模拟电子技术基础(第四版)课件提纲资料

第一章常用半导体器件第一章常用半导体器件莆田学院三电教研室模拟电路多媒体课件莆田学院三电教研室模拟电路多媒体课件多媒体教学课件多媒体教学课件模拟电子技术基础模拟电子技术基础Fundamentals of Analog Electronics 第第四四版版童童诗诗白白目录目录1 常用半导体器件常用半导体器件2 基本放大电路基本放大电路3 多级放大电路多级放大电路4 集成运算放大电路集成运算放大电路5 放大电路的频率响应放大电路的频率响应6 放大电路中的反馈放大电路中的反馈7 信号的运算和处理信号的运算和处理8 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换9 功率放大电路功率放大电路10 直流稳压电源直流稳压电源第第三三版版童童诗诗白白第一章第一章 常用半导体器件常用半导体器件 1.1 半导体基础知识半导体基础知识 1.2 半导体二极管半导体二极管 1.3 双极型晶体管双极型晶体管 1.4 场效应管场效应管 1.5 单结晶体管和晶闸管单结晶体管和晶闸管 1.6集成电路中的元件集成电路中的元件第第三三版版童童诗诗白白本章重点和考点：本章重点和考点：1.二极管的单向导电性、稳压管的原理。二极管的单向导电性、稳压管的原理。2.三极管的电流放大原理，三极管的电流放大原理，如何判断三极管的管型如何判断三极管的管型、管脚和管材。、管脚和管材。3.场效应管的分类、工作原理和特性曲线。场效应管的分类、工作原理和特性曲线。第第三三版版童童诗诗白白本章讨论的问题：本章讨论的问题：2.空穴是一种载流子吗？空穴导电时电子运动吗空穴是一种载流子吗？空穴导电时电子运动吗？3.什么是什么是N型半导体？什么是型半导体？什么是P型半导体？型半导体？当二种半导体制作在一起时会产生什么现象？当二种半导体制作在一起时会产生什么现象？4.PN结上所加端电压与电流符合欧姆定律吗？它为什么具结上所加端电压与电流符合欧姆定律吗？它为什么具有单向性？在有单向性？在PN结中另反向电压时真的没有电流吗？结中另反向电压时真的没有电流吗？5.晶体管是通过什么方式来控制集电极电流的？场效晶体管是通过什么方式来控制集电极电流的？场效应管是通过什么方式来控制漏极电流的？为什么它应管是通过什么方式来控制漏极电流的？为什么它们都可以用于放大？们都可以用于放大？1.为什么采用半导体材料制作电子器件？为什么采用半导体材料制作电子器件？第一章常用半导体器件第一章常用半导体器件莆田学院三电教研室模拟电路多媒体课件莆田学院三电教研室模拟电路多媒体课件1.1 半导体的基础知识半导体的基础知识导体：体：自然界中很容易自然界中很容易导电的物的物质称称为导体体，金属，金属一般都是一般都是导体。体。绝缘体：体：有的物有的物质几乎不几乎不导电，称，称为绝缘体体，如橡皮，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。、陶瓷、塑料和石英。半半导体：体：另有一另有一类物物质的的导电特性特性处于于导体和体和绝缘体体之之间，称，称为半半导体体，如，如锗、硅、砷化、硅、砷化镓和和一些硫化物、氧化物等。一些硫化物、氧化物等。一、一、导体、半导体和绝缘体导体、半导体和绝缘体PNJunction第一章常用半导体器件第一章常用半导体器件莆田学院三电教研室模拟电路多媒体课件莆田学院三电教研室模拟电路多媒体课件 半导体半导体的的导电机理不同于其它物机理不同于其它物质，所以它，所以它具有不同于其它物具有不同于其它物质的特点。例如：的特点。例如：当受外界当受外界热和光的作用和光的作用时，它的它的导电能力明能力明显变化。化。往往纯净的半的半导体中体中掺入某些入某些杂质，会使它的会使它的导电能力和内部能力和内部结构构发生生变化。化。光敏器件光敏器件二极管二极管第一章常用半导体器件第一章常用半导体器件莆田学院三电教研室模拟电路多媒体课件莆田学院三电教研室模拟电路多媒体课件+4+4+4+4+4+4+4+4+4 完完全全纯纯净净的的、不不含含其其他他杂杂质质且且具具有有晶晶体体结结构构的的半半导导体体称为称为本征半导体本征半导体 将将硅硅或或锗锗材材料料提提纯纯便便形形成成单单晶晶体体，它它的的原原子子结结构构为为共价键结构。共价键结构。价价电电子子共共价价键键图图 1.1.1本征半导体结构示意图本征半导体结构示意图二二、本征半、本征半导体的体的晶体晶体结构构当当温温度度 T=0 K 时时，半半导导体不导电，如同绝缘体。体不导电，如同绝缘体。第一章常用半导体器件第一章常用半导体器件莆田学院三电教研室模拟电路多媒体课件莆田学院三电教研室模拟电路多媒体课件+4+4+4+4+4+4+4+4+4图图 1.1.2本征半导体中的本征半导体中的 自由电子和空穴自由电子和空穴自由电子自由电子空穴空穴 若若 T ，将将有有少少数数价价电电子子克克服服共共价价键键的的束束缚缚成成为为自自由由电电子子，在在原原来来的的共共价价键键中中留留下下一一个个空空位位空穴。空穴。T 自自由由电电子子和和空空穴穴使使本本征征半半导导体体具具有有导导电电能能力力，但很微弱。但很微弱。空空穴穴可可看看成成带带正正电电的的载流子。载流子。三三、本征半、本征半导体体中的两种载流子中的两种载流子（动画1-1）（动画1-2）第一章常用半导体器件第一章常用半导体器件莆田学院三电教研室模拟电路多媒体课件莆田学院三电教研室模拟电路多媒体课件四、本征半本征半导体中体中载流子的浓度载流子的浓度在一定温度下在一定温度下本征半本征半导体中体中载流子的浓度是一定的，载流子的浓度是一定的，并且自由电子与空穴的浓度相等。并且自由电子与空穴的浓度相等。本征半本征半导体中体中载流子的浓度公式：载流子的浓度公式：T=300 K室温下室温下,本征硅的电子和空穴浓度本征硅的电子和空穴浓度:n=p=1.431010/cm3本征锗的电子和空穴浓度本征锗的电子和空穴浓度:n=p=2.381013/cm3ni=pi=K1T3/2 e-EGO/(2KT)本征激发本征激发(见动画见动画)复合复合动态平衡动态平衡第一章常用半导体器件第一章常用半导体器件莆田学院三电教研室模拟电路多媒体课件莆田学院三电教研室模拟电路多媒体课件1.半导体中两种载流子半导体中两种载流子带负电的带负电的自由电子自由电子带正电的带正电的空穴空穴 2.本本征征半半导导体体中中，自自由由电电子子和和空空穴穴总总是是成成对对出出现现，称为称为 电子电子-空穴对。空穴对。3.本征半导体中本征半导体中自由电子自由电子和和空穴空穴的浓度的浓度用用 ni 和和 pi 表示，显然表示，显然 ni=pi。4.由由于于物物质质的的运运动动，自自由由电电子子和和空空穴穴不不断断的的产产生生又又 不不断断的的复复合合。在在一一定定的的温温度度下下，产产生生与与复复合合运运动动会达到平衡，载流子的浓度就一定了。会达到平衡，载流子的浓度就一定了。5.载载流流子子的的浓浓度度与与温温度度密密切切相相关关，它它随随着着温温度度的的升升 高，基本按指数规律增加。高，基本按指数规律增加。小结小结第一章常用半导体器件第一章常用半导体器件莆田学院三电教研室模拟电路多媒体课件莆田学院三电教研室模拟电路多媒体课件1.1.21.1.2杂质半导体杂质半导体杂质半导体有两种杂质半导体有两种N 型半导体型半导体P 型半导体型半导体一、一、N 型半导体型半导体(Negative)在在硅硅或或锗锗的的晶晶体体中中掺掺入入少少量量的的 5 价价杂杂质质元元素素，如如磷磷、锑锑、砷砷等等，即即构构成成 N 型型半半导导体体(或或称称电电子子型型半导体半导体)。常用的常用的 5 价杂质元素有磷、锑、砷等。价杂质元素有磷、锑、砷等。第一章常用半导体器件第一章常用半导体器件莆田学院三电教研室模拟电路多媒体课件莆田学院三电教研室模拟电路多媒体课件 本本征征半半导导体体掺掺入入 5 价价元元素素后后，原原来来晶晶体体中中的的某某些些硅硅原原子子将将被被杂杂质质原原子子代代替替。杂杂质质原原子子最最外外层层有有 5 个个价价电电子子，其其中中 4 个个与与硅硅构构成成共共价价键键，多多余余一一个个电电子子只只受受自身原子核吸引，在室温下即可成为自由电子。自身原子核吸引，在室温下即可成为自由电子。第一章常用半导体器件第一章常用半导体器件莆田学院三电教研室模拟电路多媒体课件莆田学院三电教研室模拟电路多媒体课件+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5自由电子自由电子施主原子施主原子图图 1.1.3N 型半导体型半导体5 价杂质原子称为价杂质原子称为施主原子。施主原子。第一章常用半导体器件第一章常用半导体器件莆田学院三电教研室模拟电路多媒体课件莆田学院三电教研室模拟电路多媒体课件 自由电子浓度远大于空穴的浓度，即自由电子浓度远大于空穴的浓度，即 n p。电子称为多数载流子电子称为多数载流子(简称多子简称多子)，空穴称为少数载流子空穴称为少数载流子(简称少子简称少子)。第一章常用半导体器件第一章常用半导体器件莆田学院三电教研室模拟电路多媒体课件莆田学院三电教研室模拟电路多媒体课件二、二、P 型半导体型半导体+4+4+4+4+4+4+4+4+4在在硅硅或或锗锗的的晶晶体体中中掺掺入入少少量量的的 3 价价杂杂质质元元素素，如如硼、镓、铟等，即构成硼、镓、铟等，即构成 P 型半导体型半导体。+3空空穴穴浓浓度度多多于于电电子子浓浓度度，即即 p n。空空穴穴为为多多数数载载流流子子，电电子子为为少数载流子。少数载流子。3 价价杂杂质质原原子子称称为为受受主原子。主原子。受主受主原子原子空穴空穴图图 1.1.4P 型半导体型半导体第一章常用半导体器件第一章常用半导体器件莆田学院三电教研室模拟电路多媒体课件莆田学院三电教研室模拟电路多媒体课件说明：说明：1.掺掺入入杂杂质质的的浓浓度度决决定定多多数数载载流流子子浓浓度度；温温度度决决定少数载流子的浓度。定少数载流子的浓度。3.杂质半导体总体上保持电中性。杂质半导体总体上保持电中性。4.杂质半导体的表示方法如下图所示。杂质半导体的表示方法如下图所示。2.杂杂质质半半导导体体载载流流子子的的数数目目要要远远远远高高于于本本征征半半导导体，因而其导电能力大大改善。体，因而其导电能力大大改善。(a)N 型半导体型半导体(b)P 型半导体型半导体图图 杂质半导体的的简化表示法杂质半导体的的简化表示法第一章常用半导体器件第一章常用半导体器件莆田学院三电教研室模拟电路多媒体课件莆田学院三电教研室模拟电路多媒体课件 在在一一块块半半导导体体单单晶晶上上一一侧侧掺掺杂杂成成为为 P 型型半半导导体体，另另一一侧侧掺掺杂杂成成为为 N 型型半半导导体体，两两个个区区域域的的交交界界处处就就形形成成了了一个特殊的薄层，一个特殊的薄层，称为称为 PN 结结。PNPN结结图图 PN 结的形成结的形成一、一、PN 结的形成结的形成1.1.3PN结结第一章常用半导体器件第一章常用半导体器件莆田学院三电教研室模拟电路多媒体课件莆田学院三电教研室模拟电路多媒体课件 PN 结中载流子的运动结中载流子的运动耗尽层耗尽层空间电荷区空间电荷区PN1.扩散运动扩散运动2.扩扩散散运运动动形成空间电荷区形成空间电荷区电电子子和和空空穴穴浓浓度度差差形形成成多多数数载载流流子子的的扩扩散散运运动。动。PN 结结，耗耗尽层。尽层。PN（动画1-3）第一章常用半导体器件第一章常用半导体器件莆田学院三电教研室模拟电路多媒体课件莆田学院三电教研室模拟电路多媒体课件3.空间电荷区产生内电场空间电荷区产生内电场PN空间电荷区空间电荷区内电场内电场Uho空间电荷区正负离子之间电位差空间电荷区正负离子之间电位差 Uho 电位壁垒电位壁垒；内电场内电场；内电场阻止多子的扩散；内电场阻止多子的扩散 阻挡层阻挡层。4.漂移运动漂移运动内内电电场场有有利利于于少少子子运运动动漂漂移。移。少少子子的的运运动动与与多多子子运运动动方方向向相反相反 阻挡层阻挡层第一章常用半导体器件第一章常用半导体器件莆田学院三电教研室模拟电路多媒体课件莆田学院三电教研室模拟电路多媒体课件5.扩散与漂移的