模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

1、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)主講主講 ：xxxxxx第一講第一講緒緒 論論1.1.電子技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢電子技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢2.電子技術(shù)的應(yīng)用范圍3.3.本課程與其它專業(yè)課的關(guān)系本課程與其它專業(yè)課的關(guān)系4.4.電子技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)特點(diǎn)電子技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)特點(diǎn)參考書：1. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）：（第四版）： 清華大學(xué)童詩白、華成英主編清華大學(xué)童詩白、華成英主編2. 電子技術(shù)基礎(chǔ)電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分第四版）：（模擬部分第四版）： 華中理工大學(xué)康華光主編華中理工大學(xué)康華光主編1.1 半導(dǎo)體的基本知識1.2 pn結(jié)1.3 半導(dǎo)體二極管第一章第一章 晶體二極管晶體二極管1.1

2、1.1 半導(dǎo)體的基本知識半導(dǎo)體的基本知識1.1.1 本征半導(dǎo)體及其導(dǎo)電性1.1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體1.1.3 半導(dǎo)體的溫度特性 根據(jù)物體導(dǎo)電能力根據(jù)物體導(dǎo)電能力( (電阻率電阻率) )的不同，來劃分導(dǎo)的不同，來劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。體、絕緣體和半導(dǎo)體。 半導(dǎo)體的電阻率為半導(dǎo)體的電阻率為1010-3-310109 9 cm。典型的半。典型的半導(dǎo)體有硅導(dǎo)體有硅si和鍺和鍺ge以及砷化鎵以及砷化鎵gaas等。等。1.1.1 1.1.1 本征半導(dǎo)體及其導(dǎo)電性本征半導(dǎo)體及其導(dǎo)電性 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體化學(xué)成分純凈化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體晶體。的半導(dǎo)體晶體。 制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體材料制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體材

3、料的純度要達(dá)到的純度要達(dá)到99.9999999%，常稱，常稱為為“九個(gè)九個(gè)9”。它在物理結(jié)構(gòu)上呈單。它在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)。晶體形態(tài)。 (1）本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu) 硅和鍺是四價(jià)元素，在原子最外層軌道上的四個(gè)電硅和鍺是四價(jià)元素，在原子最外層軌道上的四個(gè)電子稱為價(jià)電子。它們分別與周圍的四個(gè)原子的價(jià)電子形成子稱為價(jià)電子。它們分別與周圍的四個(gè)原子的價(jià)電子形成共價(jià)鍵。共價(jià)鍵中的價(jià)電子為這些原子所共有，并為它們共價(jià)鍵。共價(jià)鍵中的價(jià)電子為這些原子所共有，并為它們所束縛，在空間形成排列有序的晶體。所束縛，在空間形成排列有序的晶體。這種結(jié)構(gòu)的立體和平面示意圖見圖這種結(jié)構(gòu)的立體和平面示意圖見圖01.01。

4、圖圖01.01 硅原子空間排列及共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)平面示意圖硅原子空間排列及共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)平面示意圖 (a) 硅晶體的空間排列硅晶體的空間排列 (b) 共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)平面示意共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)平面示意圖圖(c) （2）電子空穴對）電子空穴對 當(dāng)導(dǎo)體處于熱力學(xué)溫度當(dāng)導(dǎo)體處于熱力學(xué)溫度0k時(shí)，導(dǎo)體中沒有自時(shí)，導(dǎo)體中沒有自由電子。當(dāng)溫度升高或受到光的照射時(shí)，價(jià)電子由電子。當(dāng)溫度升高或受到光的照射時(shí)，價(jià)電子能量增高，有的價(jià)電子可以能量增高，有的價(jià)電子可以掙脫掙脫原子核的束縛，原子核的束縛，而參與導(dǎo)電，成為而參與導(dǎo)電，成為自由電子自由電子。 自由電子產(chǎn)生的同時(shí)，在其原來的共價(jià)鍵中自由電子產(chǎn)生的同時(shí)，在其原來的共價(jià)鍵中就出現(xiàn)了一

5、個(gè)空位，原子的電中性被破壞，呈現(xiàn)就出現(xiàn)了一個(gè)空位，原子的電中性被破壞，呈現(xiàn)出正電性，其正電量與電子的負(fù)電量相等，人們出正電性，其正電量與電子的負(fù)電量相等，人們常稱呈現(xiàn)正電性的這個(gè)空位為常稱呈現(xiàn)正電性的這個(gè)空位為空穴空穴。 這一現(xiàn)象稱為這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)本征激發(fā)，也稱也稱熱激發(fā)熱激發(fā)。 可見因熱激發(fā)而出現(xiàn)的自由電子和空穴是同時(shí)成可見因熱激發(fā)而出現(xiàn)的自由電子和空穴是同時(shí)成對出現(xiàn)的，稱為對出現(xiàn)的，稱為電子空穴對。電子空穴對。游離的部分自由電子也游離的部分自由電子也可能回到空穴中去，稱為可能回到空穴中去，稱為復(fù)合，復(fù)合，如圖如圖01.02所示。所示。本征激發(fā)和復(fù)合在一定溫度下會(huì)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡本征激發(fā)和

6、復(fù)合在一定溫度下會(huì)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。 圖圖01.02 本征激發(fā)和復(fù)合的過程本征激發(fā)和復(fù)合的過程（動(dòng)畫動(dòng)畫1-1） (3) (3) 空穴的移動(dòng)空穴的移動(dòng) 自由電子的定向運(yùn)動(dòng)形自由電子的定向運(yùn)動(dòng)形成了電子電流，空穴的定向成了電子電流，空穴的定向運(yùn)動(dòng)也可形成空穴電流，它運(yùn)動(dòng)也可形成空穴電流，它們的方向相反。只不過空穴們的方向相反。只不過空穴的運(yùn)動(dòng)是靠相鄰共價(jià)鍵中的的運(yùn)動(dòng)是靠相鄰共價(jià)鍵中的價(jià)電子依次充填空穴來實(shí)現(xiàn)價(jià)電子依次充填空穴來實(shí)現(xiàn)的，因此，空穴的導(dǎo)電能力的，因此，空穴的導(dǎo)電能力不如自由電子不如自由電子（見圖（見圖01.0301.03的動(dòng)畫演示）的動(dòng)畫演示）。（動(dòng)畫1-2）圖圖01.03 空穴在晶格中

7、的移動(dòng)空穴在晶格中的移動(dòng)1.1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體(1) (1) n型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體(2) (2) p型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元素作為雜在本征半導(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(jià)或五價(jià)元素。摻入雜質(zhì)后的的雜質(zhì)主要是三價(jià)或五價(jià)元素。摻入雜質(zhì)后的本征半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體。 (1）n型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)雜質(zhì)元素，例如磷，可在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)雜質(zhì)元素，例如磷，可形成形成 n型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體, ,也稱也稱電子型半導(dǎo)體電子型半導(dǎo)體。 因五價(jià)雜質(zhì)原子中只有四個(gè)價(jià)電

8、子能與周圍四個(gè)因五價(jià)雜質(zhì)原子中只有四個(gè)價(jià)電子能與周圍四個(gè)半導(dǎo)體原子中的價(jià)電子形成共價(jià)鍵，而多余的一個(gè)價(jià)半導(dǎo)體原子中的價(jià)電子形成共價(jià)鍵，而多余的一個(gè)價(jià)電子因無共價(jià)鍵束縛而很容易形成自由電子電子因無共價(jià)鍵束縛而很容易形成自由電子。 在在n型半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子自由電子是多數(shù)載流子,它主要由它主要由雜質(zhì)原子提供雜質(zhì)原子提供；空穴是少數(shù)載流子空穴是少數(shù)載流子, 由熱激發(fā)形成。由熱激發(fā)形成。 提供自由電子的五價(jià)雜質(zhì)原子因提供自由電子的五價(jià)雜質(zhì)原子因自由電子自由電子脫離而脫離而帶正電荷成為帶正電荷成為正離子正離子，因此，五價(jià)雜質(zhì)原子也被稱為，因此，五價(jià)雜質(zhì)原子也被稱為施主雜質(zhì)。施主雜質(zhì)。

9、n型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)示意圖如圖型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)示意圖如圖01.04所示。所示。 圖01.04 n型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖(2) p型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)雜質(zhì)元素，如硼、鎵、本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)雜質(zhì)元素，如硼、鎵、銦等形成銦等形成 p型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體，也稱為也稱為空穴型半導(dǎo)體空穴型半導(dǎo)體。因三因三價(jià)雜質(zhì)原子與硅原子形成共價(jià)鍵時(shí)，缺少一個(gè)價(jià)電價(jià)雜質(zhì)原子與硅原子形成共價(jià)鍵時(shí)，缺少一個(gè)價(jià)電子而在共價(jià)鍵中留下一個(gè)空穴。子而在共價(jià)鍵中留下一個(gè)空穴。 p型半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，空穴是多數(shù)載流子，主要由摻雜形主要由摻雜形成；成；電子是少數(shù)載流子，電子是少數(shù)載流子，由熱激發(fā)形成。由熱激發(fā)形成。

10、 空穴很容易俘獲電子，使雜質(zhì)原子成為負(fù)離子?？昭ê苋菀追@電子，使雜質(zhì)原子成為負(fù)離子。三價(jià)雜質(zhì)三價(jià)雜質(zhì) 因而也稱為因而也稱為受主雜質(zhì)受主雜質(zhì)。p型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)示型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)示意圖如圖意圖如圖01.05所示。所示。圖01.05 p型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)示意圖 圖01.05 p型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)示意圖1.1.3 1.1.3 雜質(zhì)對半導(dǎo)體導(dǎo)電性的影響雜質(zhì)對半導(dǎo)體導(dǎo)電性的影響 摻入雜摻入雜 質(zhì)對本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性有很大質(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)如下的影響，一些典型的數(shù)據(jù)如下: t=300 k室溫下室溫下, ,本征硅的電子和空穴濃度本征硅的電子和空穴濃度: : n = p =1.41010

11、/cm31 本征硅的原子濃度: 4.961022/cm3 3以上三個(gè)濃度基本上依次相差以上三個(gè)濃度基本上依次相差106/cm3 。 2摻雜后摻雜后 n 型半導(dǎo)體中的自由電子濃度型半導(dǎo)體中的自由電子濃度: n=51016/cm3雜質(zhì)半導(dǎo)體簡化模型雜質(zhì)半導(dǎo)體簡化模型1.2 pn結(jié)結(jié)1.2.1 pn結(jié)的形成1.2.2 pn結(jié)的單向?qū)щ娦?.2.3 pn結(jié)的電容效應(yīng)1.2.1 pn結(jié)的形成 在一塊本征半導(dǎo)體兩側(cè)通過擴(kuò)散不同的雜質(zhì)在一塊本征半導(dǎo)體兩側(cè)通過擴(kuò)散不同的雜質(zhì), ,分分別形成別形成 n 型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和 p 型半導(dǎo)體。此時(shí)將在型半導(dǎo)體。此時(shí)將在n型半型半導(dǎo)體和導(dǎo)體和 p 型半導(dǎo)體的結(jié)合面上形

12、成如下物理過程型半導(dǎo)體的結(jié)合面上形成如下物理過程: : 因濃度差因濃度差 多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)由由雜質(zhì)離子雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)形成空間電荷區(qū) 空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)形成形成 內(nèi)電場內(nèi)電場 內(nèi)電場促使少子漂移內(nèi)電場促使少子漂移 內(nèi)電場阻止多子擴(kuò)散內(nèi)電場阻止多子擴(kuò)散 最后多子最后多子擴(kuò)散擴(kuò)散和少子的和少子的漂移漂移達(dá)到達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡動(dòng)態(tài)平衡。對。對于于p型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體結(jié)合面，離子薄層形成的型半導(dǎo)體結(jié)合面，離子薄層形成的空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)稱為稱為 p n 結(jié)結(jié) , 在空間在空間電荷區(qū)，由于缺電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也少多子，所以也稱稱耗盡層耗盡層。 圖圖01.06 pn結(jié)的

13、形成過程結(jié)的形成過程 （動(dòng)畫動(dòng)畫1-3） pn 結(jié)形成結(jié)形成的過 程 可 參 閱的過 程 可 參 閱圖圖01.06。1.2.2 pn結(jié)的單向?qū)щ娦?如果外加電壓使如果外加電壓使pn結(jié)中：結(jié)中：p區(qū)的電位高于區(qū)的電位高于 n 區(qū)的電位，稱為加區(qū)的電位，稱為加正向電壓，正向電壓，簡稱簡稱正偏；正偏； pn結(jié)具有單向?qū)щ娦?，結(jié)具有單向?qū)щ娦?，若外加電壓使電流若外加電壓使電流從?p 區(qū)流到區(qū)流到 n 區(qū)，區(qū)， pn結(jié)呈低阻性，所以電流結(jié)呈低阻性，所以電流大；反之是高阻性，電流小。大；反之是高阻性，電流小。 p 區(qū)的電位低于區(qū)的電位低于 n 區(qū)的電位，稱為加區(qū)的電位，稱為加反向電反向電壓，壓，簡稱簡稱

14、反偏。反偏。 (1) pn結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況 外加的正向電壓有一部外加的正向電壓有一部分降落在分降落在 pn 結(jié)區(qū)，方向與結(jié)區(qū)，方向與pn結(jié)內(nèi)電場方向相反，削弱結(jié)內(nèi)電場方向相反，削弱了內(nèi)電場。內(nèi)電場對多子擴(kuò)了內(nèi)電場。內(nèi)電場對多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻礙減弱，擴(kuò)散電散運(yùn)動(dòng)的阻礙減弱，擴(kuò)散電流加大。擴(kuò)散電流遠(yuǎn)大于漂流加大。擴(kuò)散電流遠(yuǎn)大于漂移電流，可忽略漂移電流的移電流，可忽略漂移電流的影響影響, , pn 結(jié)呈現(xiàn)低阻性結(jié)呈現(xiàn)低阻性。 pn結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況如圖結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況如圖01.07 （動(dòng)畫動(dòng)畫1-4）圖01.07 pn結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況 (2) pn

15、結(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況結(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況 外加的反向電壓有一部分降落在外加的反向電壓有一部分降落在pn結(jié)區(qū)，方向與結(jié)區(qū)，方向與pn結(jié)內(nèi)電場方向相同，加強(qiáng)了內(nèi)電場。內(nèi)電場對多子結(jié)內(nèi)電場方向相同，加強(qiáng)了內(nèi)電場。內(nèi)電場對多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻礙增強(qiáng)，擴(kuò)散電流大大減小。此時(shí)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻礙增強(qiáng)，擴(kuò)散電流大大減小。此時(shí)pn結(jié)結(jié)區(qū)的少子在內(nèi)電場的作用區(qū)的少子在內(nèi)電場的作用下形成的漂移電流大于擴(kuò)下形成的漂移電流大于擴(kuò)散電流，可忽略擴(kuò)散電流散電流，可忽略擴(kuò)散電流，由于漂移電流本身就很，由于漂移電流本身就很小，小，pn結(jié)呈現(xiàn)高阻性。結(jié)呈現(xiàn)高阻性。 在一定溫度條件下，在一定溫度條件下，由本征激發(fā)決定的少子濃由本征

16、激發(fā)決定的少子濃度是一定的，故少子形成度是一定的，故少子形成的漂移電流是恒定的，基的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的大本上與所加反向電壓的大小無關(guān)小無關(guān)，這個(gè)電流也稱為這個(gè)電流也稱為反向飽和電流反向飽和電流。 pn結(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況如圖結(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況如圖01.08所示。所示。圖圖 01.08 pn 結(jié)加反向電壓時(shí)的結(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況導(dǎo)電情況 pn結(jié)外加正向電壓結(jié)外加正向電壓時(shí)，呈現(xiàn)低電阻，具有時(shí)，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴(kuò)散電流；較大的正向擴(kuò)散電流；pn結(jié)加反向電壓時(shí)，呈結(jié)加反向電壓時(shí)，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流。反向漂移電流。由此可

17、由此可以得出結(jié)論：以得出結(jié)論：pn結(jié)具有結(jié)具有單向?qū)щ娦?。單向?qū)щ娦浴?（動(dòng)畫動(dòng)畫1-5）圖圖 01.08 pn結(jié)加反向電壓結(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況時(shí)的導(dǎo)電情況 1. 在雜質(zhì)半導(dǎo)體中多子的數(shù)量與在雜質(zhì)半導(dǎo)體中多子的數(shù)量與 （a. 摻雜濃度、摻雜濃度、b.溫度）有關(guān)。溫度）有關(guān)。 2. 在雜質(zhì)半導(dǎo)體中少子的數(shù)量與在雜質(zhì)半導(dǎo)體中少子的數(shù)量與 。 （a. 摻雜濃度、摻雜濃度、b.溫度）有關(guān)。溫度）有關(guān)。 3. 當(dāng)溫度升高時(shí)，少子的數(shù)量當(dāng)溫度升高時(shí)，少子的數(shù)量 。 （a. 減少、減少、b. 不變、不變、c. 增多）增多）abc 4. 在外加電壓的作用下，在外加電壓的作用下，p 型半導(dǎo)體中的型半導(dǎo)體中的

18、電流主要是電流主要是 ，n 型半導(dǎo)體中的電流主要型半導(dǎo)體中的電流主要是是 。 （a. 電子電流、電子電流、b.空穴電流）空穴電流） ba思考題：思考題：1.2.3 pn結(jié)的電容效應(yīng) pn結(jié)具有一定的電容效應(yīng)，它由兩方結(jié)具有一定的電容效應(yīng)，它由兩方面的因素決定。面的因素決定。 一是勢壘電容一是勢壘電容cb 二是擴(kuò)散電容二是擴(kuò)散電容cd (1) 勢壘電容勢壘電容cb 勢壘電容是由空間電荷區(qū)離子薄層形成的。當(dāng)外加電勢壘電容是由空間電荷區(qū)離子薄層形成的。當(dāng)外加電壓使壓使pn結(jié)上壓降發(fā)生變化時(shí)，離子薄層的厚度也相應(yīng)地隨結(jié)上壓降發(fā)生變化時(shí)，離子薄層的厚度也相應(yīng)地隨之改變，這相當(dāng)之改變，這相當(dāng)pn結(jié)中存儲(chǔ)的

19、電荷量也隨之變化，猶如電結(jié)中存儲(chǔ)的電荷量也隨之變化，猶如電容的充放電。勢壘電容的示意圖見圖容的充放電。勢壘電容的示意圖見圖01.09。圖 01.09 勢壘電容示意圖 擴(kuò)散電容是由多子擴(kuò)散后，在擴(kuò)散電容是由多子擴(kuò)散后，在pn結(jié)的另一側(cè)面結(jié)的另一側(cè)面積累而形成的。因積累而形成的。因 pn 結(jié)正偏時(shí)，由結(jié)正偏時(shí)，由n區(qū)擴(kuò)散到區(qū)擴(kuò)散到 p 區(qū)區(qū)的電子，與外電源提供的空穴相復(fù)合，形成正向的電子，與外電源提供的空穴相復(fù)合，形成正向電電流流。剛擴(kuò)散過來的電子就堆積在。剛擴(kuò)散過來的電子就堆積在 p 區(qū)內(nèi)緊靠區(qū)內(nèi)緊靠pn結(jié)的結(jié)的附近，形成一定的多子濃度梯度分布曲線。附近，形成一定的多子濃度梯度分布曲線。(2)

20、擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容cd 反之，由反之，由p區(qū)擴(kuò)散到區(qū)擴(kuò)散到n區(qū)的空穴，在區(qū)的空穴，在n區(qū)內(nèi)也形區(qū)內(nèi)也形成類似的濃度梯度分布曲線。擴(kuò)散電容的示意圖如成類似的濃度梯度分布曲線。擴(kuò)散電容的示意圖如圖圖01.10所示。所示。 圖圖 01.10 01.10 擴(kuò)散電容示意圖擴(kuò)散電容示意圖 當(dāng)外加正向電壓不同當(dāng)外加正向電壓不同時(shí)，擴(kuò)散電流即外電路電時(shí)，擴(kuò)散電流即外電路電流的大小也就不同。所以流的大小也就不同。所以pn結(jié)兩側(cè)堆積的多子的結(jié)兩側(cè)堆積的多子的濃度梯度分布也不相同，濃度梯度分布也不相同，這就相當(dāng)電容的充放電過這就相當(dāng)電容的充放電過程。勢壘電容和擴(kuò)散電容程。勢壘電容和擴(kuò)散電容均是非線性電容。均是非線性電

21、容。半導(dǎo)體元件及其特性半導(dǎo)體元件及其特性1-1 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1pn結(jié)的結(jié)的形成形成 在半導(dǎo)體材料(硅、鍺)中摻入不同雜質(zhì)可以分別形成n型和p型兩種半導(dǎo)體。n型半導(dǎo)體主要依靠自由電子導(dǎo)電，稱自由電子為多數(shù)載流子，而空穴數(shù)量遠(yuǎn)少于電子數(shù)量，稱空穴為少數(shù)載流子。p型半導(dǎo)體主要靠空穴導(dǎo)電，稱空穴為多數(shù)載流子，而自由電子遠(yuǎn)少于空穴的數(shù)量，稱自由電子為少數(shù)載流子。pn結(jié)的形成與特性結(jié)的形成與特性 當(dāng)p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體接觸以后，由于交界兩側(cè)半導(dǎo)體類型不同，存在電子和空穴的濃度差。這樣，p 區(qū)的空穴向n區(qū)擴(kuò)散，n區(qū)的電子向p區(qū)擴(kuò)散, 如圖 1.1.1(a)所示。由于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)， 在p 區(qū)和n區(qū)的

22、接觸面就產(chǎn)生正負(fù)離子層。n區(qū)失掉電子產(chǎn)生正離子，p區(qū)得到電子產(chǎn)生負(fù)離子。通常稱這個(gè)正負(fù)離子層為pn結(jié)。 在結(jié)的區(qū)一側(cè)帶負(fù)電，區(qū)一側(cè)帶正電。結(jié)便產(chǎn)生了內(nèi)電場，內(nèi)電場的方向從區(qū)指向區(qū)。內(nèi)電場對擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)起到阻礙作用， 電子和空穴的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)隨著內(nèi)電場的加強(qiáng)而逐步減弱，直至停止。在界面處形成穩(wěn)定的空間電荷區(qū)。 2.pn結(jié)的特性結(jié)的特性 1）正向?qū)?給pn結(jié)加正向電壓，即p區(qū)接正電源，n區(qū)接負(fù)電源，此時(shí)稱pn結(jié)為正向偏置。 這時(shí)pn結(jié)外加電場與內(nèi)電場方向相反，當(dāng)外電場大于內(nèi)電場時(shí)，外加電場抵消內(nèi)電場，使空間電荷區(qū)變窄，有利于多數(shù)載流子運(yùn)動(dòng)，形成正向電流。 外加電場越強(qiáng)，正向電流越大， 這意味著pn結(jié)的正

23、向電阻變小。 正向?qū)ǚ聪蚪刂?2）反向截止 給pn結(jié)加反向電壓，稱pn結(jié)反向偏置，如圖所示。這時(shí)外加電場與內(nèi)電場方向相同，使內(nèi)電場的作用增強(qiáng), pn結(jié)變厚，多數(shù)載流子運(yùn)動(dòng)難于進(jìn)行，有助于少數(shù)載流子運(yùn)動(dòng)，形成電流ir，少數(shù)載流子很少，所以電流很小，接近于零，即pn結(jié)反向電阻很大。 綜上所述，pn結(jié)具有單向?qū)щ娦?，加正向電壓時(shí)，pn結(jié)電阻很小，電流ir較大，是多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成的；加反向電壓時(shí)，pn結(jié)電阻很大，電流ir很小，是少數(shù)載流子運(yùn)動(dòng)形成的。 接在二極管p區(qū)的引出線稱二極管的陽極，接在n區(qū)的引出線稱二極管的陰極。 二極管有許多類型。從工藝上分，有點(diǎn)接觸型和面接觸型； 按用途分，有整流

24、管、檢波二極管、穩(wěn)壓二極管、光電二極管和開關(guān)二極管等。 二極管的結(jié)構(gòu)和類型二極管的結(jié)構(gòu)和類型1 二極管伏安特性二極管伏安特性 理論分析指出， 半導(dǎo)體二極管電流i與端電壓u之間的關(guān)系可表示為 i=is( -1) 此式稱為理想二極管電流方程。式中，is稱為反向飽和電流，ut稱為溫度的電壓當(dāng)量，常溫下ut26 mv。實(shí)際的二極管伏安特性曲線如圖所示。圖中，實(shí)線對應(yīng)硅材料二極管，虛線對應(yīng)鍺材料二極管。tuue二極管的特性及參數(shù)二極管的特性及參數(shù) 1） 正向特性 當(dāng)二極管承受正向電壓小于某一數(shù)值時(shí)， 還不足以克服pn結(jié)內(nèi)電場對多數(shù)載流子運(yùn)動(dòng)的阻擋作用，這一區(qū)段二極管正向電流if很小，稱為死區(qū)。死區(qū)電壓的

25、大小與二極管的材料有關(guān)，并受環(huán)境溫度影響。通常，硅材料二極管的死區(qū)電壓約為0.5 v，鍺材料二極管的死區(qū)電壓約為0.2v。 當(dāng)正向電壓超過死區(qū)電壓值時(shí)，外電場抵消了內(nèi)電場，正向電流隨外加電壓的增加而明顯增大，二極管正向電阻變得很小。當(dāng)二極管完全導(dǎo)通后，正向壓降基本維持不變，稱為二極管正向?qū)▔航祏f。一般硅管的uf為0.7v，鍺管的uf為0.3v。 2） 反向特性 當(dāng)二極管承受反向電壓時(shí)，外電場與內(nèi)電場方向一致， 只有少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)，形成的漏電流ir極小，一般硅管的ir為幾微安以下，鍺管ir較大，為幾十到幾百微安。這時(shí)二極管反向截止。 當(dāng)反向電壓增大到某一數(shù)值時(shí)，反向電流將隨反向電壓的增

26、加而急劇增大，這種現(xiàn)象稱二極管反向擊穿。擊穿時(shí)對應(yīng)的電壓稱為反向擊穿電壓。普通二極管發(fā)生反向擊穿后，造成二極管的永久性損壞，失去單向?qū)щ娦浴?2 二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù) 二極管參數(shù)是反映二極管性能質(zhì)量的指標(biāo)。必須根據(jù)二極管的參數(shù)來合理選用二極管。二極管的主要參數(shù)有4項(xiàng)。 1）最大整流電流ifm ifm是指二極管長期工作時(shí)允許通過的最大正向平均電流值。工作時(shí)，管子通過的電流不應(yīng)超過這個(gè)數(shù)值，否則將導(dǎo)致管子過熱而損壞。 2）最高反向工作電壓urm urm是指二極管不擊穿所允許加的最高反向電壓。超過此值二極管就有被反向擊穿的危險(xiǎn)。urm通常為反向擊穿電壓的1/22/3，以確保二極管安全工作

27、。 3）最大反向電流irm irm是指二極管在常溫下承受最高反向工作電壓urm時(shí)的反向漏電流，一般很小，但其受溫度影響較大。 當(dāng)溫度升高時(shí)，irm顯著增大。4）最高工作頻率fm fm是指保持二極管單向?qū)ㄐ阅軙r(shí)，外加電壓允許的最高頻率。二極管工作頻率與pn結(jié)的極間電容大小有關(guān)，容量越小， 工作頻率越高。 二極管是電子電路中最常用的半導(dǎo)體器件。利用其單向?qū)щ娦约皩?dǎo)通時(shí)正向壓降很小的特點(diǎn)，可用來進(jìn)行整流、檢波、 鉗位、 限幅、 開關(guān)以及元件保護(hù)等各項(xiàng)工作。 1 整流整流 所謂整流, 就是將交流電變?yōu)閱畏较蛎}動(dòng)的直流電。利用二極管的單向?qū)щ娦钥山M成單相、三相等各種形式的整流電路。 2 鉗位鉗位 利用

28、二極管正向?qū)〞r(shí)壓降很小的特性， 可組成鉗位電路。 半導(dǎo)體二極管的應(yīng)用半導(dǎo)體二極管的應(yīng)用 若a點(diǎn)ua=0，二極管vd可正向?qū)?，其壓降很?。?故f點(diǎn)的電位也被鉗制在0v左右， 即uf0。3 限幅限幅 利用二極管正向?qū)ê笃鋬啥穗妷汉苄∏一静蛔兊奶匦裕?可以構(gòu)成各種限幅電路，使輸出電壓幅度限制在某一電壓值以內(nèi)。 設(shè)輸入電壓ui=10sint(v), us1=us2=5v。 當(dāng)-us2uius1時(shí)，vd1處于正向偏置而導(dǎo)通，使輸出電壓保持在us1。 當(dāng)uiicm時(shí)，可導(dǎo)致三極管損壞。 反向擊穿電壓u（br）ceo：基極開路時(shí)， 集電極、 發(fā)射極之間最大允許電壓為反向擊穿電壓u（br）ceo，當(dāng)u

29、ceu（br）ceo時(shí)，三極管的ic、ie劇增，使三極管擊穿。為可靠工作，使用中取 ceobrceuu)()3221( 復(fù)合三極管是把兩個(gè)三極管的管腳適當(dāng)?shù)倪B接起來使之等效為一個(gè)三極管， 典型結(jié)構(gòu)如圖所示。 ic=ic1+ic2=1ib1+2ib2 =1ib1+2(1+1) ib1 1ib1 + 21 ib1 = 1ib1 （1+ 2 ） 12 i b1 復(fù)合三極管復(fù)合三極管 即 = 說明復(fù)合管的電流放大系數(shù)近似等于兩個(gè)管子電流放大系數(shù)的乘積。同時(shí)有 iceo=iceo2+ 2iceo1表明復(fù)合管具有穿透電流大的缺點(diǎn)。 1bcii第二章第二章 基本放大電路基本放大電路2.1 概述概述2.2 基本共射放大電路的工作原理基本共射放大電路的工作原理2.3 放大電路的分析方法放大電路的分析方法2.4 靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定設(shè)置設(shè)置q點(diǎn)的原因點(diǎn)的原因前一節(jié)知識的回顧前一節(jié)知識的回顧q點(diǎn)設(shè)置的合理性點(diǎn)設(shè)置的合理性晶體管工作在放大區(qū)晶體管工作在放大區(qū)晶體管實(shí)現(xiàn)線性放大晶體管實(shí)現(xiàn)線性放大基本共射放大電路的基本共射放大電路的q點(diǎn)分析點(diǎn)分析靜態(tài)靜態(tài)q點(diǎn)通過晶體管的動(dòng)態(tài)電阻點(diǎn)通過晶體管的動(dòng)態(tài)電阻rbe