引線要盡量短，不能用長引線或把引線彎成圈來達(dá)到散熱目的。3.注意二極管的參數(shù)，不允許超過最大值。4.不允許不同材料的二極管互相替換。硅管和鍺管不能互相代替。1.4.4二極管使用注意事項(xiàng)1.5半導(dǎo)體二極管的分析方法及應(yīng)用1.5.1二極管的分析方法二極管是一種非線性器件，因此其電路的分析一般要采取非線性電路的分析方法，一般比較復(fù)雜。多采用圖解法。但前提是已知二極管的V-I特性曲線。例1.5.1二極管電路如圖1-12a所示，設(shè)二極管的V-I特性如圖b所示。已知電源和電阻，求二極管的電壓和二極管電流。由公式1-2可在圖b的坐標(biāo)系中畫出斜率為-的直線，稱為負(fù)載線。與二極管V-I特性曲線的交點(diǎn)Q的坐標(biāo)值（，）就是所求，其中Q稱為電路的工作點(diǎn)。解：由電路的KVL方程可得，=（1-2）1.5.2二極管的簡化模型1．理想模型2．恒壓降模型1.5.3半導(dǎo)體二極管的應(yīng)用例1.5.2二極管的電路如圖1-15所示，判斷二極管是導(dǎo)通還是截止？1.判斷二極管的工作狀態(tài)2.整流電路例1.5.3二極管的電路如圖1-16所示，已知為正弦波，利用二極管的理想模型，定性的畫出的波形。例1.5.4如圖1-17所示二極管電路，利用二極管的理想模型，定性的畫出的波形。3.限幅電路在電子電路中，為了降低信號(hào)的幅度，滿足電路工作的需要，或者為了保護(hù)某些器件不受大的信號(hào)電壓作用而損壞，可以利用二極管限制信號(hào)的幅度。4鉗位電路5.峰值采樣電路1.6特殊二極管1.6.1穩(wěn)壓二極管除了前面介紹了普通二極管，還有一些特殊二極管，如穩(wěn)壓二極管，光電子器件（包括發(fā)光二極管、光電二極管、激光二極管等）1.6.2變?nèi)荻O管1.6.3雙向二極管1.6.4肖特基二極管1.6.5光電子器件1.發(fā)光二極管2.光電二極管光電子器件對(duì)于現(xiàn)代化的光電子系統(tǒng)應(yīng)用是越來越廣泛，光電子系統(tǒng)具有抗干擾能力強(qiáng)，傳輸損耗小，性能穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。發(fā)光二極管和光電二極管就屬于光電子器件。下面分別對(duì)兩種器件簡單介紹。1.7雙極型三極管（BJT）雙極型三極管（BJT）也叫晶體三極管，簡稱三極管，由于導(dǎo)電載流子含有自由電子和空穴因此得名。它是通過一定工藝，將兩個(gè)PN結(jié)結(jié)合在一起的器件。

按使用的半導(dǎo)體材料分，有硅管和鍺管；

按照功率分，有大、中、小功率管；

按工作頻率分，有低頻功率管和高頻功率管；

按結(jié)構(gòu)分，有NPN管和PNP管。1.7.1BJT的結(jié)構(gòu)及符號(hào)1.7.2三極管的電流分配與放大作用三極管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是三極管具有電流放大的內(nèi)部條件（即制造時(shí)使基區(qū)很薄且雜質(zhì)濃度遠(yuǎn)低于發(fā)射區(qū)等）。三極管放大時(shí)必須的外部條件：半導(dǎo)體三極管在工作時(shí)一定要加上適當(dāng)?shù)闹绷髌秒妷海窗l(fā)射結(jié)正向偏置、集電結(jié)反向偏置）。1.7.3半導(dǎo)體三極管的特性曲線1.7.4三極管的主要參數(shù)1、電流放大系數(shù)2、極限參數(shù)（1）集電極最大允許電流（2）集電極最大允許耗散功耗（3）集電極-發(fā)射極反向擊穿電壓3、極間反向電流1.7.5溫度對(duì)三極管參數(shù)及特性的影響2.溫度對(duì)BJT特性曲線的影響1.溫度對(duì)BJT參數(shù)的影響1.8單極型三極管場效應(yīng)管（FET）場效應(yīng)晶體管（FieldEffectTransistor，F(xiàn)ET）簡稱場效應(yīng)管。晶體三極管有兩種極性的載流子，即自由電子和空穴參與導(dǎo)電，因此成為雙極結(jié)型晶體管，而FET僅有一種載流子——多數(shù)載流子（要么是自由電子，要么是空穴）參與導(dǎo)電，所以稱為單極型晶體管。1.8.1絕緣柵型場效應(yīng)管（MOSFET）1.N溝道增強(qiáng)型MOSFET的結(jié)構(gòu)與電路符號(hào)2.N溝道增強(qiáng)型MOSFET管的工作原理3、特性曲線（1）轉(zhuǎn)移特性曲線（2）漏極特性曲線1.8.2絕緣柵型場效應(yīng)管的主要參數(shù)1.開啟電壓2.直流輸入電阻1.8.3結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)和類型1、結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)和類型2.工作原理3.伏安特性曲線P溝道的結(jié)型場效應(yīng)管的電流、電壓和N溝道管子的極性相反，請(qǐng)讀者自行分析。4.主要參數(shù)結(jié)型場效應(yīng)管的參數(shù)和絕緣柵型場效應(yīng)管基本相同，只是不用開啟電壓，而用夾斷電壓。1.8.4場效應(yīng)管使用注意事項(xiàng)本章小結(jié)電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）高等學(xué)校應(yīng)用型本科系列教材第2章

基本放大電路電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）基本放大電路一般是指由三極管或場效應(yīng)管組成的放大電路。無論是日常使用的收音機(jī)、電視機(jī)、精密的測(cè)量儀器或復(fù)雜的自動(dòng)控制系統(tǒng)，其中都有各種各樣的放大電路。本章介紹的基本放大電路知識(shí)，是進(jìn)一步學(xué)習(xí)電子技術(shù)的重要基礎(chǔ)，必須予以高度重視。2.1概述2.2共射極放大電路2.3放大電路的分析2.4溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響2.5共集電極放大電路2.6共基極放大電路2.7放大電路的頻率響應(yīng)2.8多級(jí)放大電路2.9絕緣柵型場效應(yīng)管放大電路2.10功率放大電路2.1概述所謂“放大”是指在輸入信號(hào)的作用下，利用有源器件的控制作用將直流電源提供的部分能量轉(zhuǎn)換為與輸入信號(hào)成正比的輸出信號(hào)。根據(jù)信號(hào)的強(qiáng)弱來分類，放大電路可分為小信號(hào)放大電路和大信號(hào)放大（又稱功率放大）電路。根據(jù)被放大信號(hào)的頻率的高低來分類，放大電路又可分為低頻（又稱音頻）信號(hào)放大電路，中頻信號(hào)放大電路和高頻信號(hào)放大電路。2.1.1放大器的用途與分類2.1.2放大器的主要性能指標(biāo)2.2共射極放大電路2.2.1共射極放大電路的組成圖2-4是基本共射極放大電路的原理圖。2.2.2共射極放大電路的工作原理以圖2-5為例，說明放大電路的工作原理2.3放大電路的分析放大電路的靜態(tài)分析可以采用估算法和圖解法。2.3.1靜態(tài)分析法1、放大電路靜態(tài)分析的估算法2、放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的圖解分析法2.3.2動(dòng)態(tài)分析法放大電路的動(dòng)態(tài)分析有兩種方法：即小信號(hào)模型法和圖解法。放大電路的動(dòng)態(tài)分析，研究對(duì)象只限于交流量，就可將圖2-5中所示的直流電壓源視為交流“接地”，耦合電容都視為短路，得到圖2-9的交流通路。小信號(hào)模型法可以計(jì)算放大電路參數(shù)：放大電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。2、放大電路的動(dòng)態(tài)圖解分析2.3.3放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)非線性失真的影響2.4溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響2.4.1基極分壓式射極偏置電路1放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定2.5共集電極放大電路2.5.1共集電極放大電路的組成2.5.2共集電極放大電路的分析1電路靜態(tài)分析2.6共基極放大電路2.6.1共基極放大電路的組成2.6.2共基極極放大電路的分析1電路靜態(tài)分析2.6.3三極管三種基本放大電路的性能比較三極管三種基本放大電路的性能比較見書圖表

2.7放大電路的頻率響應(yīng)1.BJT的高頻小信號(hào)模型

2.8多級(jí)放大電路2.