第一章線性電路

電子線路：包含電子器件、并能對(duì)電信號(hào)實(shí)現(xiàn)某種處理的功能電路概述電路組成：電子器件+外圍電路電子器件：二極管、三極管、場(chǎng)效應(yīng)管、集成電路等外圍電路：直流電源、電阻、電容、電流源電路等放大器揚(yáng)聲器話筒自我介紹要求與希望：

掌握典型電路的組成、工作原理、性能特點(diǎn)和分析計(jì)算方法。獲得電子線路方面的基本理論、基本知識(shí)和基本技能，為今后學(xué)習(xí)其他專業(yè)課打好基礎(chǔ)。課程地位：專業(yè)基礎(chǔ)課（主干課）半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)（一、二、三章）基本放大電路（第四章）反饋放大器（第五章）運(yùn)算放大器（第六章）具體做法：（1）學(xué)習(xí)過(guò)程中勤學(xué)多問(wèn)，貴在堅(jiān)持（2）時(shí)間上要抓緊，抓而不緊，等于不抓課程內(nèi)容：課程難易度：不簡(jiǎn)單[1]謝嘉奎主編.《電子線路線性部分5版》.北京：高等教育出版社，1999[2]童詩(shī)白編.《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)，4版》.北京：高等教育出版社，2001[3]康華光編.《電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分），5版》.北京：高等教育出版社，2006[4]汪勝寧，程?hào)|紅編.《電子線路（第四版）》教學(xué)指導(dǎo)書，高等教育出版社，2003主要參考書§1半導(dǎo)體的基本知識(shí)§1.1PN結(jié)一、物質(zhì)的分類

金屬導(dǎo)體：

r<10-4W·cm，最外層電子1~2個(gè)

絕緣體：

r>1010W·cm

半導(dǎo)體：導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)稱半導(dǎo)體說(shuō)明：1）硅和鍺是半導(dǎo)體器件中常用的半導(dǎo)體材料

2）半導(dǎo)體材料得以廣泛應(yīng)用起因于其獨(dú)特性質(zhì)二、半導(dǎo)體的獨(dú)特性質(zhì)

1、摻雜性：r受“摻雜”影響大

往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些“雜質(zhì)”，會(huì)使它的導(dǎo)電能力明顯改變。

30到40℃，半導(dǎo)體電阻率減小一半，導(dǎo)體銅從30到100℃，增加不到1倍當(dāng)受外界光照時(shí)，它的導(dǎo)電能力明顯變化2、熱敏性：r隨溫度上升而下降3、光敏性：r隨光照的增強(qiáng)而下降說(shuō)明：利用半導(dǎo)體材料的熱敏性和光敏性，可以制成各類傳感器§1.1.1本征半導(dǎo)體一、本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

說(shuō)明：通過(guò)一定的工藝過(guò)程，可以將半導(dǎo)體制成排列整齊，結(jié)構(gòu)規(guī)則的晶體。半導(dǎo)體材料中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們的最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)。SiGe原子序數(shù)14原子序數(shù)32一、本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

為方便常表示為：慣性核（原子實(shí)）+價(jià)電子+4慣性核SiGe原子序數(shù)14原子序數(shù)32

為什么硅和鍺都可以這樣表示？?jī)r(jià)電子+4表示除去價(jià)電子后的原子

制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體材料是化學(xué)成分非常純凈，純度要達(dá)到99.9999999%，常稱為“九個(gè)9”。在結(jié)構(gòu)上以共價(jià)鍵形式構(gòu)成的晶體形態(tài)。硅和鍺的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)共用電子對(duì)形成共價(jià)鍵+4+4+4+4二、本征半導(dǎo)體常溫下束縛電子很難脫離共價(jià)鍵成為自由電子，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子密度很小，導(dǎo)電能力很弱。形成共價(jià)鍵后，每個(gè)原子的最外層電子都是8個(gè)，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。通過(guò)晶體生長(zhǎng)工藝，使原子排列規(guī)則，形成共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)的晶體。+4+4+4+4共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中，稱為束縛電子。→三、本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理在絕對(duì)0度（T=0K）或沒(méi)有外界激發(fā)時(shí)，價(jià)電子完全被共價(jià)鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒(méi)有可以運(yùn)動(dòng)的帶電粒子，完全沒(méi)有導(dǎo)電能力，相當(dāng)于絕緣體。在常溫下，有一些價(jià)電子獲得足夠的能量而脫離共價(jià)鍵的束縛，成為自由電子，同時(shí)共價(jià)鍵上留下一個(gè)空位，稱為空穴。這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)，也稱熱激發(fā)。1、載流子、空穴、本征激發(fā)載流子——運(yùn)載電荷的可流動(dòng)粒子→帶電的可移動(dòng)粒子2、本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理+4+4+4+4在靜電力的作用下，空穴吸引附近的電子來(lái)填補(bǔ)。

本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即自由電子和空穴。自由電子說(shuō)明：本征半導(dǎo)體自由電子和空穴都可以導(dǎo)電，但導(dǎo)電能力很弱（原因?）這樣的結(jié)果相當(dāng)于空穴的遷移，而空穴的遷移相當(dāng)于正電荷的移動(dòng)，因此可以認(rèn)為空穴是載流子。原因?溫度越高，載流子的濃度越高（原因？），本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力與載流子的濃度成正比在電場(chǎng)力作用下，載流子定向移動(dòng)形成電流，因此本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成：

1）自由電子移動(dòng)產(chǎn)生的電流

2）空穴移動(dòng)產(chǎn)生的電流幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)溫度是影響半導(dǎo)體性能的一個(gè)重要的外部因素，是半導(dǎo)體的一大特點(diǎn)。j電流密度，r帶電粒子密度，v粒子平均速度+4+4+4+4+4+4+4+4+4

因熱激發(fā)而出現(xiàn)的自由電子和空穴是同時(shí)成對(duì)出現(xiàn)的，稱為電子-空穴對(duì)。游離的部分自由電子也可能回到空穴中去，稱為復(fù)合本征激發(fā)3、本征激發(fā)和復(fù)合復(fù)合本征激發(fā)數(shù)目越多，復(fù)合量越大，使得本征激發(fā)數(shù)目減少；這又使得復(fù)合減少。最終，在一定溫度下達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡4、熱平衡載流子的濃度在本征半導(dǎo)體中不斷地進(jìn)行著激發(fā)與復(fù)合兩種相反的過(guò)程，當(dāng)溫度一定時(shí)，兩種狀態(tài)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，即本征激發(fā)產(chǎn)生的電子——空穴對(duì)，與復(fù)合的電子——空穴對(duì)數(shù)目相等，這種狀態(tài)稱為熱平衡狀態(tài)。

本征半導(dǎo)體在熱平衡狀態(tài)下中自由電子和空穴的載流子的濃度是一定的，分別用濃度（單位體積中載流子的數(shù)目）ni和pi來(lái)表示，并且自由電子的濃度和空穴的濃度相等。根據(jù)半導(dǎo)體物理中的有關(guān)理論，可以證明式中，濃度單位為cm-3，A——常量

（硅：3.88×1016cm-3K-3/2，鍺：1.76×1016cm-3K-3/2）T——熱力學(xué)溫度k——是玻爾茲曼常數(shù)（8.63×10-5eV/K），Eg0——T=0K（即-273℃）時(shí)的禁帶寬度，導(dǎo)帶與價(jià)帶間的距離（硅為1.21eV，鍺為0.785eV）該公式的核心是什么？載流子濃度是溫度的函數(shù)公式表明，本征半導(dǎo)體的載流子濃度和溫度、材料有關(guān)。將相關(guān)參數(shù)帶入公式中，可以得到300K時(shí)硅的ni=1.43×1010cm-3(教材1.5×1010cm-3,相對(duì)誤差較大）結(jié)論：室溫下本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力非常弱說(shuō)明：本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨溫度升高，增加很快硅，500K時(shí)：ni=3.53×1014cm-3，

600K時(shí)：ni=4.81×1015cm-3

由此可以看到，盡管本征半導(dǎo)體在室溫情況下具有一定的導(dǎo)電能力，但是，本征半導(dǎo)體中載流子的數(shù)目遠(yuǎn)小于原子數(shù)目（硅：4.96×1022cm-3），因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很低。+4+4+5+4§1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)或五價(jià)元素，會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。一、N型半導(dǎo)體

在硅或鍺晶體中摻入少量的五價(jià)元素磷，晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代。磷原子的最外層有五個(gè)價(jià)電，其中四個(gè)與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵，必定多出一個(gè)電子磷原子多余電子+4+4+5+4一、N型半導(dǎo)體

多出的電子幾乎不受束縛，很容易被激發(fā)而成為自由電子，這樣中性磷原子就成了不能移動(dòng)的帶正電的離子每個(gè)磷原子給出一個(gè)電子，稱為施主原子（Donor），相應(yīng)的摻雜元素稱施主雜質(zhì)。多余電子1、施主原子

說(shuō)明：多出的電子幾乎不受束縛，是指（1）不受共價(jià)鍵束縛；（2）受慣性核吸引很弱（1）由施主原子提供的自由電子濃度每個(gè)施主原子，提供一個(gè)自由電子，其濃度與施主原子濃度相同2、摻雜對(duì)導(dǎo)電性能的影響（2）施主濃度與本征濃度比較設(shè)摻雜濃度為百萬(wàn)分之一，即10-6，其濃度為（3）摻雜對(duì)導(dǎo)電性能的影響自由電子濃度近似為摻雜濃度，使導(dǎo)電能力大大增強(qiáng)，摻雜百萬(wàn)分之一，導(dǎo)電能力可以提高一百萬(wàn)倍（4）多數(shù)載流子與少數(shù)載流子概念摻雜濃度遠(yuǎn)大于本征半導(dǎo)體中載流子濃度，所以自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度。自由電子稱為多數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱多子），空穴稱為少數(shù)載流子（少子）。（7）N型半導(dǎo)體中的少數(shù)載流子（空穴），與本征半導(dǎo)體中的空穴聯(lián)系：2、摻雜對(duì)導(dǎo)電性能的影響

摻雜后，雜質(zhì)半導(dǎo)體中空穴p0應(yīng)該比本征半導(dǎo)體中pi數(shù)目為少。為什么？（8）室溫下，多子濃度取決于與摻雜濃度，少子濃度取決于溫度注意條件：室溫（6）多子和少子同時(shí)參與導(dǎo)電，但起主導(dǎo)作用的是多子，當(dāng)多子是電子，用N表示，稱為N型半導(dǎo)體（5）雜質(zhì)型半導(dǎo)體多子和少子的移動(dòng)都能形成電流。但由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主要是多子。近似認(rèn)為多子與雜質(zhì)濃度相等。二、P型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的三價(jià)元素，如硼（或銦），晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被硼取代（不能移動(dòng)），硼原子的最外層有三個(gè)價(jià)電子，與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)空穴。+4+4+3+4空穴硼原子P型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子

這個(gè)空穴容易吸引束縛電子來(lái)填補(bǔ)，使得中性硼原子成為不能移動(dòng)的帶負(fù)電的離子。

由于硼原子接受電子，所以稱為受主原子(Acceptor)三、雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意圖表示法－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半導(dǎo)體++++++++++++++++++++++++N型半導(dǎo)體說(shuō)明：摻入3價(jià)元素的半導(dǎo)體中，多數(shù)載流子是空穴，帶正電，用P表示，稱為空穴型半導(dǎo)體，也稱為P型半導(dǎo)體。不能移動(dòng)的離子二、P型半導(dǎo)體示意圖關(guān)鍵：去掉慣性核與4個(gè)價(jià)電子的剩余部分

四、雜質(zhì)半導(dǎo)體中載流濃度計(jì)算N型半導(dǎo)體（熱平衡條件）（電中性方程）P型半導(dǎo)體n0：雜質(zhì)半導(dǎo)體自由電子濃度，p0：雜質(zhì)半導(dǎo)體空穴濃度ni：熱平衡載流子濃度，Nd：施主雜質(zhì)濃度（電離后帶正電）Na為受主雜質(zhì)濃度注意近似條件熱平衡條件：溫度一定時(shí)，兩種載流子熱平衡濃度值的乘積，等于本征載流子濃度值ni的平方說(shuō)明：由T計(jì)算ni，判別是否滿足近似條件得n0，滿足求p0同理例1-2-1本征硅半導(dǎo)體摻入濃度5×1014cm-3施主雜質(zhì)后，當(dāng)T=300K時(shí)，其多子濃度和少子濃度各為多少；溫度上升到500K又如何？T=500K，熱平衡載流子濃度遠(yuǎn)大于條件不滿足，需解方程否則當(dāng)pi>Nd時(shí)，會(huì)出現(xiàn)少子濃度大于多子濃度的矛盾注意：教材4版P7“多子濃度幾乎與溫度無(wú)關(guān)”應(yīng)是有條件成立先判別是否滿足近似條件1.1.3

兩種導(dǎo)電機(jī)理——漂移和擴(kuò)散一、漂移與漂移電流外加電場(chǎng)作用下的載流子的定向移動(dòng)稱漂移，相應(yīng)的電流為漂移電流，漂移電流密度

Jt=Jpt+Jnt=q(pmp+nmn)Ep、n分別是空穴和自由電子的濃度，q為每個(gè)粒子的電量，E是外加電場(chǎng)，mp、mn則分別是空穴和自由電子的遷移率，表示單位電場(chǎng)強(qiáng)度作用下的平均漂移速度，與溫度、載流子性質(zhì)、半導(dǎo)體材料以及摻雜濃度等有關(guān)。（2）

Jt=Jpt+Jnt=q(pmp+nmn)E公式與本質(zhì)相同

說(shuō)明（1）漂移電流與濃度成正比，與場(chǎng)強(qiáng)成正比二、擴(kuò)散與擴(kuò)散電流因濃度差引起的載流子的定向移動(dòng)稱擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，相應(yīng)的電流稱擴(kuò)散電流。電子與空穴電流密度分別為Dn、Dp分別是自由電子和空穴的擴(kuò)散系數(shù)，隨溫度升高而增大。dn(x)/dx、dp(x)/dx分別為自由電子和空穴的沿x方向的濃度梯度，即沿x方向的濃度差的變化率注意：漂移電流與電場(chǎng)強(qiáng)度成正比，擴(kuò)散電流與濃度梯度成正比§1.2

PN結(jié)1.2.1

動(dòng)態(tài)平衡下的PN結(jié)采用不同的摻雜工藝，通過(guò)擴(kuò)散作用，將P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體制作在同一塊半導(dǎo)體（通常是硅或鍺）基片上，在它們的交界面處就形成了具有獨(dú)特物理性質(zhì)的結(jié)合部——PN結(jié)。一、PN結(jié)形成的物理過(guò)程1.擴(kuò)散形成空間電荷區(qū)內(nèi)電場(chǎng)E1.擴(kuò)散形成空間電荷區(qū)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－說(shuō)明（1）濃度差越大，空間電荷區(qū)越寬（2）空間電荷區(qū)幾乎沒(méi)有可移動(dòng)的帶電粒子（3）空間電荷區(qū)也稱耗盡層、勢(shì)壘區(qū)N型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體擴(kuò)散的結(jié)果產(chǎn)生空間電荷區(qū)，形成內(nèi)電場(chǎng)。N型半導(dǎo)體擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)E漂移運(yùn)動(dòng)2內(nèi)電場(chǎng)使電荷區(qū)變薄－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－內(nèi)電場(chǎng)的存在，不利于擴(kuò)散進(jìn)一步進(jìn)行。原因：內(nèi)電場(chǎng)的存在產(chǎn)生了漂移運(yùn)動(dòng)，而漂移運(yùn)動(dòng)使得空間電荷區(qū)變薄說(shuō)明：內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，越不利于擴(kuò)散P型半導(dǎo)體3PN結(jié)的形成

內(nèi)電場(chǎng)吸引P區(qū)電子和N區(qū)空穴（少子），產(chǎn)生少子的漂移，使得內(nèi)電場(chǎng)減弱，而內(nèi)電場(chǎng)減弱又有利于多子的擴(kuò)散，所以擴(kuò)散和漂移這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)（紅、藍(lán)電子、空穴運(yùn)動(dòng)方向相反）最終達(dá)到平衡，相當(dāng)于兩個(gè)區(qū)之間沒(méi)有凈電荷運(yùn)動(dòng)，空間電荷區(qū)的厚度保持固定不變。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)E漂移運(yùn)動(dòng)P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體－+－－－－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++++2.空間電荷區(qū)中載流子數(shù)量很少，導(dǎo)電能力很弱3.空間電荷區(qū)中內(nèi)電場(chǎng)總是阻礙P區(qū)中的空穴、N區(qū)中的電子（都是多子）向?qū)Ψ竭\(yùn)動(dòng)（擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)），即內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)總是阻礙多子的擴(kuò)散，有利于少子漂移4.相反，內(nèi)電場(chǎng)消弱總是有利于擴(kuò)散注意:內(nèi)電場(chǎng)E漂移運(yùn)動(dòng)P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體－+－－－－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++++1.內(nèi)電場(chǎng)的方向總是由N區(qū)指向P區(qū)結(jié)論：

擴(kuò)散形成空間電荷區(qū)，建立內(nèi)電場(chǎng)，內(nèi)電場(chǎng)總是阻礙多子的進(jìn)一步擴(kuò)散，而有利于少子漂移；少子漂移又消弱了內(nèi)電場(chǎng)，有利于多子擴(kuò)散。擴(kuò)散與漂移一對(duì)矛盾最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，建立穩(wěn)定空間電荷區(qū)→PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)E漂移運(yùn)動(dòng)P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體－+－－－－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++++空間電荷區(qū)N型區(qū)P型區(qū)電位VVB二、內(nèi)建電位差－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－由內(nèi)電場(chǎng)形成的電位分布VB大小反映空間電荷區(qū)的寬窄電位VBVBVT稱熱電壓3.空間電荷區(qū)與摻雜濃度成反比，往低摻雜一側(cè)擴(kuò)展(P13)，如下圖Nd——施主雜質(zhì)濃度，Na——受主雜質(zhì)濃度2.計(jì)算表明：每升高1℃，VB減小約2.5mV，P12、P13

說(shuō)明：

因此VB隨溫度減小P+N空間電荷區(qū)內(nèi)電場(chǎng)E為什么？3.空間電荷區(qū)與摻雜濃度成反比，往低摻雜一側(cè)擴(kuò)展4.用導(dǎo)線將P+區(qū)與N區(qū)連接，有電流嗎？1.2.2PN結(jié)的伏安特性

伏安特性也稱伏安關(guān)系，兩端電壓與流過(guò)電流間關(guān)系。實(shí)驗(yàn)表明，PN結(jié)接電源不同極性時(shí)所表現(xiàn)的性能不同。為討論方便，稱當(dāng)P區(qū)接電源正極，N區(qū)接電源負(fù)極為正向偏置，也稱PN結(jié)加上正向電壓。反之稱反向偏置。一、PN結(jié)正向偏置_

內(nèi)電場(chǎng)被削弱，多子的擴(kuò)散加強(qiáng)，能夠形成較大的擴(kuò)散電流，即正向電流－RE內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)變薄PN+++++－－－1.2.2PN結(jié)的伏安特性一、PN結(jié)正向偏置-說(shuō)明：擴(kuò)散到對(duì)方的多子被復(fù)合，同時(shí)電源在P區(qū)又補(bǔ)充空穴，N區(qū)補(bǔ)充電子，使得該過(guò)程被維持→電源作用－RE內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)變薄PN+++++－－－二、PN結(jié)反向偏置說(shuō)明：漂移電流由少子形成，幾乎與反向電壓無(wú)關(guān)，也稱反向飽和電流，用IS表示

內(nèi)電場(chǎng)被被加強(qiáng)，多子的擴(kuò)散受抑制。少子漂移加強(qiáng)，但終因少子數(shù)量有限，只能形成很小的反向電流－RE內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)變厚PN-+++++－－－PN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；

PN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。

由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。二極管單向?qū)щ娦缘难菔菊龢O正極負(fù)極負(fù)極結(jié)論

三、PN結(jié)方程PN結(jié)的伏安特性測(cè)試表明：PN結(jié)伏安特性如圖

正向電壓較小時(shí)，對(duì)PN結(jié)影響??；電壓較大時(shí)，內(nèi)電場(chǎng)削弱明顯，形成較大擴(kuò)散電流，即正向電流測(cè)試電路圖

反偏時(shí)，少子參與，數(shù)量不多，只能形成微弱電流IS

改變電壓，得電流，不斷改變電壓，得不同電流，描點(diǎn)作圖可得伏安特性曲線——熱電壓在室溫下VT=26mV1正向特性說(shuō)明：硅開(kāi)啟電壓0.5-0.7V，工程上取0.7V

鍺開(kāi)啟電壓0.1-0.3V，工程上取0.25V2反向特性由PN結(jié)電壓、電流伏安關(guān)系公式分析知，如圖說(shuō)明：關(guān)于正、反向電流的理論公式計(jì)算結(jié)果IS——反向飽和電流由圖可見(jiàn)，0.5V以后，電流才隨電壓有明顯增加，轉(zhuǎn)折處電壓稱導(dǎo)通電壓也稱開(kāi)啟電壓，用VD(on)表示三、溫度特性

溫度每升高10℃，IS約增加一倍（少子增多）。同時(shí)溫度升高，exp(VD/VT)減小，但不如IS增大快，故在相同VD條件下，ID增大，曲線如圖，等效于VD(on)減小。與實(shí)驗(yàn)給出每升高1oC，VD(on)約減小2.5mV，與VB每升高1oC，減小2~2.5mV相一致

1.2.3PN結(jié)的擊穿特性

當(dāng)PN結(jié)的反向電壓增加到一定數(shù)值時(shí)，反向電流突然快速增加，此現(xiàn)象稱為PN結(jié)的反向擊穿。三、熱擊穿擊穿后，溫度升高將發(fā)生永久性擊穿，不可逆

一、雪崩擊穿

低摻雜，寬勢(shì)壘，載流子獲足夠能量撞擊共價(jià)鍵價(jià)電子，產(chǎn)生新的電子空穴對(duì)，再碰撞，形成雪崩

二、齊納擊穿:

高摻雜，強(qiáng)電場(chǎng)，直接拉出共價(jià)鍵中束縛電子說(shuō)明：PN結(jié)伏安特性曲線三個(gè)區(qū)域正向、反相、擊穿2.伏安特性和符號(hào)伏安特性和符號(hào)如圖四、穩(wěn)壓二極管1.

工作狀態(tài)工作于反向擊穿區(qū)2.反向擊穿區(qū)特點(diǎn)管子兩端很小的電壓變化，可以引起很大電流變化

利用PN結(jié)的擊穿特性，可用于穩(wěn)定輸出電壓3.

工藝結(jié)構(gòu)穩(wěn)壓二極管又稱齊納二極管，簡(jiǎn)稱穩(wěn)壓管，它是一種用特殊工藝制造的面接觸型硅半導(dǎo)體二極管4.主要參數(shù)

說(shuō)明：對(duì)同一只管子，穩(wěn)定電壓VZ是確定的（2）最小穩(wěn)定電流IZmin

（3）最大穩(wěn)定電流IZmax

保證穩(wěn)壓管安全工作的最大反向電流（1）穩(wěn)定電壓VZ

穩(wěn)壓管反向擊穿后的電壓值

穩(wěn)壓管正常工作時(shí)的參考電流。電流低于此值，穩(wěn)壓效果變差，甚至不起穩(wěn)壓作用（5）穩(wěn)壓管工作原理設(shè)VI↑→注意穩(wěn)壓管接法VOIZDZRILIVIRL+-2.R稱限流電阻，通過(guò)其上電壓變化，調(diào)節(jié)輸出電壓，使穩(wěn)定

3.R阻值的選取，應(yīng)保證IZ介于Imin和Imax之間（具體方法在§1.4.1中介紹）說(shuō)明：

1.穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓主要是利用其上小電壓引起大電流變化，引起VR有較大變化得以實(shí)現(xiàn)問(wèn)題1穩(wěn)壓管正偏如何？問(wèn)題2普通管能穩(wěn)壓么？問(wèn)題3PN結(jié)正向曲線也很陡峭能不能用于穩(wěn)壓？四、穩(wěn)壓二極管1.2.4PN結(jié)的電容效應(yīng)

PN結(jié)除單向單向?qū)щ娦酝?，還具有一定的電容效應(yīng)，由兩方面的因素決定。一、勢(shì)壘電容CT

當(dāng)外加反向電壓使PN結(jié)上壓降發(fā)生變化時(shí)，空間電荷區(qū)的寬度也相應(yīng)地隨之改變，造成PN結(jié)中電荷量也隨之變化，相當(dāng)于電容的充放電。

勢(shì)壘電容是由空間電荷區(qū)的離子薄層所形成。說(shuō)明：反偏電壓增大，存儲(chǔ)電荷增加，但與電壓增加量不成比例，電容是V函數(shù)VB：內(nèi)建電位差；

n：變?nèi)葜笖?shù)，與PN結(jié)工藝有關(guān)經(jīng)推導(dǎo)由定義

擴(kuò)散電容是由多子擴(kuò)散后，在PN結(jié)的另一側(cè)面積累而形成的。因PN結(jié)正偏時(shí)，由N區(qū)擴(kuò)散到P區(qū)的電子，與外電源提供的空穴相復(fù)合，形成正向電流。剛擴(kuò)散過(guò)來(lái)的電二、擴(kuò)散電容CD

反之，由P區(qū)擴(kuò)散到N區(qū)的空穴，在N區(qū)內(nèi)也形成類似的濃度梯度分布曲線pn。子就堆積在P區(qū)內(nèi)緊靠PN結(jié)的附近，形成一定的多子濃度梯度分布曲線np。擴(kuò)散電容示意圖

當(dāng)外加正向電壓不同時(shí)，擴(kuò)散電流不同，PN結(jié)兩側(cè)堆積的多子的濃度梯度分布也不同，造成兩側(cè)堆積電荷有個(gè)變化量，這又相當(dāng)電容的充放電過(guò)程。

擴(kuò)散電容滿足關(guān)系：CD=kD(I+IS)當(dāng)反偏時(shí)I=-IS，CD=0kD:常數(shù)電荷的變化量

3）反偏時(shí)，僅為勢(shì)壘電容；正偏時(shí)，擴(kuò)散電容起主要作用。2）結(jié)電容Cj=CT+CD說(shuō)明：

1）勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容均是非線性電容。一、半導(dǎo)體二極管的型號(hào)國(guó)家對(duì)半導(dǎo)體器件型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)命名如下：§1.2.5半導(dǎo)體二極管PN結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。如2AP9用字母代表半導(dǎo)體器件的類型型號(hào)，P代表普通管用數(shù)字代表同類型器件的不同規(guī)格用字母代表半導(dǎo)體器件的材料A代表N型Ge，B代表P型GeC代表N型Si，D代表P型Si2代表晶體二極管3代表晶體三極管二、主要參數(shù)

1.最大整流電流IF

二極管長(zhǎng)期使用時(shí)，允許流過(guò)二極管的最大正向平均電流。2.反向擊穿電壓VBR

二極管反向擊穿時(shí)的電壓值。擊穿時(shí)反向電流劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐?，甚至過(guò)熱而燒壞。3.反向電流IS

二極管加反向峰值工作電壓時(shí)的反向電流。反向電流大，說(shuō)明管子的單向?qū)щ娦圆?，因此反向電流越小越?/p>

說(shuō)明：

1）反向電流受溫度的影響，溫度越高反向電流越大

2）硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流比硅管大幾十到幾百倍三、半導(dǎo)體二極管圖片1.3晶體二極管電路的分析方法1.3.1晶體二極管模型一、數(shù)學(xué)模型二、伏安特性曲線

二極管的數(shù)學(xué)模型常用理想指數(shù)模型

二極管本質(zhì)上說(shuō)是PN結(jié)，其伏安特性曲線與PN結(jié)很接近。三、簡(jiǎn)化電路模型1.理想二極管說(shuō)明：數(shù)學(xué)模型與特性曲線緊密相關(guān)（1）理想二極管1）電路元件的伏安特性絕緣體的伏安特性是一條水平線，導(dǎo)體的伏安特性是一條豎直線

理想二極管伏安特性曲線，是兩條成90o直線，符號(hào)如圖2）理想二極管二極管在使用中，主要是利用其單向?qū)щ娦?，顯然二極管的反向電流越小越好，也就是反向時(shí)電阻越大越好。反之，正向時(shí)電阻越小越好

即：理想化反偏時(shí)表現(xiàn)為絕緣體，正偏時(shí)表現(xiàn)為導(dǎo)體正偏，導(dǎo)體；反偏，絕緣體注意：理想二極管恒有

VD≤0用兩段折線近似代替伏安特性曲線（2）二極管的折線模型1）二極管最主要的特性是單向?qū)щ娦?，?dǎo)通后的伏安特性表現(xiàn)為非線性，抓大放小，用折線表示說(shuō)明：2）簡(jiǎn)化模型的使用如理想二極管模型，條件是在大信號(hào)作用下（3）折線的元器件表示證明折線可以用三個(gè)元件的串聯(lián)表示反證法，設(shè)電路中有電流與假設(shè)不符→ID=0不符合理想二極管導(dǎo)通條件電路中沒(méi)有電流，這與折線的伏安特性一致結(jié)論：時(shí)2）考察則，理想二極管導(dǎo)通，相當(dāng)于導(dǎo)體，Vce=0電路中沒(méi)有電流，與折線伏安特性一致電路中有電流，仍與折線的伏安特性一致

即時(shí)結(jié)論：三個(gè)元器件的串連，滿足折線模型要求反證法，設(shè)電流I=0與理想二極管兩端電壓不大于0矛盾，假設(shè)I≠0不成立1.

RD很小討論：折線模型與理想模型關(guān)系2.不計(jì)VD(on)

四、小信號(hào)模型

二極管工作在正向特性的某一小范圍內(nèi)，設(shè)其直流電壓和直流電流分別為VQ、IQ，這時(shí)其變化的交流特性可以等效成一個(gè)交流小電阻。即根據(jù)得Q點(diǎn)處的微變電導(dǎo)rj——二極管結(jié)電阻去掉直流電源可以嗎？說(shuō)明：1）小信號(hào)模型使用的目的是尋找變化的小電壓與小電流間關(guān)系如下圖電路，ID=2.6mA，求變化的小電流

2）條件是在電壓、電流變化區(qū)間，伏安特性曲線為線性，即：所做切線能與特性曲線重合1）不同Q處，rj不同2）二極管小信號(hào)電路模型要求

3）電量的符號(hào)表示大寫字母、大寫下標(biāo)：直流量，如ID

小寫字母，小寫下標(biāo)：交流量，如id

小寫字母，大寫下標(biāo)：疊加量，如iD=ID+id小信號(hào)模型要求其兩端變化電壓不大于5.2mV說(shuō)明：

4）考慮到PN結(jié)引線小電阻rs，應(yīng)再串聯(lián)rs

；注意：使用小電阻模型時(shí)，前提條件是二極管已經(jīng)導(dǎo)通，變化的小信號(hào)疊加在大信號(hào)下！說(shuō)明若再考慮結(jié)電容，則應(yīng)再并聯(lián)1.3.2晶體二極管電路分析方法

一、圖解法（1）線性電路的圖解（2）晶體二極管的圖解將電路中二極管分離出來(lái)，為線性電路，滿足另外一部分是非線性元件二極管，滿足（2）晶體二極管的圖解對(duì)于線性部分

對(duì)于二極管，應(yīng)服從伏安關(guān)系I=f(V)，直線與伏安關(guān)系曲線交點(diǎn)，同時(shí)滿足左右兩個(gè)部分，就是所求找出兩個(gè)特殊點(diǎn)作直線說(shuō)明：1）線性部分的直線稱直流負(fù)載線2）交點(diǎn)Q稱靜態(tài)工作點(diǎn)討論：1）VDD→VDD+DVDD2）

DVDD=Vmsinwt，Vm是小量工作點(diǎn)在特性曲線周期性上下移動(dòng)

3）二極管兩端電壓和流經(jīng)二極管電流波形？例1-3-1求靜態(tài)工作點(diǎn)解：將電路中二極管分割出電路，如圖打叉表示對(duì)線性電路做戴維南等效二、簡(jiǎn)化分析法采用簡(jiǎn)化電路模型分析

關(guān)鍵：判別理想二極管是否導(dǎo)通注：通常R遠(yuǎn)大于RD，RD可以略去，近似有VQ=VD(on)處理：導(dǎo)通：短路；截止，開(kāi)路

方法：用理想組合模型代替二極管方法：假想二極管兩端斷開(kāi)，大于VD(on)導(dǎo)通，反之截止例1-3-2寫出圖所示各電路的輸出電壓值，設(shè)二極管導(dǎo)通電壓VD(on)＝0.7V，RD=0基本方法：設(shè)二極管斷開(kāi)，分析電位VO1=1.3VVO2＝0VO3=－1.3VVO4=2VVO5=1.3VVO6=－2V例1-3-3圖中二極管都是理想二極管，求VAO分析方法：設(shè)兩個(gè)二極管同時(shí)斷開(kāi)，分析它們的電位，哪個(gè)二極管兩端正向電壓差大，哪個(gè)優(yōu)先導(dǎo)通教材P40，1-13(c)，P46；1-15(c)，2個(gè)二極管A1A1A2A2VA=9V，VA1=0，VA2=-6V，VAA1=6V，VAA2=15V導(dǎo)通后VA=-6V說(shuō)明：自洽。即滿足D2導(dǎo)通，D1截止三、小信號(hào)電路模型分析（1）問(wèn)題的提出二極管導(dǎo)通后，變化的電壓源作用于電路，如何求回路中的電流或元件的端電壓？（2）基本思路如果電流、電壓的變化區(qū)間在二極管伏案特性的線性區(qū)，用線性元件替代二極管，能給問(wèn)題分析帶來(lái)極大便利（3）分析方法

1）采用簡(jiǎn)化模型，判斷二極管是否導(dǎo)通，求直流電源單獨(dú)作用下的靜態(tài)直流電流，得結(jié)電阻

2）用小信號(hào)模型（rj替代二極管），按電路分析方法，求變化小信號(hào)源單獨(dú)作用下的電流、電壓例1-3-4已知VDD=5V,DVDD=Sin2p100t

(V）,R=10kW，求如圖電路DV（取rs=5W）方法：

1）先在大信號(hào)條件下求ID

2）求結(jié)電阻rj

注意：令小信號(hào)源DVDD=0說(shuō)明：若不給出VD(on),

僅給伏安特性曲線，可使用作圖法求靜態(tài)電流已知VDD=5V,DVDD=sin2p100t(V）,R=10kW，求電路DV（取rs=5W

）。說(shuō)明：大信號(hào)通路——直流通路

變化小信號(hào)通路——交流通路3）令VDD=0，用小信號(hào)模型代替原電路中二極管，求變化量例1-3-5

電路如圖，1）略去RD，求電路的ID和VO；2）在室溫下，利用二極管小信號(hào)模型求vo的變化范圍。注意使用大信號(hào)與小信號(hào)條件下的不同模型分析：用簡(jiǎn)化模型求1），10V為直流電源用小信號(hào)模型求2），±1V為變化小信號(hào)解：1）計(jì)算ID時(shí)，采用大信號(hào)模型，略去RD2）小信號(hào)，用小信模型代之說(shuō)明：結(jié)果滿足小信號(hào)條件要求1.4晶體二極管的應(yīng)用1.4.1整流與穩(wěn)壓電路理想二極管：V>0，導(dǎo)通后正向壓降=0一般二極管：正向壓降0.7V（硅二極管）一、整流在vi的負(fù)半周，vo=0，僅有正半周的波形，稱半波整流1.穩(wěn)壓二極管曲線越陡，電壓越穩(wěn)定VIIZminIZmaxVzIzVZ動(dòng)態(tài)電阻：rz越小，穩(wěn)壓性能越好二、穩(wěn)壓電路指標(biāo)：穩(wěn)定電壓VZ；最大穩(wěn)定電流IZmax

、最小穩(wěn)定電流IZmin；動(dòng)態(tài)電阻rz（越小越好）等+-已知VZ=6V，rz=20W，IZmax<10mA,IZmin>0.2mA，限流電阻最大值Rmax=1.5kW，輸入電壓VI=10V，其不穩(wěn)定電壓DVI=1V,求(1)輸出直流電壓VO；(2)限流電阻R最小值;(3)穩(wěn)壓管可靠擊穿時(shí)RL的最小值；(4)RL開(kāi)路時(shí)由DVI產(chǎn)生的最大不穩(wěn)定量DVO。教材P31,P35（1）輸出直流電壓VO=6VVOIZDRILIVIRL判別，穩(wěn)壓管擊穿，大信號(hào)下模型如圖表現(xiàn)為一個(gè)電壓源，電壓為其穩(wěn)壓值2.穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用舉例已知VZ=6V，rz=20W，IZmax<10mA,IZmin>0.2mA,限流電阻最大值Rmax=1.5kW，輸入電壓VI=10V，其不穩(wěn)定電壓DVI=1V;（2）限流電阻R最小值穩(wěn)壓管兩個(gè)基本不等式保證穩(wěn)壓管可靠擊穿，效果好保證穩(wěn)壓管安全已知VZ=6V，rz=20W，IZmax<10mA,IZmin>0.2mA,限流電阻最大值Rmax=1.5kW，輸入電壓VI=10V，其不穩(wěn)定電壓DVI=1V;(2)限流電阻R最小值;(3)穩(wěn)壓管可靠擊穿時(shí)RL的最小值；（2）求Rmin取VI最大，RL開(kāi)