【正文】 導(dǎo)體和絕緣體第四版童詩白9半 導(dǎo) 體 的 導(dǎo)電 機(jī)理不同于其它物 質(zhì) ，所以它具有不同于其它物 質(zhì) 的特點(diǎn)。 在電子技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，電子電路的應(yīng)用在日常生活中無處不在，小到門鈴、收音機(jī)、 DVD播放機(jī)、電話機(jī)等，大到全球定位系統(tǒng) GPS（ Global Positioning Systems）、雷達(dá)、導(dǎo)航系統(tǒng)等?！?多媒體教學(xué)課件模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)Fundamentals of Analog Electronics童詩白、華成英　　主編第四版童詩白11. 本課程的性質(zhì) 電子技術(shù)基礎(chǔ)課2. 特點(diǎn) ?非純理論性課程 ?實踐性很強(qiáng) ?以工程實踐的觀點(diǎn)來處理電路中的一些問題3. 研究內(nèi)容 以器件為基礎(chǔ)、以電信號為主線，研究各種模擬電子電路的工作原理、特點(diǎn)及性能指標(biāo)等。5第四版童詩白模擬電子技術(shù)： 模擬電子技術(shù)主要研究處理模擬信號的電子電路。例如：當(dāng)受外界 熱 和光的作用 時 ，它的 導(dǎo)電 能力明 顯變 化。本征半 導(dǎo) 體中 載流子的濃度公式：T=300 K室溫下 ,本征硅的電子和空穴濃度 : n = p =1010/cm3本征鍺的電子和空穴濃度 : 　　 n = p =1013/cm3ni=　 pi=　 K1T3/2 e EGO/(2KT)本征激發(fā)復(fù)合 動態(tài)平衡第四版童詩白131. 半導(dǎo)體中兩種載流子 帶負(fù)電的 自由電子帶正電的 空穴 　　 2. 本征半導(dǎo)體中，自由電子和空穴總是成對出現(xiàn)，　　　稱為 電子 空穴對。雜質(zhì)原子最外層有 5 個價電子，其中 4 個與硅構(gòu)成共價鍵，多余一個電子只受自身原子核吸引，在室溫下即可成為自由電子。第四版童詩白18圖 　 P 型半導(dǎo)體+4+4+4+4 +4+4 +4 +4+4+3受主原子空穴第四版童詩白19說明：　 　 1. 摻入雜質(zhì)的濃度決定多數(shù)載流子濃度；溫度決 定少數(shù)載流子的濃度?！　?4. 漂移運(yùn)動　 　 內(nèi)電場有利于少子運(yùn)動 — 漂移。 對溫度十分敏感 ，　　 隨著溫度升高， IS 將急劇增大 。其 Cb = f (U) 曲線如圖示。Cb 和 Cd 值都很小，通常為幾個皮法 ~ 幾十皮法， 有些結(jié)面積大的二極管可達(dá)幾百皮法。(b)面接觸型(c)平面型4　二極管的代表符號D第四版童詩白37 二極管的伏安特性曲線可用下式表示硅二極管 2CP10的 伏安 特性正向特性反向特性反向擊穿特性開啟電壓： 導(dǎo)通電壓： 一、伏安特性鍺二極管 2AP15的 伏安 特性UonU(BR)開啟電壓： 導(dǎo)通電壓： 第四版童詩白38二、溫度對二極管伏安特性的影響在環(huán)境溫度升高時，二極管的正向特性將左移，反向特性將下移。若 負(fù)載電阻 變化范圍為 k? 4 k? ，是否還能穩(wěn)壓？第四版童詩白49RLui uORDZiiziLUZUZ=10V ui=12VR=200 ?Izmax=12mA Izmin=2mARL=2k? ( k? ~4 k?) iL=uo/RL=UZ/RL=10/2=5（ mA）i= （ ui UZ） /R=（ 1210） /=10 （ mA） iZ = i iL=105=5 （ mA）RL= k? , iL=10/=（ mA） , iZ ==（ mA）RL=4 k? , iL=10/4=（ mA） , iZ ==（ mA）負(fù)載變化 ,但 iZ仍在 12mA和 2mA之間 ,所以穩(wěn)壓管仍能起 穩(wěn)壓作用第四版童詩白50例 2：穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用解： ui和 uo的波形如圖所示 （ UZ＝ 3V）ui uODZR(a)(b)ui uORDZ第四版童詩白51一、發(fā)光二極管 LED (Light Emitting Diode)1. 符號和特性工作條件： 正向偏置一般工作電流幾十 mA， 導(dǎo)通電壓 (1 ? 2) V符號u /Vi /mAO 2特性　第四版童詩白52發(fā)光類型： 可見光： 紅、黃、綠顯示類型： 普通 LED ，不可見光： 紅外光點(diǎn)陣 LED七段 LED ,第四版童詩白53二、光電二極管符號和特性符號 特性uiOE = 200 lxE = 400 lx工作原理：三、變?nèi)荻O管四、隧道二極管五、肖特基二極管無光照時，與普通二極管一樣。發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)基區(qū)發(fā)射區(qū) 集電區(qū)第四版童詩白56圖 (b)　三極管結(jié)構(gòu)示意圖和符號　　 NPN 型ecb符號集電區(qū)集電結(jié)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)集電極 c基極 b發(fā)射極 eNNP第四版童詩白57集電區(qū)集電結(jié)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)集電極 c發(fā)射極 e基極 b　　 cbe符號NNPPN圖 169。2. 擴(kuò)散到基區(qū)的自由電子與　空穴的復(fù)合運(yùn)動形成基極　電流 　　 電子到達(dá)基區(qū)，少數(shù)與空穴復(fù)　合形成基極電流 Ibn， 復(fù)合掉的　空穴由 VBB 補(bǔ)充 。一 . 輸入特性曲線uCE = 0V uCE ? 1VuBE /V+bce共射極放大電路UBBUCCuBEiCiB +uCE第四版童詩白66飽和區(qū)： iC明顯受 uCE控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)，一般 uCE＜ (硅管 )。 ? UCEO—— 基極開路時集電極和發(fā)射 極間的擊穿電壓?！　‰娏鞯恼较蚝?KCL?！　　? NPN管　 UBE＞ 0，　 UBC＜ 0， 即 UC ＞＞ UB ＞＞ UE 。 (VCCS)GDSNN型溝道柵極源極漏極P+ P+耗盡層　 　 *在柵極和源極之間加反向電壓，耗盡層會變寬，導(dǎo)電溝道寬度減小，使溝道本身的電阻值增大，漏極電流 ID 減小，反之，漏極 ID 電流將增加。(a) (b)uGD ＝ uGS － uDS 第四版童詩白86GDSP+NiSiDP+ P+ VDDVGGuGS 0,uGD = UGS(off), 溝道變窄預(yù)夾斷uGS 0 ,uGD uGS(off),夾斷，iD幾乎不變GDSiSiDP+ VDDVGGP+P+(1) 改變 uGS ， 改變了 PN 結(jié)中電場，控制了 iD ，故稱場效應(yīng)管； (2)結(jié)型場效應(yīng)管柵源之間加反向偏置電壓，使 PN 反偏，柵極基本不取電流，因此，場效應(yīng)管輸入電阻很高。兩個重要參數(shù) 飽和漏極電流 IDSS(UGS = 0 時的 ID)夾斷電壓 UGS(off) (ID = 0 時的 UGS)UDSiDVDDVGGDSGV?+ V?+uGS　特性曲線測試電路+?mA第四版童詩白90 轉(zhuǎn)移特性O(shè) uGS/VID/mAIDSSUP圖 　轉(zhuǎn)移特性2. 輸出特性曲線　 當(dāng)柵源 之間的電壓 UGS 不變時，漏極電流 iD 與漏源之間電壓 uDS 的關(guān)系，即 結(jié)型場效應(yīng)管轉(zhuǎn)移特性曲線的近似公式：≤ ≤第四版童詩白91IDSS/ViD/mAuDS /VOUGS = 0V1 2 3 4 5 6 7 預(yù)夾斷軌跡恒流區(qū) 可變電阻區(qū)漏極特性也有三個區(qū)： 可變電阻區(qū)、恒流區(qū)和夾斷區(qū)。SBD第四版童詩白96(2) UDS = 0， 0 UGS UGS(th)P 型襯底N+ N+BGS D 柵極金屬層將聚集正電荷，它們排斥 P型襯底靠近 SiO2 一側(cè)的空穴， 形成由負(fù)離子組成的耗盡層。b. UDS= UGS – UT， UGD = UT靠近漏極溝道達(dá)到臨界開啟程度，出現(xiàn)預(yù)夾斷。即使 UGS = 0 也會形成 N 型導(dǎo)電溝道。為耗盡型場效應(yīng)管的一個重要參數(shù)。 漏極耗散功率轉(zhuǎn)化為熱能使管子的溫度升高。 —— 稱為阻斷　 2. 控制極與陰極間加正向電壓，陽極與陰極之間加正向電壓，晶閘管 導(dǎo)通 。第四版童詩白121例：單相橋式可控整流電路+uG在 u2 正半周，當(dāng)控制極加觸發(fā)脈沖， VT1 和 VD2 導(dǎo)通；在 u2 負(fù)半周，當(dāng)控制極加觸發(fā)脈沖， VT2和 VD1 導(dǎo)通；α θ?：控制角； ?：導(dǎo)電角圖 第四版童詩白122 單結(jié)管的觸發(fā)電路第四版童詩白123小 結(jié)第 1 章第四版童詩白124一、兩種半導(dǎo)體和兩種載流子兩種載流子的運(yùn)動電子空穴兩 種半導(dǎo)體N 型 (多電子 )P 型 (多空穴 )二、二、 二極管1. 特性特性 — 單向 導(dǎo)電導(dǎo)電正向電阻小 (理想為 0)， 反向電阻大 (?)。A60 181。A20 181。A80 181?！?　 晶閘管導(dǎo)通后，管壓降很小，約為 ~ V 左右。 場效應(yīng)管工作時，柵源間 PN 結(jié)處于反偏狀態(tài)，若 UGS U(BR)GS ， PN 將被擊穿，這種擊穿與電容擊　 　穿的情況類似，屬于破壞性擊穿。結(jié)型場效應(yīng)管一般在 107 ? 以上，　　絕緣柵場效應(yīng)管更高，一般大于 109 ?。UP或 UGS(off)稱為夾斷電壓 圖 第四版童詩白101N 溝道耗盡型 MOS 管特性工作條件：UDS 0；UGS 正、負(fù)、零均可。a. UDS UGS – UT ，即 UGD = UGS – UDS UTP 型襯底N+ N+BGS DVGGVDDP 型襯底N+ N+BS DVGGVDDP 型襯底N+ N+BGS DVGGVDD夾斷區(qū)第四版童詩白98DP型襯底N+ N+BGSVGGVDDP型襯底N+ N+BGS DVGGVDDP型襯底N+ N+BGS DVGGVDD夾斷區(qū)圖 　 UDS 對導(dǎo)電溝道的影響(a) UGD UT (b) UGD = UT (c) UGD UT在 UDS UGS – UT時，對應(yīng)于不同的 uGS就有一個確定的 iD 。VGG? ? ?? ? ?(3) UDS = 0， UGS ≥ UGS(th)　 　 由于吸引了足夠多 P型襯底的電子， 會在耗盡層和 SiO2 之間形成可移動的表面電荷層 ——? ? ?N 型溝道 反型層、 N 型導(dǎo)電溝道。第四版童詩白93　絕緣柵型場效應(yīng)管 MOSFETMetalOxide Semiconductor Field Effect Tr