模電基本元器件ppt課件

1、模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)1 1、掌握常用儀器的使用，比如示波器、信號(hào)發(fā)、掌握常用儀器的使用，比如示波器、信號(hào)發(fā)生器等。生器等。2 2、能利用所給元器件制作電子產(chǎn)品，如中波廣播收音、能利用所給元器件制作電子產(chǎn)品，如中波廣播收音機(jī)機(jī)3 3、為電路設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。比如參加全國電子設(shè)計(jì)大賽、為電路設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。比如參加全國電子設(shè)計(jì)大賽做準(zhǔn)備，模電是很重要的取勝砝碼。做準(zhǔn)備，模電是很重要的取勝砝碼。4 4、為將來的進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。、為將來的進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。 1 1牢固掌握三基基本概念、基本電路、基本分析方牢固掌握三基基本概念、基本電路、基本分析方法）；法）； 2

2、 2逐步樹立工程觀點(diǎn)；逐步樹立工程觀點(diǎn)； * *3 3引入引入CAACAA、CADCAD技術(shù)技術(shù)運(yùn)用運(yùn)用pspicepspice、multisimmultisim分析電分析電子線路子線路 4 4重視實(shí)驗(yàn)重視實(shí)驗(yàn)1.1.基本內(nèi)容的處理原則：基本內(nèi)容的處理原則：學(xué)習(xí)的基本方法：學(xué)習(xí)的基本方法： 電子器件電子器件管管掌握外特性掌握外特性 基本電路基本電路路路課程重點(diǎn)課程重點(diǎn) 應(yīng)用電路應(yīng)用電路用用廣泛了解廣泛了解準(zhǔn)繩：三者結(jié)合，管為路用，以路為主。準(zhǔn)繩：三者結(jié)合，管為路用，以路為主。2.2.注意點(diǎn)：注意點(diǎn)：什么是模擬電路？什么是模擬電路？它與數(shù)字電路的區(qū)別是什么？它與數(shù)字電路的區(qū)別是什么？1.1.模擬

3、電路是處理模擬信號(hào)的電子電路，如：放大電模擬電路是處理模擬信號(hào)的電子電路，如：放大電 路、濾波電路、電壓路、濾波電路、電壓/ /電流變換電路等。電流變換電路等。2.2.數(shù)字電路是處理數(shù)字信號(hào)的電路。數(shù)字電路是處理數(shù)字信號(hào)的電路。那么，什么是模擬信號(hào)？什么又是數(shù)字信號(hào)呢？那么，什么是模擬信號(hào)？什么又是數(shù)字信號(hào)呢？ 項(xiàng)目一 半導(dǎo)體器件的認(rèn)識(shí)1.1 1.1 半導(dǎo)體的基本知識(shí)半導(dǎo)體的基本知識(shí)1.2 1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1.3 1.3 半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管1.1 1.1 半導(dǎo)體的基本知識(shí)半導(dǎo)體的基本知識(shí) 在物理學(xué)中。根據(jù)材料的導(dǎo)電能力，可以將他們劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。 典型的半導(dǎo)體是

4、硅Si和鍺Ge，它們都是4價(jià)元素。sisi硅原子硅原子Ge鍺原子鍺原子Ge+4+4硅和鍺最外層軌道上的硅和鍺最外層軌道上的四個(gè)電子稱為價(jià)電子。四個(gè)電子稱為價(jià)電子。1.1 半導(dǎo)體的基本知識(shí)半導(dǎo)體的基本知識(shí) 一、半導(dǎo)體的特點(diǎn) 1.熱敏性 2.光敏性 3.摻雜性 溫度、光照、是否摻入雜質(zhì)元素這三方面對(duì)半導(dǎo)體導(dǎo)電性能強(qiáng)弱影響很大。當(dāng)半導(dǎo)體溫度升高、光照加強(qiáng)、摻入雜質(zhì)元素，其導(dǎo)電能力將大大增強(qiáng)。 本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)束縛電子束縛電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4在絕對(duì)溫度在絕對(duì)溫度T=0K時(shí)，時(shí)，所有的價(jià)電子都被共價(jià)鍵所有的價(jià)電子都被共價(jià)鍵緊緊束縛在共價(jià)鍵中，不緊緊束縛在共價(jià)鍵中，不會(huì)成為自由電

5、子，因此本會(huì)成為自由電子，因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱，接近絕緣體。，接近絕緣體。一. 本征半導(dǎo)體 本征半導(dǎo)體化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體晶體。制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體材料的純度要達(dá)到99.9999999%，常稱為“九個(gè)9”。半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)本征激發(fā)和兩種載流子本征激發(fā)和兩種載流子1 1本征激發(fā)本征激發(fā) 共價(jià)鍵共價(jià)鍵T=0K T=0K 無載流子無載流子 束縛價(jià)電子束縛價(jià)電子 部分價(jià)電子部分價(jià)電子 自自由電子由電子光、熱作用光、熱作用 擺脫共價(jià)鍵擺脫共價(jià)鍵 獲得足夠能量獲得足夠能量 空空位位稱空穴稱空穴本征激發(fā)：指半導(dǎo)體在加熱或光照作用下，產(chǎn)生電子本征激發(fā)：指半導(dǎo)體在加熱

6、或光照作用下，產(chǎn)生電子空穴對(duì)的空穴對(duì)的現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)，也稱熱激發(fā)。 當(dāng)溫度升高或受到當(dāng)溫度升高或受到光的照射時(shí)，束縛光的照射時(shí)，束縛電子能量增高，有電子能量增高，有的電子可以掙脫原的電子可以掙脫原子核的束縛，而參子核的束縛，而參與導(dǎo)電，成為自由與導(dǎo)電，成為自由電子。電子。自由電子自由電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴 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)了一個(gè)空位，稱為空穴。 可見本征激發(fā)同時(shí)產(chǎn)生電子空穴對(duì)。 外加能量越高溫度越高），產(chǎn)生的電子空穴對(duì)越多。 動(dòng)畫演示 與本征激發(fā)相反的與本征激發(fā)相反的現(xiàn)象現(xiàn)象復(fù)合復(fù)合在一定溫度下，本征激在一定溫度下，本征

7、激發(fā)和復(fù)合同時(shí)進(jìn)行，達(dá)發(fā)和復(fù)合同時(shí)進(jìn)行，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。電子空穴到動(dòng)態(tài)平衡。電子空穴對(duì)的濃度一定。對(duì)的濃度一定。常溫常溫300K時(shí)：時(shí)：電子空穴對(duì)的濃度電子空穴對(duì)的濃度硅：硅：310cm104 . 1鍺：鍺：313cm105 . 2自由電子自由電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴電子空穴對(duì)電子空穴對(duì)半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)2 2載流子載流子 電場作用電場作用自由電子自由電子 定向運(yùn)動(dòng)定向運(yùn)動(dòng) 形成電子電流形成電子電流 電場作用電場作用空穴空穴 填補(bǔ)空穴的價(jià)電子作定向運(yùn)動(dòng)填補(bǔ)空穴的價(jià)電子作定向運(yùn)動(dòng) 形成空穴電形成空穴電流流兩種載流子：帶負(fù)電荷的自由電子兩種載流子：帶負(fù)電荷的自由電子

8、 電場電場 電子電流電子電流 極性相反極性相反 電流方向同電流方向同 帶正電荷的空穴帶正電荷的空穴 空穴電流空穴電流 運(yùn)動(dòng)方向相反運(yùn)動(dòng)方向相反自由電子自由電子 帶負(fù)電荷帶負(fù)電荷 電子流電子流動(dòng)畫演示動(dòng)畫演示+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由電子自由電子E總電流總電流載流子載流子空穴空穴 帶正電荷帶正電荷 空穴流空穴流本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性取決于外加能量：本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性取決于外加能量：溫度變化，導(dǎo)電性變化；光照變化，導(dǎo)電性變化。溫度變化，導(dǎo)電性變化；光照變化，導(dǎo)電性變化。導(dǎo)電機(jī)制導(dǎo)電機(jī)制思考下：本征半導(dǎo)體基本思考下：本征半導(dǎo)體基本不導(dǎo)電，那么如何讓半導(dǎo)不導(dǎo)電，那么如何讓半導(dǎo)體導(dǎo)電呢？體導(dǎo)電

9、呢？二二. . 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量雜質(zhì)元素后的半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。1. N1. N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)雜質(zhì)元素，例如磷，砷等，稱為N型半導(dǎo)體。 N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體多余電子多余電子磷原子磷原子硅原子硅原子+4+4+4+4+4+4+4+4+5多數(shù)載流子多數(shù)載流子自由電子自由電子少數(shù)載流子少數(shù)載流子 空穴空穴+N型半導(dǎo)體施主離子施主離子自由電子自由電子電子空穴對(duì)電子空穴對(duì) 在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)雜質(zhì)元素，如硼、鎵等。在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)雜質(zhì)元素，如硼、鎵等?？昭昭ㄅ鹪优鹪庸柙庸柙?4+4+4+4+4+4+3+4+4多數(shù)載流子多數(shù)載流子

10、空穴空穴少數(shù)載流子少數(shù)載流子自由電子自由電子P型半導(dǎo)體受主離子受主離子空穴空穴電子空穴對(duì)電子空穴對(duì)2. P2. P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意圖雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意圖+N型半導(dǎo)體多子多子電子電子少子少子空穴空穴P型半導(dǎo)體多子多子空穴空穴少子少子電子電子少子濃度少子濃度與溫度有關(guān)與溫度有關(guān)多子濃度多子濃度與溫度無關(guān)與溫度無關(guān) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)PNPN結(jié)結(jié) 將將P P型半導(dǎo)體與型半導(dǎo)體與N N型半導(dǎo)體制作在同一塊硅型半導(dǎo)體制作在同一塊硅片上，在它們的交界面就形成片上，在它們的交界面就形成PNPN結(jié)。結(jié)。1. PN1. PN結(jié)的形結(jié)的形成成漂移運(yùn)動(dòng)：漂移運(yùn)動(dòng)： 載流子在電場作用下的定向運(yùn)

11、動(dòng)。載流子在電場作用下的定向運(yùn)動(dòng)。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)：擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)： 由于濃度差引起的非平衡載流子的運(yùn)動(dòng)。由于濃度差引起的非平衡載流子的運(yùn)動(dòng)。內(nèi)電場E因多子濃度差因多子濃度差形成內(nèi)電場形成內(nèi)電場多子的擴(kuò)散多子的擴(kuò)散 空間電荷區(qū)空間電荷區(qū) 阻止多子擴(kuò)散，促使少子漂移。阻止多子擴(kuò)散，促使少子漂移。PNPN結(jié)合結(jié)合+P型半導(dǎo)體+N型半導(dǎo)體+空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)多子擴(kuò)散電流多子擴(kuò)散電流少子漂移電流少子漂移電流耗盡層耗盡層三三. PN. PN結(jié)及其單向?qū)щ娦越Y(jié)及其單向?qū)щ娦?1 . PN結(jié)的形成 動(dòng)畫演示少子飄移少子飄移補(bǔ)充耗盡層失去的多子，耗盡層窄，補(bǔ)充耗盡層失去的多子，耗盡層窄，E多子擴(kuò)散多子擴(kuò)散 又失去多子，耗

12、盡層寬，又失去多子，耗盡層寬，EP型半導(dǎo)體+N型半導(dǎo)體+內(nèi)電場E多子擴(kuò)散電流多子擴(kuò)散電流少子漂移電流少子漂移電流耗盡層耗盡層動(dòng)態(tài)平衡：動(dòng)態(tài)平衡： 擴(kuò)散電流擴(kuò)散電流 漂移電流漂移電流總電流總電流0勢壘勢壘 UO硅硅 0.5V鍺鍺 0.1V2. PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?1) 加正向電壓正偏）加正向電壓正偏）電源正極接電源正極接P區(qū)，負(fù)極接區(qū)，負(fù)極接N區(qū)區(qū) 外電場的方向與內(nèi)電場方向相反。外電場的方向與內(nèi)電場方向相反。 外電場削弱內(nèi)電場外電場削弱內(nèi)電場耗盡層變窄耗盡層變窄 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)多子擴(kuò)散形成正向電流多子擴(kuò)散形成正向電流I F+P型半導(dǎo)體+N型半導(dǎo)體+WER空間電荷區(qū)

13、內(nèi)電場E正向電流正向電流 (2) 加反向電壓加反向電壓電源正極接電源正極接N區(qū)，負(fù)極接區(qū)，負(fù)極接P區(qū)區(qū) 外電場的方向與內(nèi)電場方向相同。外電場的方向與內(nèi)電場方向相同。 外電場加強(qiáng)內(nèi)電場外電場加強(qiáng)內(nèi)電場耗盡層變寬耗盡層變寬 漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)少子漂移形成反向電流少子漂移形成反向電流I R+內(nèi)電場+E+EW+空 間 電 荷 區(qū)+R+IRPN 在一定的溫度下，由本征激發(fā)產(chǎn)生的少子濃度是一定的，故IR基本上與外加反壓的大小無關(guān)，所以稱為反向飽和電流。但I(xiàn)R與溫度有關(guān)。 PN PN結(jié)加正向電壓時(shí)，具有較大的正結(jié)加正向電壓時(shí)，具有較大的正向擴(kuò)散電流，呈現(xiàn)低電阻，向擴(kuò)散電流，呈現(xiàn)低電阻， PN

14、PN結(jié)導(dǎo)通；結(jié)導(dǎo)通； PN PN結(jié)加反向電壓時(shí)，具有很小的反結(jié)加反向電壓時(shí)，具有很小的反向漂移電流，呈現(xiàn)高電阻，向漂移電流，呈現(xiàn)高電阻， PN PN結(jié)截止。結(jié)截止。 由此可以得出結(jié)論：由此可以得出結(jié)論：PNPN結(jié)具有單向結(jié)具有單向?qū)щ娦?。?dǎo)電性。動(dòng)畫演示動(dòng)畫演示1 1 動(dòng)畫演示動(dòng)畫演示23. PN結(jié)的伏安特性曲線及表達(dá)式結(jié)的伏安特性曲線及表達(dá)式 根據(jù)理論推導(dǎo)，PN結(jié)的伏安特性曲線如圖正偏正偏I(xiàn)F多子擴(kuò)散多子擴(kuò)散）IR少子漂移）少子漂移）反偏反偏反向飽和電流反向飽和電流反向擊穿電壓反向擊穿電壓反向擊穿反向擊穿熱擊穿熱擊穿燒壞燒壞PN結(jié)結(jié)電擊穿電擊穿可逆可逆) 1(eTSUuIi 根據(jù)理論分析：u

15、 為為PN結(jié)兩端的電壓降結(jié)兩端的電壓降i 為流過為流過PN結(jié)的電流結(jié)的電流IS 為反向飽和電流為反向飽和電流UT =kT/q 稱為溫度的電壓當(dāng)量稱為溫度的電壓當(dāng)量其中其中k為玻耳茲曼常數(shù)為玻耳茲曼常數(shù) 1.381023q 為電子電荷量為電子電荷量1.6109T 為熱力學(xué)溫度為熱力學(xué)溫度 對(duì)于室溫相當(dāng)對(duì)于室溫相當(dāng)T=300 K）則有則有UT=26 mV。當(dāng)當(dāng) u0 uUT時(shí)時(shí)1eTUuTeSUuIi 當(dāng)當(dāng) u|U T |時(shí)時(shí)1eTUuSIi1.2 1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 二極管二極管 = PN結(jié)結(jié) + 管殼管殼 + 引線引線NP構(gòu)造構(gòu)造符號(hào)符號(hào)陽極陽極+陰極陰極- 二極管按結(jié)構(gòu)分三大類

16、：二極管按結(jié)構(gòu)分三大類：(1) 點(diǎn)接觸型二極管點(diǎn)接觸型二極管 PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。N型 鍺正 極 引 線負(fù) 極 引 線外 殼金 屬 觸 絲(3) 平面型二極管平面型二極管 用于集成電路制造工藝中。PN 結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開關(guān)電路中。(2) 面接觸型二極管面接觸型二極管 PN結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。SiO2正 極 引 線負(fù) 極 引 線N型 硅P型 硅負(fù) 極 引 線正 極 引 線N型 硅P型 硅鋁 合 金 小 球底 座半導(dǎo)體二極管的型號(hào)半導(dǎo)體二極管的型號(hào)國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)半導(dǎo)體器件型號(hào)的命名舉例如下：國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)半導(dǎo)體器件型號(hào)的命名舉例如下：2AP9用數(shù)字

17、代表同類器件的不同規(guī)格。用數(shù)字代表同類器件的不同規(guī)格。代表器件的類型，代表器件的類型，P為普通管，為普通管，Z為整流管，為整流管，K為開關(guān)管。為開關(guān)管。代表器件的材料，代表器件的材料，A為為N型型Ge，B為為P型型Ge， C為為N型型Si， D為為P型型Si。2代表二極管，代表二極管，3代表三極管。代表三極管。半導(dǎo)體二極管練習(xí)題半導(dǎo)體二極管練習(xí)題例題例題1 1求求I=I=？半導(dǎo)體二極管練習(xí)題半導(dǎo)體二極管練習(xí)題 分別估算開關(guān)斷開和閉合時(shí)輸分別估算開關(guān)斷開和閉合時(shí)輸出電壓的值。出電壓的值。半導(dǎo)體二極管練習(xí)題半導(dǎo)體二極管練習(xí)題 一 、半導(dǎo)體二極管的VA特性曲線 硅：0.5 V 鍺： 0.1 V(1)

18、 正向特性正向特性導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降反向飽和電流反向飽和電流(2) 反向特性反向特性死區(qū)死區(qū)電壓電壓iu0擊穿電壓擊穿電壓UBRUBR實(shí)驗(yàn)曲線實(shí)驗(yàn)曲線uEiVmAuEiVuA鍺鍺 硅：硅：0.7 V 鍺：鍺：0.3V二二. 二極管的模型及近似分析計(jì)算二極管的模型及近似分析計(jì)算例：例：IR10VE1k) 1(eTSUuIiD非線性器件非線性器件iu0iuRLC線性器件線性器件Riu 二極管的模型二極管的模型iuDU+-uiDUDU串聯(lián)電壓源模型串聯(lián)電壓源模型DUu DUu U D 二極管的導(dǎo)通壓降。硅管二極管的導(dǎo)通壓降。硅管 0.7V；鍺管；鍺管 0.3V。理想二極管模型理想二極管模型ui正偏正偏

19、反偏反偏-+iu導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降二極管的二極管的VA特性特性-+iuiu0二極管的近似分析計(jì)算二極管的近似分析計(jì)算IR10VE1kIR10VE1k例：例：串聯(lián)電壓源模型串聯(lián)電壓源模型mA3 . 9K1V)7 . 010(I測量值測量值 9.32mA相對(duì)誤差相對(duì)誤差00002 . 010032. 99.332. 9理想二極管模型理想二極管模型RI10VE1kmA10K1V10I相對(duì)誤差相對(duì)誤差0000710032. 932. 9100.7V例：二極管構(gòu)成的限幅電路如圖所示，例：二極管構(gòu)成的限幅電路如圖所示，R1k，UREF=2V，輸入信號(hào)為，輸入信號(hào)為ui。 (1)假設(shè)假設(shè) ui為為4V的直流信

20、號(hào)，分別采用理想二極管模型的直流信號(hào)，分別采用理想二極管模型、理想二極管串聯(lián)電壓源模型計(jì)算電流、理想二極管串聯(lián)電壓源模型計(jì)算電流I和輸出電壓和輸出電壓uo+-+UIuREFRiuO解：（解：（1采用理想模型分析。采用理想模型分析。 采用理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析。采用理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析。mA2k12VV4REFiRUuIV2REFoUumA31k1V702VV4DREFi.RUUuI2.7V0.7VV2DREFoUUu（2如果如果ui為幅度為幅度4V的交流三角波，波形如圖的交流三角波，波形如圖b所所示，分別采用理想二極管模型和理想二極管串聯(lián)電壓源模示，分別采用理想二極管模型和理想二

21、極管串聯(lián)電壓源模型分析電路并畫出相應(yīng)的輸出電壓波形。型分析電路并畫出相應(yīng)的輸出電壓波形。+-+UIuREFRiuO解：采用理想二極管解：采用理想二極管模型分析。波形如圖所示。模型分析。波形如圖所示。0-4V4Vuit2V2Vuot02.7Vuot0-4V4Vuit2.7V 采用理想二極管串聯(lián)采用理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析，波形電壓源模型分析，波形如圖所示。如圖所示。+-+UIuREFRiuO三三. 二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù) (1) 最大整流電流IF二極管長期連續(xù)工二極管長期連續(xù)工作時(shí)，允許通過二作時(shí)，允許通過二極管的最大整流極管的最大整流電流的平均值。電流的平均值。(2) 反向擊穿電

22、壓反向擊穿電壓UBR 二極管反向電流急劇增加時(shí)對(duì)應(yīng)的反向電壓值稱為反向擊穿電壓UBR。 (3) 反向電流IR 在室溫下，在規(guī)定的反向電壓下的反向電流值。硅二極管的反向電流一般在納安(nA)級(jí)；鍺二極管在微安(A)級(jí)。當(dāng)穩(wěn)壓二極管工作在當(dāng)穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿狀態(tài)下反向擊穿狀態(tài)下,工作工作電流電流IZ在在Izmax和和Izmin之間變化時(shí)之間變化時(shí),其其兩端電壓近似為常數(shù)兩端電壓近似為常數(shù)穩(wěn)定穩(wěn)定電壓電壓四、穩(wěn)壓二極管四、穩(wěn)壓二極管 穩(wěn)壓二極管是應(yīng)用在反向擊穿區(qū)的特殊二極管+-DZiuUZIUIzminIzmax正向同正向同二極管二極管反偏電壓反偏電壓UZ 反向擊穿反向擊穿UZ限流電阻限流電阻

23、 穩(wěn)壓二極管的主要 參數(shù) (1) 穩(wěn)定電壓UZ (2) 動(dòng)態(tài)電阻動(dòng)態(tài)電阻rZ 在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下，所對(duì)應(yīng)的反向工作電壓。 rZ =U /I rZ愈小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡。 (3) 最小穩(wěn)定工作 電流IZmin 保證穩(wěn)壓管擊穿所對(duì)應(yīng)的電流，若IZIZmin則不能穩(wěn)壓。 (4) 最大穩(wěn)定工作電流IZmax 超過Izmax穩(wěn)壓管會(huì)因功耗過大而燒壞。iuUZIUIzminIzmax 1.3 半導(dǎo)體三極管 半導(dǎo)體三極管，也叫晶體三極管。由半導(dǎo)體三極管，也叫晶體三極管。由于工作時(shí)，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都于工作時(shí)，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都參與運(yùn)行，因此，還被稱為雙極型晶體參與運(yùn)行，因此

24、，還被稱為雙極型晶體管管Bipolar Junction Transistor,簡稱簡稱BJT）。）。 BJT是由兩個(gè)是由兩個(gè)PN結(jié)組成的。結(jié)組成的。一一.BJT.BJT的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)NPN型PNP型符號(hào)符號(hào):-bce-ebc 三極管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)三極管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):（1發(fā)射區(qū)的摻雜濃度集電區(qū)摻雜濃度。發(fā)射區(qū)的摻雜濃度集電區(qū)摻雜濃度。（2基區(qū)要制造得很薄且濃度很低?；鶇^(qū)要制造得很薄且濃度很低。-NNP發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié) 集電結(jié)ecb發(fā)射極集電極基極-PPN發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié) 集電結(jié)ecb發(fā)射極集電極基極二二 BJT的內(nèi)部工作原理的內(nèi)部工作原理NPN管）管） 三極管在工作時(shí)要三極管在工作時(shí)要加上

25、適當(dāng)?shù)闹绷髌由线m當(dāng)?shù)闹绷髌秒妷?。置電壓。若在放大工作狀態(tài)：若在放大工作狀態(tài)：發(fā)射結(jié)正偏：發(fā)射結(jié)正偏：+UCE UBEUCB集電結(jié)反偏：集電結(jié)反偏：由由VBB保證保證由由VCC、 VBB保保證證UCB=UCE - UBE 0NNPBBVCCVRbRCebc共發(fā)射極接法共發(fā)射極接法c區(qū)區(qū)b區(qū)區(qū)e區(qū)區(qū) （1因?yàn)榘l(fā)射結(jié)正偏，所因?yàn)榘l(fā)射結(jié)正偏，所以發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子以發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子 ，形成了擴(kuò)散電流形成了擴(kuò)散電流IEN 。同時(shí)。同時(shí)從基區(qū)向發(fā)射區(qū)也有空穴的從基區(qū)向發(fā)射區(qū)也有空穴的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，形成的電流為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，形成的電流為IEP。但其數(shù)量小，可忽略。但其數(shù)量小，可忽略。 所所以發(fā)射極電流以發(fā)

26、射極電流I E I EN 。 （2發(fā)射區(qū)的電子發(fā)射區(qū)的電子注入基區(qū)后，變成了注入基區(qū)后，變成了少數(shù)載流子。少部分少數(shù)載流子。少部分遇到的空穴復(fù)合掉，遇到的空穴復(fù)合掉，形成形成IBN。所以基極電。所以基極電流流I B I BN 。大部分。大部分到達(dá)了集電區(qū)的邊緣到達(dá)了集電區(qū)的邊緣。1BJT內(nèi)部的載流子傳輸過程內(nèi)部的載流子傳輸過程N(yùn)NPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBI（3因?yàn)榧娊Y(jié)因?yàn)榧娊Y(jié)反偏，收集擴(kuò)散到反偏，收集擴(kuò)散到集電區(qū)邊緣的電子，集電區(qū)邊緣的電子，形成電流形成電流ICN 。NNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBICNICICBOI 另外，集電結(jié)區(qū)另外，集電結(jié)區(qū)的

27、少子形成漂移的少子形成漂移電流電流ICBO。2電流分配關(guān)系電流分配關(guān)系三個(gè)電極上的電流關(guān)系三個(gè)電極上的電流關(guān)系:IE =IC+IBNNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBICNICICBOI定義：定義：ECNII ECBOECIIII(1)IC(1)IC與與I EI E之間的關(guān)系之間的關(guān)系: :所以所以: :ECII其值的大小約為其值的大小約為0.90.99。 (2)IC與與I B之間的關(guān)系：之間的關(guān)系：NNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIECNICICBOI聯(lián)立以下兩式：聯(lián)立以下兩式：CBOECIII BCEIII得：得：CBOBCCBOECIIIIII）（ 所以：所以：

28、CBOBC111III BCEOBCIIII 得：得： 1令：令：CBOCEO11II BI三三. BJT. BJT的特性曲線共發(fā)射極接法）的特性曲線共發(fā)射極接法）(1) (1) 輸入特性曲線輸入特性曲線 iB=f(uBE) iB=f(uBE) uCE=constuCE=const+i-uBE+-uBTCE+Ci（1uCE=0V時(shí)，相當(dāng)于兩個(gè)時(shí)，相當(dāng)于兩個(gè)PN結(jié)并聯(lián)。結(jié)并聯(lián)。0.40.2i(V)(uA)BE80400.80.6Bu=0VuCE 1VCEu（3uCE 1V再增加時(shí)，曲線右移很不明顯。再增加時(shí)，曲線右移很不明顯。（2當(dāng)當(dāng)uCE=1V時(shí)，時(shí)， 集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀態(tài)，開始收集電子，所以

29、基區(qū)集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀態(tài)，開始收集電子，所以基區(qū)復(fù)合減少，復(fù)合減少， 在同一在同一uBE 電壓下，電壓下，iB 減小。特性曲線將向右稍微移動(dòng)一減小。特性曲線將向右稍微移動(dòng)一些。些。 (2)輸出特性曲線 iC=f(uCE) iB=const 現(xiàn)以現(xiàn)以iB=60uA一條加以說明。一條加以說明。 （1當(dāng)當(dāng)uCE=0 V時(shí)，因集電極無收集作用，時(shí)，因集電極無收集作用，iC=0。（2） uCE Ic 。 （3） 當(dāng)當(dāng)uCE 1V后，后，收集電子的能力足夠強(qiáng)。收集電子的能力足夠強(qiáng)。這時(shí)，發(fā)射到基區(qū)的電這時(shí)，發(fā)射到基區(qū)的電子都被集電極收集，形子都被集電極收集，形成成iC。所以。所以u(píng)CE再增加，再增加，iC

30、基本保持不變?；颈３植蛔?。同理，可作出同理，可作出iB=其他值的曲線。其他值的曲線。 iCCE(V)(mA)=60uAIBu=0BBII=20uABI=40uAB=80uAI=100uAIB 輸出特性曲線可以分為三個(gè)區(qū)域輸出特性曲線可以分為三個(gè)區(qū)域:飽和區(qū)飽和區(qū)iC受受uCE顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)uCE0.7 V。 此時(shí)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)也正偏。此時(shí)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)也正偏。截止區(qū)截止區(qū)iC接近零的區(qū)域，相當(dāng)接近零的區(qū)域，相當(dāng)iB=0的曲線的的曲線的下方。下方。 此時(shí)，發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。此時(shí)，發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。放大區(qū)放大區(qū) 曲線基本平行曲線基本平行等等

31、距。距。 此時(shí)，此時(shí)，發(fā)發(fā) 射結(jié)正偏，射結(jié)正偏，集電集電 結(jié)反偏。結(jié)反偏。 該區(qū)中有：該區(qū)中有：BCII iCIBIB=0uCE(V)(mA)=20uABI=40uABI=60uABI=80uABI=100uA飽和區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)四四. BJT的主要參數(shù)的主要參數(shù)1.電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)（2 2共基極電流放大系數(shù)：共基極電流放大系數(shù)： BCII BCii ECII ECii iCE=20uA(mA)B=40uAICu=0(V)=80uAIBBBIBiIBI =100uACBI=60uAi一般取一般取20200之間之間2.31.538A60mA3 . 2BCII40A40)-

32、(60mA)5 . 13 . 2(BCii（1 1共發(fā)射極電流放大系數(shù)：共發(fā)射極電流放大系數(shù)： 2.極間反向電流極間反向電流 （2集電極發(fā)射極間的穿集電極發(fā)射極間的穿透電流透電流ICEO 基極開路時(shí)，集電極到基極開路時(shí)，集電極到發(fā)射極間的電流發(fā)射極間的電流穿透穿透電流電流 。其大小與溫度有關(guān)。其大小與溫度有關(guān)。 （1集電極基極間反向飽和電流ICBO 發(fā)射極開路時(shí)，在其集電結(jié)上加反向電壓，得到反向電流。它實(shí)際上就是一個(gè)PN結(jié)的反向電流。其大小與溫度有關(guān)。 鍺管：I CBO為微安數(shù)量級(jí)， 硅管：I CBO為納安數(shù)量級(jí)。CBOCEO)1 (II+ICBOecbICEO 3.極限參數(shù) Ic增加時(shí)，增加

33、時(shí)， 要下降。當(dāng)要下降。當(dāng)值下值下降到線性放大區(qū)降到線性放大區(qū)值的值的70時(shí)，所時(shí)，所對(duì)應(yīng)的集電極電流稱為集電極最大對(duì)應(yīng)的集電極電流稱為集電極最大允許電流允許電流ICM。（1集電極最大允許電流集電極最大允許電流ICM（2集電極最大允集電極最大允許功率損耗許功率損耗PCM 集電極電流通過集電極電流通過集電結(jié)時(shí)所產(chǎn)生的集電結(jié)時(shí)所產(chǎn)生的功耗，功耗， PC= ICUCE BICEui(V)IBC=100uAB=80uA=60uA(mA)IIB=0B=40uA=20uABIIPCM PCM （3反向擊穿電壓 BJT有兩個(gè)有兩個(gè)PN結(jié)，其反向擊穿電壓有以下幾結(jié)，其反向擊穿電壓有以下幾種：種： UBREBO

34、集電極開路時(shí)，發(fā)射極與基極之間允許的最大反向電壓。其值一般幾伏十幾伏。 UBRCBO發(fā)射極開路時(shí)，集電極與基極之間允許的最大反向電壓。其值一般為幾十伏幾百伏。 UBRCEO基極基極開路時(shí)，集電極與發(fā)射極開路時(shí)，集電極與發(fā)射極之間允許的最大反向電壓。之間允許的最大反向電壓。 在實(shí)際使用時(shí)，還有在實(shí)際使用時(shí)，還有UBRCER、UBRCES等擊穿電壓。等擊穿電壓。 -(BR)CEOU(BR)CBOU(BR)EBOU 1.4 三極管的模型及分析方法0.40.2i(V)(uA)BE80400.80.6BuiCIBIB=0uCE(V)(mA)=20uABI =40uABI =60uABI =80uABI

35、=100uA非線性器件非線性器件BCIIUD=0.7VUCES=0.3ViB0 iC0一一. BJT的模型的模型+i-uBE+-uBCE+Cibeec截止?fàn)顟B(tài)截止?fàn)顟B(tài)ecb放大狀態(tài)放大狀態(tài)UDIBICIBecb發(fā)射結(jié)導(dǎo)通壓降發(fā)射結(jié)導(dǎo)通壓降UD硅管硅管0.7V鍺管鍺管0.3V飽和狀態(tài)飽和狀態(tài)ecbUDUCES飽和壓降飽和壓降UCES硅管硅管0.3V鍺管鍺管0.1V直流模型直流模型二二. BJT電路的分析方法直流）電路的分析方法直流）1. 模型分析法近似估算法）模型分析法近似估算法）(模擬模擬p5859)VCCVBBRbRc12V6V4K150K+UBE+UCEIBIC+VCC+VBBRbRc(+

36、12V)(+6V)4K150K+UBE+UCEIBIC例：共射電路如圖，已知三極管為硅管，例：共射電路如圖，已知三極管為硅管，=40，試，試求電路中的直流量求電路中的直流量IB、 IC 、UBE 、UCE。+VCC+VBBRbRc(+12V)(+6V)4K150K+UBE+UCEIBIC0.7VIBecbIC+VCCRc(+12V)4K+UBEIB+VBBRb(+6V)150K+UCE解：設(shè)三極管工作在放大狀態(tài)，用放大模型代替三極管。解：設(shè)三極管工作在放大狀態(tài)，用放大模型代替三極管。UBE=0.7VA40K150V6K150V)7 . 06(bBEBBBRUVI mA6 . 1A4040BCI

37、I V6 . 546 . 112CCCCCERIVU 2. 圖解法圖解法 模擬模擬(p5456)VCCVBBRbRc12V6V4K150K+uCEIB=40AiC非線性部分非線性部分線性部分線性部分iC=f(uCE) iB=40ACCCCCERiVuM(VCC,0)(12 , 0)(0 , 3), 0(CCCRVNiCCE(V)(mA)=60uAIBu=0BBII=20uABI =40uAB=80uAI=100uAIB直流負(fù)載線直流負(fù)載線斜率：斜率：CCCCCC1RVRVtgKUCEQ6VICQ1.5mAIB=40AIC=1.5mAUCEQ=6V 直流直流工作點(diǎn)工作點(diǎn)Q 半導(dǎo)體三極管的型號(hào)第二

38、位：第二位：A鍺鍺PNP管、管、B鍺鍺NPN管、管、 C硅硅PNP管、管、D硅硅NPN管管 第三位：第三位：X低頻小功率管、低頻小功率管、D低頻大功率管、低頻大功率管、 G高頻小功率管、高頻小功率管、A高頻大功率管、高頻大功率管、K開關(guān)管開關(guān)管用字母表示材料用字母表示材料用字母表示器件的種類用字母表示器件的種類用數(shù)字表示同種器件型號(hào)的序號(hào)用數(shù)字表示同種器件型號(hào)的序號(hào)用字母表示同一型號(hào)中的不同規(guī)格用字母表示同一型號(hào)中的不同規(guī)格三極管三極管國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)半導(dǎo)體器件型號(hào)的命名舉例如下：國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)半導(dǎo)體器件型號(hào)的命名舉例如下：3DG110B 1.5 場效應(yīng)管 BJT是一種電流控制元件是一種電流控制元件(i

39、B iC)，工作時(shí)，多數(shù)，工作時(shí)，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都參與運(yùn)行，所以被稱為雙極載流子和少數(shù)載流子都參與運(yùn)行，所以被稱為雙極型器件。型器件。增強(qiáng)型增強(qiáng)型耗盡型耗盡型N溝道溝道P溝道溝道N溝道溝道P溝道溝道N溝道溝道P溝道溝道FET分類：分類： 絕緣柵場效應(yīng)管絕緣柵場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管 場效應(yīng)管場效應(yīng)管Field Effect Transistor簡稱簡稱FET是一種是一種電壓控制器件電壓控制器件(uGS iD) ，工作時(shí)，只有一種載流子，工作時(shí)，只有一種載流子參與導(dǎo)電，因此它是單極型器件。參與導(dǎo)電，因此它是單極型器件。 FET因其制造工藝簡單，功耗小，溫度特性好，輸因其制造工藝簡

40、單，功耗小，溫度特性好，輸入電阻極高等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。入電阻極高等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。一. 絕緣柵場效應(yīng)三極管 絕緣柵型場效應(yīng)管絕緣柵型場效應(yīng)管 ( Metal Oxide Semiconductor FET)，簡稱簡稱MOSFET。分為：。分為： 增強(qiáng)型增強(qiáng)型 N溝道、溝道、P溝道溝道 耗盡型耗盡型 N溝道、溝道、P溝道溝道 1.N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOS管管 （1構(gòu)造構(gòu)造 4個(gè)電極：漏極個(gè)電極：漏極D，源極源極S，柵極，柵極G和和 襯底襯底B。-gsdb符號(hào)：符號(hào)：-N+NP襯底sgdb源極柵極漏極襯底 當(dāng)uGS0V時(shí)縱向電場將靠近柵極下方的空穴向下排斥耗盡層。（2 2工作原理工

41、作原理 當(dāng)uGS=0V時(shí)，漏源之間相當(dāng)兩個(gè)背靠背的 二極管，在d、s之間加上電壓也不會(huì)形成電流，即管子截止。 再增加uGS縱向電場將P區(qū)少子電子聚集到P區(qū)表面形成導(dǎo)電溝道，如果此時(shí)加有漏源電壓，就可以形成漏極電流id。柵源電壓柵源電壓uGS的控制作用的控制作用-P襯底sgN+bdVDD二氧化硅+N-s二氧化硅P襯底gDDV+Nd+bNVGGid 定義： 開啟電壓（ UT）剛剛產(chǎn)生溝道所需的柵源電壓UGS。 N溝道增強(qiáng)型MOS管的基本特性： uGS UT，管子截止， uGS UT，管子導(dǎo)通。 uGS 越大，溝道越寬，在相同的漏源電壓uDS作用下，漏極電流ID越大。 漏源電壓漏源電壓uDS對(duì)漏極對(duì)

42、漏極電流電流id的控制作用的控制作用 當(dāng)uGSUT，且固定為某一值時(shí)，來分析漏源電壓VDS對(duì)漏極電流ID的影響。（設(shè)UT=2V， uGS=4V） （auds=0時(shí)，時(shí)， id=0。（buds id； 同時(shí)溝道靠漏區(qū)變窄。同時(shí)溝道靠漏區(qū)變窄。（c當(dāng)當(dāng)uds增加到使增加到使ugd=UT時(shí)時(shí)，溝道靠漏區(qū)夾斷，稱為預(yù)夾斷。溝道靠漏區(qū)夾斷，稱為預(yù)夾斷。（duds再增加，預(yù)夾斷區(qū)再增加，預(yù)夾斷區(qū)加長，加長， uds增加的部分基本降增加的部分基本降落在隨之加長的夾斷溝道上落在隨之加長的夾斷溝道上， id基本不變?；静蛔?。-s二氧化硅P襯底gDDV+Nd+bNVGGid-二氧化硅NisdNVb+DDdVP襯

43、底GGg-GGbVd二氧化硅siNgDD+dP襯底VN+-P襯底d+dDDVs+二氧化硅NNbiGGVg（3 3特性曲線特性曲線 四個(gè)區(qū)：（a可變電阻區(qū)預(yù)夾斷前）。 輸出特性曲線：輸出特性曲線：iD=f(uDS)uGS=consti(V)(mA)DDSuGS=6Vuu=5VGS=4VuGSu=3VGS（b恒流區(qū)也稱飽和恒流區(qū)也稱飽和 區(qū)預(yù)夾斷區(qū)預(yù)夾斷 后）。后）。 （c夾斷區(qū)截止區(qū)）。夾斷區(qū)截止區(qū)）。 （d擊穿區(qū)。擊穿區(qū)。可變電阻區(qū)可變電阻區(qū)恒流區(qū)恒流區(qū)截止區(qū)截止區(qū)擊穿區(qū)擊穿區(qū) 轉(zhuǎn)移特性曲線： iD=f(uGS)uDS=const 可根據(jù)輸出特性曲線作出移特性曲線。例：作uDS=10V的一條轉(zhuǎn)

44、移特性曲線：i(mA)DGS=6Vuu=5VGS=4VuGSu=3VGSuDS(V)Di(mA)10V12341432(V)uGS246UT 一個(gè)重要參數(shù)跨導(dǎo)gm： gm=iD/uGS uDS=const (單位單位mS) gm的大小反映了柵源電壓對(duì)漏極電流的控制作的大小反映了柵源電壓對(duì)漏極電流的控制作用。用。 在轉(zhuǎn)移特性曲線上，在轉(zhuǎn)移特性曲線上， gm為的曲線的斜率。為的曲線的斜率。 在輸出特性曲線上也可求出在輸出特性曲線上也可求出gm。1(mA)DSu=6V=3VuuGS(V)1D624i43=5V(mA)243iDGS210V(V)uGSiDGSuiD 2.N溝道耗盡型溝道耗盡型MOSFET特點(diǎn)：特點(diǎn)： 當(dāng)當(dāng)uGS=0時(shí)，就有溝時(shí)，就有溝道，加入道，加入uDS，就有