模擬電子技術(shù)：第1講 緒論和二極管

1、 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學緒緒 論論 一、課程的性質(zhì)一、課程的性質(zhì) 電子技術(shù)是研究電子技術(shù)是研究電子器件、電子電路和電子系統(tǒng)及其電子器件、電子電路和電子系統(tǒng)及其應用應用的科學技術(shù)。的科學技術(shù)。 三、什么是電子器件和電子技術(shù)三、什么是電子器件和電子技術(shù)二、課程的特點二、課程的特點1 1 內(nèi)容豐富，涉及面寬。內(nèi)容豐富，涉及面寬。 2 2 實踐性強實踐性強 3 3 工程近似計算工程近似計算 四、課程的研究對象四、課程的研究對象 模擬信號模擬信號 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學什么是信號什么是信號?

2、 ?信號是信息的載體。信號是信息的載體。在時間上和幅值上均具有連續(xù)性的信號。在時間上和幅值上均具有連續(xù)性的信號。 本書主要研究對象本書主要研究對象：（四個基本：（四個基本）基本概念、基本原理、基本分析方法及基本應用基本概念、基本原理、基本分析方法及基本應用 五、學習中注意些什么五、學習中注意些什么 1 1 掌握基本概念掌握基本概念 2 2 基本單元電路基本單元電路 3 3 基本分析方法基本分析方法 4 4 基本規(guī)律基本規(guī)律什么是模擬信號呢什么是模擬信號呢? ? 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學第一章第一章 半導體器件半導體器件第二章第二章 基本單元電路基本單元電路第三章第三

3、章 多級放大電路與頻率響應多級放大電路與頻率響應第四章第四章 集成運算放大器集成運算放大器第五章第五章 功率放大電路功率放大電路第六章第六章 放大電路中的反饋放大電路中的反饋第七章第七章 集成運算放大器的應用集成運算放大器的應用第八章第八章 信號發(fā)生電路信號發(fā)生電路第九章第九章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源章節(jié)劃分與學時分配章節(jié)劃分與學時分配6 6學時學時1212學時學時4 4學時學時2 2學時學時4 4學時學時8 8學時學時1010學時學時4 4學時學時6 6學時學時 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學第一章第一章 半導體器件半導體器件第一節(jié)第一節(jié) 半導體基礎知識半導體基礎知識

4、第二節(jié)第二節(jié) 半導體二極管半導體二極管第三節(jié)第三節(jié) 半導體三極管半導體三極管第四節(jié)第四節(jié) 場效應晶體管（場效應晶體管（FETFET）本章教學主要內(nèi)容本章教學主要內(nèi)容 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學第一節(jié)第一節(jié) 半導體基礎知識半導體基礎知識 一、本征半導體一、本征半導體 1 1 半導體及其特點半導體及其特點 （1 1）定義：）定義： （2 2）特點：）特點： 光敏特性、熱敏特性光敏特性、熱敏特性 、摻雜特性、摻雜特性 導電性能導電性能介于導體和絕緣體之間的介于導體和絕緣體之間的物質(zhì)，物質(zhì)，如硅如硅(Si)(Si)、鍺、鍺( (GeGe) )。本征半導體：本征半導體：高度提純

5、的、晶體結(jié)構(gòu)完整的半高度提純的、晶體結(jié)構(gòu)完整的半導體材料單晶體。導體材料單晶體。 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學單晶硅中的共價健結(jié)構(gòu)單晶硅中的共價健結(jié)構(gòu)共價鍵中的電子，共價鍵中的電子，稱為稱為價電子價電子。半導體的結(jié)構(gòu)：半導體的結(jié)構(gòu)：共價鍵結(jié)構(gòu)：相鄰原子的一對最外共價鍵結(jié)構(gòu)：相鄰原子的一對最外層電子，不但圍繞自身所屬的原子層電子，不但圍繞自身所屬的原子核運動，而且出現(xiàn)在相鄰原子的軌核運動，而且出現(xiàn)在相鄰原子的軌道上，成為共用電子道上，成為共用電子 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學2 2 半導體中的載流子半導體中的載流子 載流子載流子是指運載電荷的粒子。

6、是指運載電荷的粒子。 半導體中的載流子有兩種：半導體中的載流子有兩種：自由電子、空穴自由電子、空穴。 空穴是怎樣產(chǎn)生的呢空穴是怎樣產(chǎn)生的呢? ? Key Words:本征熱激發(fā)本征熱激發(fā) 電子電子- -空穴對空穴對 動態(tài)平衡動態(tài)平衡 本征半導體中的載流子 本征熱激發(fā)產(chǎn)生本征熱激發(fā)產(chǎn)生電子電子- -空穴對空穴對。當。當溫度升高（加熱或光照），價電子溫度升高（加熱或光照），價電子獲得足夠的能量掙脫原子核及共價獲得足夠的能量掙脫原子核及共價鍵的束縛，進入自由空間成為自由鍵的束縛，進入自由空間成為自由電子參與導電，同時在原來的位置電子參與導電，同時在原來的位置上留下空位，稱為上留下空位，稱為空穴空穴。

7、這個過程。這個過程稱為稱為本征熱激發(fā)本征熱激發(fā)。 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學二、雜質(zhì)半導體二、雜質(zhì)半導體1 1 定義：定義：按摻雜的不同分為按摻雜的不同分為P型型(空穴型空穴型)和和N型型(電子型電子型)兩種雜質(zhì)半導體。兩種雜質(zhì)半導體。 （1 1）P P型半導體型半導體 受主雜質(zhì)受主雜質(zhì): : 空穴濃度遠大于電子濃度空穴濃度遠大于電子濃度 多數(shù)載流子多數(shù)載流子 多子多子 少數(shù)載流子少數(shù)載流子 少子少子 三價雜質(zhì)原子在電離中接受了一個電子三價雜質(zhì)原子在電離中接受了一個電子（摻入少量雜質(zhì)的半導體）（摻入少量雜質(zhì)的半導體）在本征半導體中摻入微量的在本征半導體中摻入微量的三價

8、三價元素元素在在P P型半導體中，空穴是多子，電子是少子。型半導體中，空穴是多子，電子是少子。 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學P P型半導體中的載流子分布圖型半導體中的載流子分布圖 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學（2）N型半導體型半導體 施主雜質(zhì)施主雜質(zhì) 五價雜質(zhì)原子可以提供電子，五價雜質(zhì)原子可以提供電子，丟失一個電子就變成了帶正電的正離子丟失一個電子就變成了帶正電的正離子 在本征半導體中摻入微量的在本征半導體中摻入微量的五價五價元素元素電子濃度遠大于空穴濃度電子濃度遠大于空穴濃度 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學結(jié)論：結(jié)論：在在

9、N型半導體中，電子是多子，空穴是少子。型半導體中，電子是多子，空穴是少子。 在在P型半導體中，空穴是多子，電子是少子。型半導體中，空穴是多子，電子是少子。注意注意 正、負離子不是載流子，不參與導電正、負離子不是載流子，不參與導電 少子少子濃度濃度與溫度有關與溫度有關 多子濃度多子濃度與溫度無關，與溫度無關， 只與摻入雜質(zhì)的多少有關只與摻入雜質(zhì)的多少有關 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學三、三、PN結(jié)結(jié)1 PN結(jié)的形成結(jié)的形成 濃度差濃度差多子的擴散運動多子的擴散運動空間電荷區(qū)空間電荷區(qū) （內(nèi)電場）（內(nèi)電場）少子的漂移運動少子的漂移運動動態(tài)平衡動態(tài)平衡穩(wěn)定的空間電荷區(qū)穩(wěn)定的空

10、間電荷區(qū) 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學PN 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學2 PN結(jié)的特點：結(jié)的特點：單向?qū)щ娦詥蜗驅(qū)щ娦?（1）外加正向電壓）外加正向電壓(正偏置正偏置)PN結(jié)導通結(jié)導通 外加電場與內(nèi)電場方向相反，內(nèi)電場被削弱，此時外加電場與內(nèi)電場方向相反，內(nèi)電場被削弱，此時多子擴散運動大大超過少子漂移運動，形成較大的正向多子擴散運動大大超過少子漂移運動，形成較大的正向電流，這時稱電流，這時稱PNPN結(jié)處于結(jié)處于導通狀態(tài)導通狀態(tài)。 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學PN 結(jié)正偏結(jié)正偏PN 結(jié)正向?qū)ńY(jié)正向?qū)ㄍ怆妶雠c內(nèi)電場方向相

11、反外電場與內(nèi)電場方向相反利于擴散利于擴散擴散擴散 漂移漂移PN 結(jié)變窄結(jié)變窄外部電源不斷提供電荷外部電源不斷提供電荷產(chǎn)生較大的擴散電流產(chǎn)生較大的擴散電流 I I 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學（2）外加反向電壓）外加反向電壓(反偏置反偏置)PN結(jié)截止結(jié)截止 外加電場與內(nèi)電場方向相同，增強了內(nèi)電場，多子擴散外加電場與內(nèi)電場方向相同，增強了內(nèi)電場，多子擴散難以進行，少子在電場作用下形成反向電流難以進行，少子在電場作用下形成反向電流I，因為是少子漂，因為是少子漂移運動產(chǎn)生的，移運動產(chǎn)生的，I很小，這時稱很小，這時稱PN結(jié)處于結(jié)處于截止狀態(tài)截止狀態(tài)。 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾

12、濱工程大學哈爾濱工程大學PN 結(jié)反偏結(jié)反偏PN 結(jié)反向截止結(jié)反向截止外電場與內(nèi)電場方向相同外電場與內(nèi)電場方向相同利于漂移利于漂移漂移漂移 擴散擴散PN 結(jié)變厚結(jié)變厚外部電源不斷提供電荷外部電源不斷提供電荷產(chǎn)生較小的反向電流產(chǎn)生較小的反向電流 I 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學PN結(jié)正偏導通；反偏截止，結(jié)正偏導通；反偏截止，這種性質(zhì)稱這種性質(zhì)稱PN結(jié)的單向?qū)щ娦浴＝Y(jié)的單向?qū)щ娦?。結(jié)論：結(jié)論： 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學3 PN結(jié)的電容效應結(jié)的電容效應(了解了解)勢壘電容勢壘電容+擴散電容擴散電容BDjCCC 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學哈

13、爾濱工程大學第二節(jié)第二節(jié) 半導體二極管半導體二極管一、二極管的結(jié)構(gòu)一、二極管的結(jié)構(gòu) 半導體二極管的型號半導體二極管的型號: : 按按PNPN結(jié)結(jié)分分點接觸點接觸面接觸面接觸按按材料材料分分硅管硅管鍺管鍺管按按用途用途分分普通管普通管整流管整流管如如2CWXX、2APXX器件材料，器件材料，C為為N型型Si管管XX表示器表示器件序號件序號器件類型，器件類型，W為穩(wěn)壓管為穩(wěn)壓管 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學二、二極管的伏安特性曲線及電流方程式二、二極管的伏安特性曲線及電流方程式1.1.二極管的電流方程式二極管的電流方程式 1TU USIIe常溫下，常溫下，UT = 26 m

14、V反向飽反向飽和電流和電流溫度溫度電壓當量電壓當量加正向電壓時加正向電壓時/Tu UsII esII 加反向電壓時加反向電壓時TUU 當當 時時 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學2 2 伏安特性曲線伏安特性曲線 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學二極管的伏安特性二極管的伏安特性OuD /ViD /mA正向特性正向特性UoniD = 0Uon = 0.50.7 V 0.10.3 V( (硅管硅管) )( (鍺管鍺管) )U Uon0 U Uon UDQ = (0.6 0.8) V 硅管取硅管取 0.7 V(0.1 0.3) V 鍺管取鍺管取 0.2 V反向特

15、性反向特性ISU(BR)反向擊穿反向擊穿(反向擊穿反向擊穿)Uon ：開啟電壓或死區(qū)電壓開啟電壓或死區(qū)電壓死區(qū)電壓死區(qū)電壓1.1.正向特性正向特性2.2.反向特性反向特性U(BR) U 0sII U U(BR)工作電壓工作電壓 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學二極管的伏安特性二極管的伏安特性OuD /ViD /mAUon反向特性反向特性ISU(BR)反向擊穿反向擊穿U(BR) U 0 iD = IS U(BR)PN 結(jié)兩端外加的反向電壓增加結(jié)兩端外加的反向電壓增加到一定值時反向電流急劇增大到一定值時反向電流急劇增大(反向擊穿反向擊穿)死區(qū)電壓死區(qū)電壓1.1.反向特性反向特性

16、 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學三、環(huán)境溫度對伏安特性曲線的影響三、環(huán)境溫度對伏安特性曲線的影響當溫度升高時，當溫度升高時，正向特性曲線左移。正向特性曲線左移。 反向飽和特性曲線下移。反向飽和特性曲線下移。 2!10212TTCSSITIT其變化規(guī)律為其變化規(guī)律為 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學四、二極管的主要參數(shù)四、二極管的主要參數(shù) 1 1 最大整流電流最大整流電流FI3 3 最大反向工作電壓最大反向工作電壓RU4 4 反向電流反向電流 ： 值越小越好值越小越好 RI5 5 最高工作頻率最高工作頻率 ：決定于結(jié)電容的大?。簺Q定于結(jié)電容的大小Mf二極

17、管長時間工作時，允許流過的最大正向電流的平均值。二極管長時間工作時，允許流過的最大正向電流的平均值。 二極管正常使用時允許加的最高反向電壓。二極管正常使用時允許加的最高反向電壓。 使用時應注意流過二極管的正向最大電流不能大于使用時應注意流過二極管的正向最大電流不能大于這個數(shù)值，否則可能損壞二極管。這個數(shù)值，否則可能損壞二極管。一般取反向擊穿電壓的一半。一般取反向擊穿電壓的一半。2 2 反向擊穿電壓反向擊穿電壓BRU 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學五、二極管的等效分析五、二極管的等效分析 1 1 二極管的二極管的直流電阻直流電阻與與交流電阻交流電阻1tanDDDURI（1

18、1）直流電阻）直流電阻（2 2）交流電阻）交流電阻 D非線性器件非線性器件 與與Q點位置有關點位置有關DR過過Q點切線斜率倒數(shù)點切線斜率倒數(shù)1tanDdDUrIDQdImVr26 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學2 2 等效電路等效電路 （1 1）理想二極管）理想二極管 理想二極管的死區(qū)電壓和理想二極管的死區(qū)電壓和正向電壓降都等于零，反正向電壓降都等于零，反向電流也等于零，理想二向電流也等于零，理想二極管在電路中相當于一個極管在電路中相當于一個開關元件開關元件 。 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學（3 3）微變等效電路）微變等效電路（2 2）考慮正向壓降

19、）考慮正向壓降 時的等效電路時的等效電路QUDQdImVr26 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學二極管整流電路二極管整流電路 p53 1-9p53 1-9 在如圖所示電路中，已知在如圖所示電路中，已知 為正弦波，二極管的為正弦波，二極管的正向壓降和反向電流均可忽略（理想二極管），定性畫正向壓降和反向電流均可忽略（理想二極管），定性畫出輸出電壓出輸出電壓 的波形。的波形。UiUo 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學哈爾濱工程大學舉例：舉例：P24 P24 例例1-51-5 分析圖分析圖1-331-33電路，當電路，當UA和和UB分別為分別為0V和和3V的不同組合時，的不同組合時，二極管二極管V V1 1、V V2 2的狀態(tài)，并求出此時的狀態(tài)，并求出此時Uo的值。設二極管均為硅的值。設二極管均為硅管。管。 模擬電子技術(shù)模擬電