电子技术基础模拟部分第六版课件.ppt

《电子技术基础》模拟部分 （第六版）1电子技术基础模拟部分第六版电子技术基础模拟部分1 1 绪论2 2 运算放大器3 3 二极管及其基本电路4 4 场效应三极管及其放大电路5 5 双极结型三极管及其放大电路6 6 频率响应7 7 模拟集成电路8 8 反馈放大电路9 9 功率放大电路10 10 信号处理与信号产生电路11 11 直流稳压电源2电子技术基础模拟部分第六版3 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3电子技术基础模拟部分第六版3.1 半导体的基本知识3.1.1 半导体材料3.1.2 半导体的共价键结构3.1.3 本征半导体3.1.4 杂质半导体4电子技术基础模拟部分第六版3.1.1 3.1.1 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 Si和锗GeGe以及砷化镓GaAsGaAs等5电子技术基础模拟部分第六版3.1.2 3.1.2 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6电子技术基础模拟部分第六版3.1.3 3.1.3 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由于随机热振动致使共价键被打破而产生空穴－电子对7电子技术基础模拟部分第六版3.1.4 3.1.4 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 N型半导体————掺入五价杂质元素（如磷）的半导体 P P型半导体————掺入三价杂质元素（如硼）的半导体8电子技术基础模拟部分第六版3.1.4 3.1.4 杂质半导体 1. N 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 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。

9电子技术基础模拟部分第六版3.1.4 3.1.4 杂质半导体 2. P 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 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10电子技术基础模拟部分第六版3.1.4 3.1.4 杂质半导体 3. 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: : T T=300 K=300 K室温下, ,本征硅的电子和空穴浓度: : n n = = p p =1.4×10=1.4×101010/cm/cm3 31 1 本征硅的原子浓度: : 4.96×104.96×102222/cm/cm3 3 3 3以上三个浓度基本上依次相差10106 6/cm/cm3 3 。

2 2掺杂后 N N 型半导体中的自由电子浓度: : n=n=5×105×101616/cm/cm3 311电子技术基础模拟部分第六版3.2 PN结的形成及特性3.2.1 载流子的漂移与扩散3.2.2 PN结的形成3.2.3 PN结的单向导电性3.2.4 PN结的反向击穿3.2.5 PN结的电容效应12电子技术基础模拟部分第六版3.2.1 3.2.1 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13电子技术基础模拟部分第六版3.2.2 PN3.2.2 PN结的形成14电子技术基础模拟部分第六版3.2.2 PN3.2.2 PN结的形成15电子技术基础模拟部分第六版 在一块本征半导体两侧通过扩散不同的杂质, ,分别形成N N型半导体和P P型半导体。

此时将在N N型半导体和P P型半导体的结合面上形成如下物理过程: : 因浓度差   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多子的扩散运动 由杂质离子形成空间电荷区  16电子技术基础模拟部分第六版3.2.3 PN3.2.3 PN结的单向导电性 当外加电压使PNPN结中P P区的电位高于N 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(1) PN结加正向电压时• 低电阻• 大的正向扩散电流PNPN结的I-V I-V 特性17电子技术基础模拟部分第六版3.2.3 PN3.2.3 PN结的单向导电性• 高电阻• 很小的反向漂移电流 当外加电压使PNPN结中P P区的电位高于N 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(2) PN结加反向电压时PNPN结的I-V I-V 特性18电子技术基础模拟部分第六版3.2.3 PN3.2.3 PN结的单向导电性PNPN结的I-V I-V 特性 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 • 高电阻• 很小的反向漂移电流 当外加电压使PNPN结中P P区的电位高于N 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(2) PN结加反向电压时19电子技术基础模拟部分第六版3.2.3 PN3.2.3 PN结的单向导电性 PNPN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流； PNPN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：PNPN结具有单向导电性20电子技术基础模拟部分第六版3.2.3 PN3.2.3 PN结的单向导电性 (3) PN(3) PN结I I- -V V 特性表达式其中I IS S ————反向饱和电流V VT T ————温度的电压当量且在常温下（T T=300K=300K）PNPN结的I-VI-V 特性21电子技术基础模拟部分第六版3.2.4 PN3.2.4 PN结的反向击穿 当PNPN结的反向电压增加到一定数值时，反向电流突然快速增加，此现象称为PNPN结的反向击穿。

热击穿————不可逆 雪崩击穿 齐纳击穿 电击穿————可逆22电子技术基础模拟部分第六版3.2.5 PN3.2.5 PN结的电容效应 (1) (1) 势垒电容C CB B外加电压变化离子层厚薄变化等效于电容充放电23电子技术基础模拟部分第六版3.2.5 PN3.2.5 PN结的电容效应(2) (2) 扩散电容C CD D扩散电容示意图外加电压变化扩散到对方区域在靠近PNPN结附近累积的载流子浓度发生变化等效于电容充放电24电子技术基础模拟部分第六版3.3 半导体二极管3.3.1 二极管的结构3.3.2 二极管的I-V特性3.3.3 二极管的参数25电子技术基础模拟部分第六版3.3.1 3.3.1 二极管的结构26电子技术基础模拟部分第六版3.3.1 3.3.1 二极管的结构 在PNPN结上加上引线和封装，就成为一个二极管二极管按结构分有点接触型、面接触型两大类1) (1) 点接触型二极管(a)(a)点接触型 二极管的结构示意图 PN PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路27电子技术基础模拟部分第六版3.3.1 3.3.1 二极管的结构(2) (2) 面接触型二极管 PN PN结面积大，用于工频大电流整流电路。

b)(b)面接触型(c)(c)集成电路中的平面型(3) (3) 二极管的代表符号28电子技术基础模拟部分第六版3.3.2 3.3.2 二极管的I I- -V V特性二极管的伏安特性曲线可用下式表示硅二极管2CP102CP10的I I- -V V 特性锗二极管2AP152AP15的I I- -V V 特性正向特性反向特性反向击穿特性29电子技术基础模拟部分第六版3.3.3 3.3.3 二极管的主要参数(1) (1) 最大整流电流I IF F(2) (2) 反向击穿电压V VBRBR(3) (3) 反向电流I IR R(4) (4) 极间电容C Cd d（C CB B、 C CD D ）(5) (5) 反向恢复时间T TRRRR30电子技术基础模拟部分第六版3.4 二极管的基本电路及其分析方法3.4.1 简单二极管电路的图解分析方法3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法31电子技术基础模拟部分第六版3.4.1 3.4.1 简单二极管电路的图解分析方法 二极管是一种非线性器件，因而其电路一般要采用非线性电路的分析方法，相对来说比较复杂，而图解分析法则较简单，但前提条件是已知二极管的V V - -I I 特性曲线。

符号中大小写的含义：大写字母大写下标：静态值（直流），如，I IB B（参见“本书常用符号表”）小写字母大写下标：总量（直流+ +交流），如，i iB B小写字母小写下标：瞬时值（交流），如，i ib b32电子技术基础模拟部分第六版例3.4.1 3.4.1 电路如图所示，已知二极管的V V- -I I特性曲线、电源V VDDDD和电阻R R，求二极管两端电压v vD D和流过二极管的电流i iD D 解：由电路的KVLKVL方程，可得 即 是一条斜率为-1/-1/R R的直线，称为负载线 Q Q的坐标值（V VD D，I ID D）即为所求Q Q点称为电路的工作点33电子技术基础模拟部分第六版3.4.2 3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法1. 1. 二极管I I- -V V 特性的建模 将指数模型 分段线性化，得到二极管特性的等效模型1 1）理想模型 I-V I-V 特性代表符号正向偏置时的电路模型反向偏置时的电路模型34电子技术基础模拟部分第六版3.4.2 3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法1. 1. 二极管I I- -V V 特性的建模（2 2）恒压降模型（a a）I I- -V V 特性 （b b）电路模型 （3 3）折线模型（a a）I I- -V V 特性 （b b）电路模型 35电子技术基础模拟部分第六版3.4.2 3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法（4 4）小信号模型v vs s = =V Vmmsinsin t t 时（V Vmm<<<

将Q Q点附近小范围内的V V- -I I 特性线性化，得到小信号模型，即以Q Q点为切点的一条直线1. 1. 二极管I I- -V V 特性的建模+ +v vs s- -36电子技术基础模拟部分第六版3.4.2 3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法 过Q Q点的切线可以等效成一个微变电阻即根据得Q Q点处的微变电导则常温下（T T=300K=300K）1. 1. 二极管I I- -V V 特性的建模（4 4）小信号模型37电子技术基础模拟部分第六版3.4.2 3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法 特别注意：§ 小信号模型中的微变电阻r rd d与静态工作点Q Q有关§ 该模型用于二极管处于正向偏置条件下，且v vD D>>>>V VT T （a a）I I- -V V 特性 （b b）电路模型1. 1. 二极管I I- -V V 特性的建模（4 4）小信号模型38电子技术基础模拟部分第六版3.4.2 3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法2 2．模型分析法应用举例（1 1）整流电路（理想模型）当v vs s为正半周时，二极管导通，且导通压降为0V0V，v vo o = = v vs s39电子技术基础模拟部分第六版2 2．模型分析法应用举例（2 2）静态工作情况分析理想模型（R R=10k=10k ） 当V VDDDD=10V =10V 时，恒压模型（硅二极管典型值）折线模型（硅二极管典型值）设当V VDDDD=1V =1V 时， （自学）（a a）简单二极管电路 （b b）习惯画法 40电子技术基础模拟部分第六版（3 3）限幅与钳位电路 电路如图，R R = 1kΩ = 1kΩ，V VREFREF = 3V = 3V，二极管为硅二极管。

分别用理想模型和恒压降模型求解，当v vI I = 6sin = 6sin t t V V时，绘出相应的输出电压v vO O的波形 2 2．模型分析法应用举例41电子技术基础模拟部分第六版 电路如图，二极管为硅二极管，V VD D=0.7V=0.7V， v vs s = = V Vm m sinsin t t V V，且V Vm m >>>>V VD D ，绘出相应的输出电压v vO O的波形 v vs s的负半周，D D导通，C C充电，但无放电回路，最后（稳态）V VC C = = V Vmm - - V VD D = = V Vmm– 0.7V – 0.7V （V Vmm是振幅值）此后输出电压为v vO O = = v vs s + +V VC C = = v vs s + +V Vm m - - 0.7V 0.7V 将输入波形的底部钳位在了-0.7V-0.7V的直流电平上若颠倒二极管的方向，v vO O的波形将怎样变化？（3 3）限幅与钳位电路2 2．模型分析法应用举例42电子技术基础模拟部分第六版（4 4）开关电路电路如图所示，求AOAO的电压值解： 先断开D D，以O O为基准电位， 即O O点为0V0V。

则接D D阳极的电位为-6V-6V，接阴极的电位为-12V-12V阳极电位高于阴极电位，D D接入时正向导通导通后，D D的压降等于零，即A A点的电位就是D D阳极的电位所以，AOAO的电压值为-6V-6V2 2．模型分析法应用举例43电子技术基础模拟部分第六版（6 6）小信号工作情况分析图示电路中，V VDD DD = 5V= 5V，R R = 5k = 5k ，恒压降模型的V VD D=0.7V=0.7V，v vs s = 0.1sin= 0.1sinwt wt V V1 1）求输出电压v vO O的交流量和总量；（2 2）绘出v vO O的波形 解得：v vO O = = V VO O + + v vo o = 4.3= 4.3 + + 0.0994sin 0.0994sinwt wt （V V） 直流通路（静态）小信号模型的交流通路（动态） 直流通路、交流通路、静态、动态等概念，在放大电路的分析中非常重要解：2 2．模型分析法应用举例44电子技术基础模拟部分第六版3.5 特殊二极管3.5.1 齐纳二极管3.5.2 变容二极管3.5.3 肖特基二极管3.5.4 光电器件45电子技术基础模拟部分第六版3.5.1 3.5.1 齐纳二极管1. 1. 符号及稳压特性 利用二极管反向击穿特性实现稳压。

稳压二极管稳压时工作在反向电击穿状态a)(a)符号(b) (b) 伏安特性（c c）反向击穿时的模型 46电子技术基础模拟部分第六版3.5.1 3.5.1 齐纳二极管(1) (1) 稳定电压V VZ Z(2) (2) 动态电阻r rZ Z 在规定的稳压管反向工作电流I IZ Z下，所对应的反向工作电压r rZ Z = = V VZ Z / / I IZ Z(3)(3)最大耗散功率 P PZMZM(4)(4)最大稳定工作电流 I IZ(max) Z(max) 和最小稳定工作电流 I IZ(min)Z(min)(5)(5)稳定电压温度系数———— V VZ Z2. 2. 齐纳二极管主要参数47电子技术基础模拟部分第六版3.5.1 3.5.1 齐纳二极管3. 3. 稳压电路正常稳压时 V VO O = =V VZ Z# # 稳压条件是什么？I IZ(min)Z(min) ≤ ≤ I IZ Z ≤ ≤ I IZ(max)Z(max)# # 不加R R可以吗？48电子技术基础模拟部分第六版3.5.2 3.5.2 变容二极管（a a）符号 （b b）结电容与电压的关系（纵坐标为对数刻度） 49电子技术基础模拟部分第六版3.5.3 3.5.3 肖特基二极管（a a）符号 （b b）正向V V- -I I特性50电子技术基础模拟部分第六版3.5.4 3.5.4 光电器件1. 1. 光电二极管 （a a）符号 （b b）电路模型 （c c）特性曲线 51电子技术基础模拟部分第六版3.5.4 3.5.4 光电器件2. 2. 发光二极管符号光电传输系统 52电子技术基础模拟部分第六版3.5.4 3.5.4 光电器件3. 3. 激光二极管（a a）物理结构 （b b）符号 53电子技术基础模拟部分第六版3.5.4 3.5.4 光电器件4 4. . 太阳能电池endend54电子技术基础模拟部分第六版Thank you!Thank you!55电子技术基础模拟部分第六版。