【正文】 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 電子教案 V2021 陳大欽 主編 華中科技大學(xué)電信系 鄒韜平 2021年 3月 2日 2 課程內(nèi)容與學(xué)時(shí)安排 第 1章 緒論 (2h) 第 2章 半導(dǎo)體 二極管 及其應(yīng)用電路 (4h) 第 3章 半導(dǎo)體 三極管 及其放大電路 基礎(chǔ) (15h) 第 4章 多級(jí)放大電路及模擬集成電路基礎(chǔ) (4h) 第 5章 信號(hào)運(yùn)算電路 (5h) 第 6章 負(fù)反饋放大電路 (6h) 第 7章 信號(hào)處理與產(chǎn)生電路 (4h) 第 8章 場(chǎng)效應(yīng)管 及其放大電路 (4h) 48學(xué)時(shí) ? ? ? 第 9章 功率放大電路 第 10章 集成運(yùn)算放大器 第 11章 直流電源 2個(gè)器件 BJT FET 關(guān)鍵詞 核心內(nèi)容 1個(gè)電路 — 放大電路 三極管 集成運(yùn)放 完美的 放大電路 模 擬 電 子 技 術(shù) ? 重點(diǎn)章 介紹放大的基本概念 分立元件 分立元件電路 (放大 ) 構(gòu)成規(guī)律和分析方法 核心、基礎(chǔ) 線索 不斷完善放大性能 (讀圖 741) 集成運(yùn)放實(shí)現(xiàn)放大的條件 集成運(yùn)放的應(yīng)用 模電的常用功能電路 復(fù)習(xí)、機(jī)動(dòng) (2h) 清明、五一 (2h) 3 2 半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用電路 PN結(jié)的基本知識(shí) PN結(jié)及其單向?qū)щ娦? 半導(dǎo)體二極管 二極管的伏安特性 二極管的主要參數(shù) 二極管模型 二極管應(yīng)用電路 整流電路 限幅電路 特殊二極管 穩(wěn)壓二極管 了解半導(dǎo)體材料的基本結(jié)構(gòu)及 PN結(jié)的形成 掌握 PN結(jié)的單向?qū)щ姽ぷ髟? 掌握二極管（包括穩(wěn)壓管）的 VI特性及其基本應(yīng)用 基本要求： 問題 1： 二極管 (PN結(jié) )主要特性是？ 其工程描述方法？ 問題 2： 二極管電路 (非線性 )分析方法 ? 最常用的是？ 問題 3： 常用的二極管電路及功能？ 4 PN結(jié)的基本知識(shí) 本征半導(dǎo)體及其導(dǎo)電性 雜質(zhì)半導(dǎo)體 PN結(jié)及其單向?qū)щ娦? PN結(jié)電容 +4 半導(dǎo)體 : 導(dǎo)電特性介于導(dǎo)體和絕緣體之間 典型的半導(dǎo)體有 硅 Si和 鍺 Ge以及 砷化鎵 GaAs等。 導(dǎo)電的 2個(gè)特點(diǎn) 本征 — 容易受環(huán)境因素影響 (溫度 、光照等 ) 摻雜 — 可以顯著提高導(dǎo)電能力 原子結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)化模型 問題 1： 二極管 (PN結(jié) )主要特性是？其工程描述方法？ 5 共價(jià)鍵 價(jià)電子 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 圖 本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu) 本征半導(dǎo)體及其導(dǎo)電性 PN結(jié)的基本知識(shí) 1. 本征半導(dǎo)體 — 完全純凈、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。 在 T=0K和無外界激發(fā)時(shí)，沒有 載流子 ，不導(dǎo)電 +4 原子結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)化模型 2. 本征激發(fā) 6 本征半導(dǎo)體及其導(dǎo)電性 PN結(jié)的基本知識(shí) +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 2. 本征激發(fā) 溫度 ? 光照 本征激發(fā) 自由電子 空位 ＋ 自由電子 空位 空位：帶正電荷； 可自由移動(dòng)； 靠相鄰共價(jià)鍵中的價(jià)電子依次充填空位來實(shí)現(xiàn)的。 取名為： 空穴 溫度 ? ? 載流子 濃度 ? 載流子 : 自由移動(dòng)帶電粒子 復(fù)合 －本征激發(fā)的逆過程 7 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +5 +4 電子 施主原子失去多余電子而形成正離子 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +3 +4 受主原子獲得一個(gè)電子而形成一個(gè)負(fù)離子 空穴 圖 N型半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu) 雜質(zhì)半導(dǎo)體 PN結(jié)的基本知識(shí) 圖 P型半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu) 1. N型半導(dǎo)體 摻入少量的五價(jià)元素磷 P 2. P型半導(dǎo)體 摻入少量的三價(jià)元素硼 B 自由電子是多數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱多子） 空穴是少數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱少子） 空穴是多數(shù)載流子 自由電子為少數(shù)載流子。 空間電荷 8 摻入雜 質(zhì)對(duì)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 : T=300 K室溫下 ,本征硅的電子和空穴濃度 : n = p = 1010/cm3 1 本征硅的原子濃度 : 1022/cm3 3 以上三個(gè)濃度基本上依次相差 106/cm3 。 2 摻雜后 N 型半導(dǎo)體中的自由電子濃度 : n=5 1016/cm3 雜 質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體導(dǎo)電性的影響 9 PN結(jié)的基本知識(shí) 本征半導(dǎo)體及其導(dǎo)電性 雜質(zhì)半導(dǎo)體 PN結(jié)及其單向?qū)щ娦? PN結(jié)電容 +4 半導(dǎo)體 : 導(dǎo)電特性介于導(dǎo)體和絕緣體之間 典型的半導(dǎo)體有 硅 Si和 鍺 Ge以及 砷化鎵 GaAs等。 導(dǎo)電的 2個(gè)特點(diǎn) 本征 — 容易受環(huán)境因素影響 (溫度 、光照等 ) 摻雜 — 可以顯著提高導(dǎo)電能力 原子結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)化模型 摻雜 N型－ 5價(jià) P型－ 3價(jià) 多子－電子 多子－空穴 空間電荷 溫度 光照 本征 激發(fā) 電子 空穴 復(fù)合 少子 問題 1： 二極管 (PN結(jié) )主要特性是？其工程描述方法？ 10 (1)濃度差 ?多子的 擴(kuò)散 運(yùn)動(dòng) ? 復(fù)合 (2)復(fù)合 ?空間電荷區(qū) ?內(nèi)電場(chǎng) (3)內(nèi)電場(chǎng) ?少子的 漂移 運(yùn)動(dòng) ?阻止 多子的 擴(kuò)散 (4)擴(kuò)散與漂移達(dá)到 動(dòng)態(tài)平衡 載流子的運(yùn)動(dòng)： 擴(kuò)散 運(yùn)動(dòng) —— 濃度差產(chǎn)生的載流子移動(dòng) 漂移 運(yùn)動(dòng) —— 在電場(chǎng)作用下，載流子的移動(dòng) P區(qū) N區(qū) 擴(kuò)散：空穴 電子 漂移：電子 空穴 形成過程可分成 4步 (動(dòng)畫 ) P 型 N 型內(nèi)電場(chǎng) PN結(jié)及其單向?qū)щ娦? 1. PN結(jié)的形成 空間電荷區(qū) =PN結(jié) 11 擴(kuò)散 漂移 因?yàn)闈舛炔? ?多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 在 P型半導(dǎo)體和 N型半導(dǎo)體結(jié)合面，離子薄層 形成的 空間電荷區(qū) 稱為 PN結(jié) 。 在空間電荷區(qū)中缺少多子，所以也稱 耗盡層 。 ? 復(fù)合 ? 雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū) ? 空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場(chǎng) 內(nèi)電場(chǎng)促使少子漂移 ? 內(nèi)電場(chǎng)阻止多子擴(kuò)散 是 寬 最后 ,多子的 擴(kuò)散 和少子的 漂移 達(dá)到 動(dòng)態(tài)平衡 。 否 問題？ 當(dāng)動(dòng)態(tài)平衡被外電場(chǎng)打破后，會(huì)如何？ 擴(kuò)散 :空穴 電子 漂移 :電子 空穴 內(nèi)電場(chǎng) PN結(jié)及其單向?qū)щ娦? 1. PN結(jié)的形成 12 2. PN結(jié)的單向?qū)щ娦? 只有在外加電壓時(shí)才 … 擴(kuò)散與漂移的動(dòng)態(tài)平衡將 … 定義： 加 正向電壓 ，簡(jiǎn)稱 正偏 加 反向電壓 ，簡(jiǎn)稱 反偏 ? 擴(kuò)散 漂移 ? 有正向擴(kuò)散電流 (多子 ? 電流較大 ) ? 低電阻 ? 正向?qū)? ? 漂移 擴(kuò)散 ? 反向漂移電流 (少子 ?電流 很小的 ) ? 高電阻 ? 反向截止 PN結(jié)及其單向?qū)щ娦? 內(nèi)電場(chǎng) 內(nèi)電場(chǎng) 外電場(chǎng) 外電場(chǎng) 13 i D O V BR v D 圖 PN結(jié)伏安特性 3. PN結(jié)的伏安特性 )1e()1e(DDSSD ???? TVkTqIIivv正向特性 TVIi DeSDv?反向特性 SD Ii ??反向擊穿特性 （擊穿電壓） 倍增效應(yīng) 雪崩擊穿 齊納擊穿 PN結(jié)及其單向?qū)щ娦? PN結(jié) (二極管 )特性