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模拟电子电路电气工程学院电工电子基地教师:模拟电子电路电气工程学院电工电子基地张晓冬王昕Office:电气308Tel:7108;8346(O)5573(H)E:win_dd@163.com1康华光:电子技术基础2冯民昌:模拟集成电路基础3童诗白:模拟电子技术基础4DonaldA.Neamen:ElectronicCircuitAnalysisandDesign(2ndEdition)电子电路分析与设计(清华影印版)参考书:课程信息:模拟电子电路电气工程学院电工电子基地教学大纲学习环节:教学进度教学方法实验安排考核(题例)听课(强力推荐)完成作业完成实验自由发挥参加竞赛(自愿)题例Ch0电子学与模拟电子技术概述Here:?\?\…Note:???Welcome:win_dd@163.comChapCh0电子学与模拟电子技术概述学科发展物理与电子学器件的发展理论的发展应用的发展现状与展望我国的发展电子学的地位模拟电子技术数字电子技术最新发展例1最新发展例2研究处理连续信号的电路。模拟——analog研究处理离散信号的电路。数字——digital模拟电子电路电气工程学院电工电子基地Ch1半导体和基本半导体器件1.1半导体理论基础1.2PN结与二极管1.3各类二极管1.4双极型三极管1.5场效应管1.6运放模型1.1半导体基础半导体特性本征半导体杂质半导体Here:?\?\…Note:???Welcome:win_dd@163.comChap半导体特性物质分类导体—导电率为105S.cm-1,量级,如金属绝缘体—导电率为10-22-10-14S.cm-1量级,如:橡胶、云母、塑料等。—导电能力随条件变化。如:硅、锗、砷化镓等。半导体半导体特性掺入杂质则导电率增加几百倍掺杂特性半导体器件温度增加使导电率大为增加温度特性热敏器件光照不仅使导电率大为增加还可以产生电动势光照特性光敏器件光电器件Ch1Semiconductor…\1.1Elementary\…基础知识SectHere:?\?\…Note:???Welcome:win_dd@163.comChap本征半导体完全纯净、结构完整的半导体晶体。纯度:99.9999999%,“九个9”它在物理结构上呈单晶体形态。常用的本征半导体Si+14284Ge+3228184+4SectCh1Semiconductor…\1.1Elementary\…基础知识本征半导体Here:?\?\…Note:???Welcome:win_dd@163.comChap本征半导体的原子结构和共价键:+4+4+4+4+4+4+4+4+4共价键内的电子称为束缚电子价带导带挣脱原子核束缚的电子称为自由电子价带中留下的空位称为空穴禁带EG外电场E自由电子定向移动形成电子流束缚电子填补空穴的定向移动形成空穴流SectCh1Semiconductor…\1.1Elementary\…基础知识Here:?\?\…Note:???Welcome:win_dd@163.comChap1.本征半导体中有两种载流子—自由电子和空穴它们是成对出现的2.在外电场的作用下,产生电流—电子流和空穴流电子流自由电子作定向运动形成的与外电场方向相反自由电子始终在导带内运动空穴流价电子递补空穴形成的与外电场方向相同始终在价带内运动SectCh1Semiconductor…\1.1Elementary\…基础知识本征半导体中的载流子:Here:?\?\…Note:???Welcome:win_dd@163.comChap本征半导体载流子的浓度:电子浓度ni:表示单位体积的自由电子数空穴浓度pi:表示单位体积的空穴数。kT/EiigeBTpn223B—与材料有关的常数Eg—禁带宽度T—绝对温度k—玻尔曼常数结论1.本征半导体中电子浓度ni=空穴浓度pi2.载流子的浓度与T、Eg有关SectCh1Semiconductor…\1.1Elementary\…基础知识Here:?\?\…Note:???Welcome:win_dd@163.comChap载流子的产生与复合:g——载流子的产生率即每秒成对产生的电子空穴的浓度。R——载流子的复合率即每秒成对产生的电子空穴的浓度。当达到动态平衡时g=RSectCh1Semiconductor…\1.1Elementary\…基础知识Here:?\?\…Note:???Welcome:win_dd@163.comChap杂质半导体掺入杂质的本征半导体。掺杂后半导体的导电率大为提高掺入的三价元素如B、Al、In等,形成P型半导体掺入的五价元素如P、Se等,形成N型半导体杂质半导体SectCh1Semiconductor…\1.1Elementary\…基础知识Here:?\?\…Note:???Welcome:win_dd@163.comChapN型半导体:+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5+5在本征半导体中掺入的五价元素如P。价带导带+++++++施主能级自由电子是多数载流子空穴是少数载流子杂质原子提供由热激发形成由于五价元素很容易贡献电子,因此将其称为施主杂质。施主杂质因提供自由电子而带正电荷成为正离子SectCh1Semiconductor…\1.1Elementary\…基础知识Here:?\?\…Note:???Welcome:win_dd@163.comChapP型半导体:+4+4+4+4+4+4+4+4+4+3+3在本征半导体中掺入的三价元素如B。价带导带-------受主能级自由电子是少数载流子空穴是多数载流子杂质原子提供由本征激发形成因留下的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。SectCh1Semiconductor…\1.1Elementary\…基础知识Here:?\?\…Note:???Welcome:win_dd@163.comChapCh1Semiconductor…\1.1Elementary\…基础知识Sect讨论:若使P型半导体和N型半导体“亲密接触”,会发生什么现象?1.2PN结与二极管PN结半导体二极管Here:?\?\…Note:???Welcome:win_dd@163.comChapP区N区扩散运动载流子从浓度大向浓度小的区域扩散,称扩散运动形成的电流成为扩散电流内电场内电场阻碍多子向对方的扩散即阻碍扩散运动同时促进少子向对方漂移即促进了漂移运动扩散运动=漂移运动时达到动态平衡SectPN结的形成Ch1Semiconductor…\1.2PNjunc…\…基础知识Here:?\?\…Note:???Welcome:win_dd@163.comChap内电场阻止多子扩散载流子浓度差多子扩散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扩散运动多子从浓度大向浓度小的区域运动,称为扩散。扩散运动产生扩散电流。漂移运动少子向对方运动,称为漂移。漂移运动产生漂移电流。动态平衡扩散电流=漂移电流,PN结内总电流为0。PN结稳定的空间电荷区,又称为高阻区、耗尽层,…SectCh1Semiconductor…\1.2PNjunc…\…基础知识Here:?\?\…Note:???Welcome:win_dd@163.comChapVPN结的接触电位内电场的建立,使PN结中产生电位差。从而形成接触电位V接触电位V决定于材料及掺杂浓度锗:V=0.2~0.3硅:V=0.6~0.7SectCh1Semiconductor…\1.2PNjunc…\…基础知识Here:?\?\…Note:???Welcome:win_dd@163.comChap1.PN结加正向电压时的导电情况外电场方向与PN结内电场方向相反,削弱了内电场。内电场对多子扩散运动的阻碍减弱,扩散电流加大。扩散电流远大于漂移电流,可忽略漂移电流的影响。PN结呈现低电阻。P区的电位高于N区的电位,称为加正向电压,简称正偏;内外SectCh1Semiconductor…\1.2PNjunc…\…基础知识PN结的单向导电性Here:?\?\…Note:???Welcome:win_dd@163.comChap2.PN结加反向电压时的导电情况外电场与PN结内电场方向相同,增强内电场。内电场对多子扩散运动阻碍增强,扩散电流大大减小。少子在内电场的作用下形成的漂移电流加大。PN结呈现高电阻。P区的电位低于N区的电位,称为加反向电压,简称反偏;内外SectCh1Semiconductor…\1.2PNjunc…\…基础知识Here:?\?\…Note:???Welcome:win_dd@163.comChap结论:PN结具有单向导电性。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。SectCh1Semiconductor…\1.2PNjunc…\…基础知识Here:?\?\…Note:???Welcome:win_dd@163.comChap式中Is饱和电流;VT=kT/q等效电压k波尔兹曼常数;T=300K(室温)时VT=26mVPN结电流方程由半导体物理可推出:)1(TSVveII当加反向电压时:当加正向电压时:(vVT)TSVveIISIISectCh1Semiconductor…\1.2PNjunc…\…基础知识Here:?\?\…Note:???Welcome:win_dd@163.comChap势垒电容CB由空间电荷区的离子薄层形成的。当外加电压使PN结上压降发生变化时,离子薄层的厚度也相应地随之改变,这相当PN结中存储的电荷量也随之变化,犹如电容的充放电。PN结电容效应SectCh1Semiconductor…\1.2PNjunc…\…基础知识Here:?\?\…Note:???Welcome:win_dd@163.comChap扩散电容是由多子扩散后,在PN结的另一侧面积累而形成的。因PN结正偏时,由N区扩散到P区的电子,与外电源提供的空穴相复合,形成正向电流。刚扩散过来的电子就堆积在P区内紧靠PN结的附近,形成一定的多子浓度梯度分布曲线。扩散电容CD当外加正向电压不同时,扩散电流即外电路电流的大小也就不同。所以PN结两侧堆积的多子的浓度梯度分布也不同,这就相当电容的充放电过程。势垒电容和扩散电容均是非线性电容。SectCh1Semiconductor…\1.2PNjunc…\…基础知识Here:?\?\…Note:???Welcome:win_dd@163.comChapPN结的反向击穿反向击穿PN结上反向电压达到某一数值,反向电流激增。雪崩击穿当反向电压增高时,少子获得能量高速运动,在空间电荷区与原子发生碰撞,产生碰撞电离。形成连锁反应,象雪崩一样。使反向电流激增。齐纳击穿当反向电压较大时,强电场直接从共价键中将电子拉出来,形成大量载流子,使反向电流激增。击穿可逆。掺杂浓度小的二极管容易发生击穿可逆。掺杂浓度大的二极管容易发生不可逆击穿—热击穿PN结的电流或电压较大,使PN结耗散功率超过极限值,使结温升高,导致PN结过热而烧毁。SectCh1Semiconductor…\1.2PNjunc…\…基础知识Here:?\?\…Note:???Welcome:win_dd@163.comChap晶体二极管的结构类型在PN结上加上引线和封装,就成为一个二极管二极管按结构分点接触型面接触型平面型PN结面积小,结电容小,用于检波和变频等高频电路PN结面积大,用于工频大电流整流电路往往用于集成电路制造工艺中。PN结面积可大可小,用于高频整流和开关电路中。半导体二极管Ch1Semiconductor…\1.2PNjunc…\…基础知识Here:?\?\…Note:???Welcome:win_dd@163.comChap二极管的伏安特性是指二极管两端电压和流过二极管电流之间的关系。由PN结电流方程求出理想的伏安特性曲线IU1.当加正向电压时PN结电流方程
本文标题:模拟电子电路
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