1、第一章二極管模擬電子技術模擬電子技術一一、課程特點課程特點:(入門性質(zhì)的技術基礎課) 1. .工程性：工程性： (1)實際工程需要證明其可行性。實際工程需要證明其可行性。定性分析就會帶定性分析就會帶來分析原理多來分析原理多, ,分析方法多分析方法多； (2)滿足基本性能指標前提下，實際工程容許滿足基本性能指標前提下，實際工程容許存在一定誤差存在一定誤差?！肮浪愎浪恪本褪墙品治?，相應的近似就是近似分析，相應的近似計算多；計算多； (3)估算不同的參數(shù)采用不同的模型。估算不同的參數(shù)采用不同的模型。電路類型多。電路類型多。 2. .實踐性：實踐性： 調(diào)試是關鍵，前提是了解參數(shù)影響。調(diào)試是關鍵，前提

2、是了解參數(shù)影響。二、學習方法二、學習方法： 1.重點掌握“基本概念、基本電路、基本分析方法” 2.學會全面、辯證的分析模擬電子電路中的問題。 3.注意電路的基本定律、定律在模擬電子電路分析中的應用。 4.重點在于課堂聽講，再加預習、復習。重點在于課堂聽講，再加預習、復習。 注重實驗環(huán)節(jié)，先理論分析，后實踐，注重實驗環(huán)節(jié)，先理論分析，后實踐， 然后再對實驗的結(jié)果進行分析驗證。然后再對實驗的結(jié)果進行分析驗證。三、教材與參考書三、教材與參考書、教材、教材電子技術基礎電子技術基礎 模擬部分（第五版）模擬部分（第五版）康華光康華光高教出版社高教出版社2006年年、參考書、參考書 電子線路電子線路線性部分

3、線性部分( (第四版第四版) ) 謝嘉奎謝嘉奎 高教高教出版社出版社模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎華成英華成英高教出版社高教出版社四、課程的幾個問題四、課程的幾個問題1 1、先修課要求、先修課要求 普通物理中的電學部分普通物理中的電學部分 電路原理電路原理2 2、課時、課時4848實驗實驗1010學時學時3 3、考核形式：考試、考核形式：考試 平時成績，占平時成績，占2 20 0分，作業(yè)、實驗各占分，作業(yè)、實驗各占1010分分 評分標準：準時交、正確性、書寫整潔規(guī)范評分標準：準時交、正確性、書寫整潔規(guī)范4 4、其他要求、其他要求傳感器壓力壓力1壓力壓力2溫度溫度1溫度溫度2.放大濾波疊加組合

4、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路模數(shù)轉(zhuǎn)換電路計算機數(shù)據(jù)處理.驅(qū)動電路.驅(qū)動電路驅(qū)動電路驅(qū)動電路傳感器傳感器傳感器執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)模擬電子技術數(shù)字信號處理模擬電子技術壓力壓力1壓力壓力2溫度溫度1溫度溫度2.壓力壓力1壓力壓力2溫度溫度1溫度溫度2.傳感器.傳感器傳感器傳感器.放大濾波疊加組合數(shù)模轉(zhuǎn)換電路模數(shù)轉(zhuǎn)換電路計算機數(shù)據(jù)處理.驅(qū)動電路.驅(qū)動電路驅(qū)動電路驅(qū)動電路.執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)模擬電子技術數(shù)字信號處理模擬電子技術一、電信號一、電信號 電信號是指隨時間發(fā)生變化的電壓或電流，電子電路中的信號均為電信號。 信號是信息的載體，是反映消息的物信號是信息的載體，是反映消息的物 理量。理量。

5、電子電路中將信號分為模擬信號和數(shù)字信號。電子電路中將信號分為模擬信號和數(shù)字信號。(1)模擬信號模擬信號在時間和幅度是上都是連續(xù)變化的，在一定動態(tài)范圍內(nèi)可取任意值。0f(t)t(2)數(shù)字信號在時間和數(shù)值上均具有離散性。模擬電路是模擬電路是處理模擬信號的電路。處理模擬信號的電路。0f(t)tt1t3t5t2t4.1.時間離散，幅度連續(xù)；0f(t)tt1t3t5t2t4.2.時間離散，幅度離散；0f(t)tt1t3t5t2t4.3.時間連續(xù)，幅度離散；由數(shù)字信號處由數(shù)字信號處理電路來進行理電路來進行處理運算。處理運算。 數(shù)字信號只存在高低兩種電平的相互轉(zhuǎn)化。0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0

6、 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 大多數(shù)物理量大多數(shù)物理量所轉(zhuǎn)換成的信所轉(zhuǎn)換成的信號都為模擬信號都為模擬信號，在信號處號，在信號處理時，再通過理時，再通過電子電路實現(xiàn)電子電路實現(xiàn)模擬信號和數(shù)模擬信號和數(shù)字信號間的相字信號間的相互轉(zhuǎn)化?；マD(zhuǎn)化。常用模擬電路有：常用模擬電路有： 放大電路：用于信號的電壓、電流和功率的放大。放大電路：用于信號的電壓、電流和功率的放大。 濾波電路：用于信號的提取、變化和抗干擾。濾波電路：用于信號的提取、變化和抗干擾。 運算電路：完成信號的

7、運算。運算電路：完成信號的運算。 信號轉(zhuǎn)化電路：完成信號間的相互轉(zhuǎn)化。信號轉(zhuǎn)化電路：完成信號間的相互轉(zhuǎn)化。 信號發(fā)生電路：用于產(chǎn)生正弦波、矩形波、三角波、鋸齒波信號發(fā)生電路：用于產(chǎn)生正弦波、矩形波、三角波、鋸齒波 直流電源：將市電轉(zhuǎn)化成不同輸出電壓和電流的直流電。直流電源：將市電轉(zhuǎn)化成不同輸出電壓和電流的直流電。 由基本電路組成的具有特定功能的電路整體。由基本電路組成的具有特定功能的電路整體。半導體基礎知識半導體基礎知識二極管的工作原理、分析方法二極管的工作原理、分析方法三極管的工作原理、分析方法三極管的工作原理、分析方法場效應管的工作原理、分析方法場效應管的工作原理、分析方法 基本放大器基本

8、放大器差分放大器差分放大器負反饋放大器負反饋放大器集成運算放大器集成運算放大器第一章第一章 二極管及其基本電路二極管及其基本電路1.1 1.1 半導體的基本知識半導體的基本知識1.2 PN1.2 PN結(jié)的形成及特性結(jié)的形成及特性1.3 1.3 晶體二極管晶體二極管1.4 1.4 二極管的基本電路及其分析方法二極管的基本電路及其分析方法1.5 1.5 特殊二極管特殊二極管1.1 1.1 半導體的基本知識半導體的基本知識一、半導體特征一、半導體特征（導電能力介于導體和絕緣體之間） 在物理學中，根據(jù)材料的導電能力，可以劃分導體、絕緣體和半在物理學中，根據(jù)材料的導電能力，可以劃分導體、絕緣體和半導體。

9、導體。 典型的半導體是硅典型的半導體是硅Si和鍺和鍺Ge，它們都是，它們都是4價元素。價元素。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四硅和鍺最外層軌道上的四個電子稱為價電子。個電子稱為價電子。 本征半導體的共價鍵結(jié)構(gòu)本征半導體的共價鍵結(jié)構(gòu)束縛電子束縛電子在絕對溫度在絕對溫度T=0K時，所時，所有的價電子都被共價鍵緊緊有的價電子都被共價鍵緊緊束縛在共價鍵中，不會成為束縛在共價鍵中，不會成為自由電子，自由電子，因此本征半導體因此本征半導體的導電能力很弱，接近絕緣的導電能力很弱，接近絕緣體。體。二二. . 本征半導體本征半導體 本征半導體本征半導體化學成分純凈的半導體晶

10、體?；瘜W成分純凈的半導體晶體。制造半導體器件的半導體材料的純度要達到制造半導體器件的半導體材料的純度要達到99.9999999%，常稱為，常稱為“九個九個9”。 這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)，也稱熱激發(fā)這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)，也稱熱激發(fā)。1.本征激發(fā)和復合本征激發(fā)和復合 當溫度升高或受到光的當溫度升高或受到光的照射時，束縛電子能量增照射時，束縛電子能量增高，有的電子可以掙脫原高，有的電子可以掙脫原子核的束縛，而參與導電子核的束縛，而參與導電，成為自由電子。，成為自由電子。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，自由電子產(chǎn)生的同時，在其原來的共價鍵中就出在其原來的

11、共價鍵中就出現(xiàn)了一個空位，稱為空穴現(xiàn)了一個空位，稱為空穴。 可見本征激發(fā)同時產(chǎn)生電可見本征激發(fā)同時產(chǎn)生電子空穴對。子空穴對。 外加能量越高（溫度外加能量越高（溫度越高），產(chǎn)生的電子空穴越高），產(chǎn)生的電子空穴對越多。對越多。與本征激發(fā)相反的與本征激發(fā)相反的現(xiàn)象現(xiàn)象復合復合在一定溫度下，本征激發(fā)在一定溫度下，本征激發(fā)和復合同時進行，達到動和復合同時進行，達到動態(tài)平衡。電子空穴對的濃態(tài)平衡。電子空穴對的濃度一定。度一定。常溫常溫300K時：時：電子空穴對的濃度電子空穴對的濃度硅：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

12、子空穴對電子空穴對自由電子自由電子 帶負電荷帶負電荷 電子流電子流+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體的導電性取決于外加能量：本征半導體的導電性取決于外加能量：溫度變化，導電性變化；光照變化，導電性變化。溫度變化，導電性變化；光照變化，導電性變化。導電機制導電機制2.總結(jié)總結(jié)：（1）T= 0 K時，不導電； （2）T=300K時，同時產(chǎn)生兩 種載流子，且ni=pi； （3）濃度與溫度密切相關。三三. . 雜質(zhì)半導體雜質(zhì)半導體 在本征半導體中摻入某些微量雜質(zhì)元素后的半導在本征半導體中摻入某些微量雜質(zhì)元素后

13、的半導體稱為雜質(zhì)半導體。根據(jù)摻入雜質(zhì)不同，可分為體稱為雜質(zhì)半導體。根據(jù)摻入雜質(zhì)不同，可分為N（電子）型和（電子）型和P（空穴）型兩種。（空穴）型兩種。1.1. N型半導體型半導體 在本征半導體中摻入五價雜質(zhì)元素，例如磷、砷等在本征半導體中摻入五價雜質(zhì)元素，例如磷、砷等，使自由電子濃度大大增加，稱為，使自由電子濃度大大增加，稱為N型半導體。型半導體。 N型半導體型半導體多余電子多余電子磷原子磷原子硅原子硅原子多數(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型半導體施主離子施主離子自由電子自由電子電子空穴對電子空穴對分析：1. .自由電子濃度大大增加自由電子濃度大大增加, ,

14、空穴因與自由電空穴因與自由電子相遇復合幾率增大，導致其濃度更低；子相遇復合幾率增大，導致其濃度更低； 2. .此時此時,NP,NP,半導體的電性如何半導體的電性如何? ? 回答回答: :呈電中性。呈電中性。 原因：當施主原子失去一個價電子，成為帶正電原因：當施主原子失去一個價電子，成為帶正電的離子，該正離子束縛在晶格中，不能象載流子那樣的離子，該正離子束縛在晶格中，不能象載流子那樣起導電作用，故有：起導電作用，故有： N ND D+p=n+p=n 在本征半導體中摻入三價雜質(zhì)元素，如硼、鎵等。在本征半導體中摻入三價雜質(zhì)元素，如硼、鎵等?？昭昭ㄅ鹪优鹪庸柙庸柙佣鄶?shù)載流子多數(shù)載流子 空穴空

15、穴少數(shù)載流子少數(shù)載流子自由電子自由電子P型半導體受主離子受主離子空穴空穴電子空穴對電子空穴對2.2. P型半導體型半導體雜質(zhì)半導體的示意圖雜質(zhì)半導體的示意圖+N型半導體多子多子電子電子少子少子空穴空穴P型半導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與溫度有關多子濃度多子濃度與溫度無關與溫度無關1.2 PN1.2 PN結(jié)的形成及特性結(jié)的形成及特性 晶體二極管由晶體二極管由PN結(jié)組成，討論結(jié)組成，討論PN結(jié)的結(jié)的特性，實際上就是討論二極管的特性。特性，實際上就是討論二極管的特性。一、導電機理一、導電機理漂移和擴散漂移和擴散 導體中只有自由電子導體中只有自由電子,它在電場的作用下

16、產(chǎn)生定向的它在電場的作用下產(chǎn)生定向的漂移運動漂移運動,形成漂移電流。形成漂移電流。 而半導體中有自由電子和空穴兩種載流子，它們除了而半導體中有自由電子和空穴兩種載流子，它們除了在電場的作用下形成漂移電流外，還會在濃度差作用下在電場的作用下形成漂移電流外，還會在濃度差作用下產(chǎn)生定向擴散運動，形成相應的擴散電流。產(chǎn)生定向擴散運動，形成相應的擴散電流。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)電場多子的擴散多子的擴散空間電荷區(qū)空間電荷區(qū) 阻止多子擴散，促使少子漂移。阻止多子擴散，促使少子漂移。PNPN結(jié)合結(jié)合空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)多子擴散電流多子擴散電流少子漂移電流少子漂移電流耗盡層耗盡層 二、

17、二、 PNPN結(jié)的形成結(jié)的形成 少子漂移少子漂移補充耗盡層失去的多子，耗盡層窄，補充耗盡層失去的多子，耗盡層窄，E多子擴散多子擴散 又失去多子，耗盡層寬，又失去多子，耗盡層寬，EP型半導體+N型半導體+內(nèi)電場E多子擴散電流多子擴散電流少子漂移電流少子漂移電流耗盡層耗盡層動態(tài)平衡：動態(tài)平衡：擴散電流擴散電流 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 0.1V三、三、 PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?. .加正向電壓（加正向電壓（PN結(jié)正偏）結(jié)正偏）電源正極接電源正極接P區(qū)，負極接區(qū)，負極接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

18、場外電場削弱內(nèi)電場耗盡層變窄耗盡層變窄擴散運動漂移運動擴散運動漂移運動多子多子擴散形成正向電流擴散形成正向電流I I F F正向電流正向電流 PN結(jié)導通結(jié)導通2. 加反向電壓加反向電壓(反偏反偏)電源正極接電源正極接N區(qū)，負極接區(qū)，負極接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。 外電場加強內(nèi)電場外電場加強內(nèi)電場耗盡層變寬耗盡層變寬漂移運動擴散運動漂移運動擴散運動少子漂移形成反向電流少子漂移形成反向電流I I R 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，發(fā)產(chǎn)生的少子濃度是一定的，

19、故故IR基本上與外加反壓的大小無基本上與外加反壓的大小無關，所以稱為反向飽和電流。但關，所以稱為反向飽和電流。但IR與溫度有關。與溫度有關。 PN結(jié)截止結(jié)截止 PN結(jié)加正向電壓時，具有較大的正向擴結(jié)加正向電壓時，具有較大的正向擴散電流，呈現(xiàn)低電阻，散電流，呈現(xiàn)低電阻， PN結(jié)導通；結(jié)導通； PN結(jié)加反向電壓時，具有很小的反向漂移結(jié)加反向電壓時，具有很小的反向漂移電流，呈現(xiàn)高電阻，電流，呈現(xiàn)高電阻， 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：PN結(jié)具有單向?qū)щ娊Y(jié)具有單向?qū)щ娦?。性?.3. PN結(jié)的伏安特性曲線結(jié)的伏安特性曲線 根據(jù)理論推導，根據(jù)理論推導，PNPN結(jié)的伏安特性曲線

20、如圖結(jié)的伏安特性曲線如圖正偏正偏IF（多子擴散）（多子擴散）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四、四、PNPN結(jié)的反向擊穿結(jié)的反向擊穿 當外加反向電壓時，當外加反向電壓時，PN結(jié)的反向電流很小，但當反向結(jié)的反向電流很小，但當反向電壓增大到一定值時，反向電流將隨反向電壓的增大而急劇電壓增大到一定值時，反向電流將隨反向電壓的增大而急劇增大，此現(xiàn)象為反向擊穿。增大，此現(xiàn)象為反向擊穿。 雪崩擊穿：低摻雜的雪崩擊穿：低摻雜的PN結(jié)，擊穿電壓高（結(jié)，擊穿電壓高（640V）電擊穿電擊穿 齊納擊穿

21、：高摻雜的齊納擊穿：高摻雜的PN結(jié)，擊穿電壓低（結(jié)，擊穿電壓低（16V） 電擊穿可逆，可為人們利用電擊穿可逆，可為人們利用熱擊穿：熱擊穿：反向電流與反向電壓的乘積超過反向電流與反向電壓的乘積超過PN結(jié)容許的耗散功率，熱量結(jié)容許的耗散功率，熱量散不出去而使結(jié)溫上升，直至過熱而燒。散不出去而使結(jié)溫上升，直至過熱而燒。 熱擊穿應盡量避免熱擊穿應盡量避免1.3 1.3 晶體二極管晶體二極管一、結(jié)構(gòu)與類型一、結(jié)構(gòu)與類型 二極管二極管 = PN結(jié)結(jié) + 管殼管殼 + 引線引線NP結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)符號符號陽極陽極+陰極陰極-D 1.1.二極管按結(jié)構(gòu)分三大類：二極管按結(jié)構(gòu)分三大類：(1) 點接觸型二極管點接觸型二極管

22、PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電用于檢波和變頻等高頻電路，及小電流和脈沖數(shù)字路，及小電流和脈沖數(shù)字電路。電路。N型 鍺正 極 引 線負 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。用于集成電路制造工藝中。PN 結(jié)面積可大可小，用結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開關電路中。于高頻整流和開關電路中。(2) 面接觸型二極管面接觸型二極管 PN結(jié)面積大，用結(jié)面積大，用于低頻大電流整流電路。于低頻大電流整流電路。負 極 引 線正 極 引 線N型 硅P型 硅鋁 合 金 小 球底 座2.2.半導體二極管的型號半導體二極管的型號國家標

23、準對半導體器件型號的命名舉例如下：國家標準對半導體器件型號的命名舉例如下：2AP9用數(shù)字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為開關管。為開關管。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。 二二 、半導體二極管的、半導體二極管的VI特性曲線特性曲線 硅：硅：0.5 V 鍺：鍺： 0.1 V(1) 正向特性正向特性導通壓降導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

24、壓電壓iu0擊穿電壓擊穿電壓UBR實驗曲線實驗曲線uEiVmAuEiVuA鍺鍺 硅：硅：0.7 V 鍺：鍺：0.2V(3)反向擊穿特性反向擊穿特性: 二極管中二極管中PN結(jié)反向擊穿結(jié)反向擊穿 反向電壓增大到一定值時反向電壓增大到一定值時(UBR)，反向電流劇增。，反向電流劇增。三、主要參數(shù)三、主要參數(shù)1.1.最大整流電流最大整流電流IF：為平均電流。電流過大會發(fā)：為平均電流。電流過大會發(fā) 熱燒毀管子。熱燒毀管子。2.2.反向擊穿電壓反向擊穿電壓U UBRBR：手冊上規(guī)定的為實際的一：手冊上規(guī)定的為實際的一 半。確保安全運行。半。確保安全運行。3.3.反向電流反向電流I IR R：隨溫度增加，值

25、越小，管子的單：隨溫度增加，值越小，管子的單 向?qū)щ娦栽胶?。向?qū)щ娦栽胶?。硅二極管的反向電流一般硅二極管的反向電流一般在納安在納安(nA)級；鍺二極管在級；鍺二極管在微安微安( A)級。級。1.4 1.4 二極管的基本電路及其分析方法二極管的基本電路及其分析方法) 1(eTSUuIiD非線性器件非線性器件iu0iuRLC線性器件線性器件Riu 二極管為非線二極管為非線性器件，應采用非性器件，應采用非線性電路的分析方線性電路的分析方法。法。一、圖解分析法一、圖解分析法（前提：已知二極管的（前提：已知二極管的V-I特性曲線）特性曲線）例：例：電路如圖，二極管的電路如圖，二極管的V-I特性曲線已知，

26、且已知特性曲線已知，且已知U和和電阻電阻R，求二極管兩端電壓，求二極管兩端電壓VD和流過二極管的電流和流過二極管的電流ID。iDR10VU1k解：解：根據(jù)根據(jù)KVLKVL方程，求出方程，求出i iD D 做出二極管的負載線。做出二極管的負載線。解：解：根據(jù)根據(jù)KVLKVL方程，求出方程，求出 做出二極管的負載線。做出二極管的負載線。二、簡化模型分析法二、簡化模型分析法DU2.恒壓降模型恒壓降模型（理想二極管串上導通管壓降）（理想二極管串上導通管壓降）U D 二極管的導通壓降。硅管二極管的導通壓降。硅管 0.7V；鍺管；鍺管 0.2V。1.理想模型理想模型正偏正偏反偏反偏導通壓降導通壓降二極管的二極管的VI特性特性iu0例：由硅二極管構(gòu)成的限幅電路如圖所示，例：由硅二極管構(gòu)成的限幅電路如圖