模电康华光第六版03.pptx

模电康华光第六版03第1页/共54页电子技术基础模拟部分1 绪论2 运算放大器3 二极管及其基本电路4 场效应三极管及其放大电路5 双极结型三极管及其放大电路6 频率响应7 模拟集成电路8 反馈放大电路9 功率放大电路10 信号处理与信号产生电路11 直流稳压电源第2页/共54页3 二极管及其基本电路3.1 半导体的基本知识3.2 PN结的形成及特性3.3 二极管3.4 二极管的基本电路及其分析方法3.5 特殊二极管第3页/共54页3.1 半导体的基本知识半导体材料半导体的共价键结构本征半导体杂质半导体第4页/共54页半导体材料 根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。第5页/共54页半导体的共价键结构硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构由于随机热振动致使共价键被打破而产生空穴－电子对第6页/共54页本征半导体本征半导体——化学成分纯净的半导体。它在物理结构上呈单晶体形态。空穴——共价键中的空位。电子空穴对——由热激发而产生的自由电子和空穴对。空穴的移动——空穴的运动是靠相邻共价键中的价电子依次充填空穴来实现的。第7页/共54页杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。 N型半导体——掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。 P型半导体——掺入三价杂质元素（如硼）的半导体。第8页/共54页杂质半导体 1. N型半导体 因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键，而多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。 在N型半导体中自由电子是多数载流子，它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子, 由热激发形成。 提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子，因此五价杂质原子也称为施主杂质。第9页/共54页杂质半导体 2. P型半导体 因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。 在P型半导体中空穴是多数载流子，它主要由掺杂形成；自由电子是少数载流子， 由热激发形成。 空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质因而也称为受主杂质。 T=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度: n = p =1.4×1010/cm31掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度: n=5×1016/cm32 本征硅的原子浓度: 4.96×1022/cm3 3第10页/共54页杂质半导体 3. 杂质对半导体导电性的影响 掺入杂质对本征半导体的导电性有很大的影响，一些典型的数据如下:以上三个浓度基本上依次相差106/cm3 。第11页/共54页3.2 PN结的形成及特性载流子的漂移与扩散结的形成结的单向导电性结的反向击穿结的电容效应第12页/共54页载流子的漂移与扩散漂移运动： 在电场作用引起的载流子的运动扩散运动： 由载流子浓度差引起的载流子的运动第13页/共54页结的形成第14页/共54页结的形成第15页/共54页 在一块本征半导体两侧通过扩散不同的杂质,分别形成N型半导体和P型半导体。此时将在N型半导体和P型半导体的结合面上形成如下物理过程: 因浓度差 ? 多子的扩散运动?由杂质离子形成空间电荷区 ?空间电荷区形成内电场 ? 内电场促使少子漂移 ?内电场阻止多子扩散 最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。PN结的I-V 特性第16页/共54页结的单向导电性 当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏；反之称为加反向电压，简称反偏。 (1) PN结加正向电压时 低电阻 大的正向扩散电流PN结的I-V 特性第17页/共54页结的单向导电性 当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏；反之称为加反向电压，简称反偏。 (2) PN结加反向电压时 高电阻 很小的反向漂移电流 在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，这个电流也称为反向饱和电流。PN结的I-V 特性第18页/共54页结的单向导电性 当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏；反之称为加反向电压，简称反偏。 (2) PN结加反向电压时 高电阻 很小的反向漂移电流第19页/共54页结的单向导电性 PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流； PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。 由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。第20页/共54页结的单向导电性 (3) PN结I-V 特性表达式其中IS ——反向饱和电流PN结的