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1、模拟电子技术基础,电子教案 V1.0,陈大钦 主编,华中科技大学电信系,2,模拟电子技术基础,第1章 绪论,第2章 半导体二极管及其应用电路,第3章 半导体三极管及其放大电路基础,第4章 多级放大电路及模拟集成电路基础,第5章 信号运算电路,第6章 负反馈放大电路,第7章 信号处理与产生电路,第8章 场效应管及其放大电路,第9章 功率放大电路,第10章 集成运算放大器,第11章 直流电源,2 半导体二极管及其应用电路,2.1 PN结的基本知识,2.2 半导体二极管,2.3 二极管应用电路,2.4 特殊二极管,2 半导体二极管及其应用电路,4,2.1 PN结的基本知识,2.1.1 本征半导体及其
2、导电性,2.1.2 杂质半导体,2.1.3 PN结及其单向导电性,2.1.4 PN结电容,半导体:导电特性介于导体和绝缘体之间典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。,导电的重要特点,1、其能力容易受环境因素影响（温度、光照等）,2、掺杂可以显著提高导电能力,原子结构简化模型,5,图2.1.1 本征半导体的共价键结构,2.1.1 本征半导体及其导电性,2.1 PN结的基本知识,1.本征半导体,完全纯净、结构完整的半导体晶体。,在T=0K和无外界激发时，没有载流子，不导电,原子结构简化模型,6,温度,光照,自由电子,空穴,本征激发,空穴 共价键中的空位,空穴的移动空穴的运动是靠相邻共价
3、键中的价电子依次充填空穴来实现的。,由热激发或光照而产生自由电子和空穴对。,温度 载流子浓度,2.1.1 本征半导体及其导电性,2.1 PN结的基本知识,2.本征激发,复合本征激发的逆过程,载流子:自由移动带电粒子,7,1.N型半导体,掺入少量的五价元素磷P,2.P型半导体,2.1.2 杂质半导体,2.1 PN结的基本知识,图2.1.4 P型半导体的共价键结构,掺入少量的三价元素硼B,自由电子是多数载流子（简称多子）空穴是少数载流子（简称少子）,空穴是多数载流子自由电子为少数载流子。,空间电荷,8,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10
4、6/cm3。,杂质对半导体导电性的影响,9,本征半导体、本征激发,本节中的有关概念,自由电子空穴,N型半导体、施主杂质(5价)P型半导体、受主杂质(3价),多数载流子、少数载流子,杂质半导体,复合,*半导体导电特点1：其能力容易受温度、光照等环境因素影响温度载流子浓度导电能力,*半导体导电特点2：掺杂可以显著提高导电能力,10,1.浓度差多子的扩散运动,2.扩散空间电荷区内电场,3.内电场少子的漂移运动 阻止多子的扩散,4、扩散与漂移达到动态平衡,载流子的运动：,扩散运动浓度差产生的载流子移动,漂移运动在电场作用下，载流子的移动,P区,N区,形成过程可分成4步(动画),2.1.3 PN结及其单
5、向导电性,1.PN结的形成,11,PN结形成的物理过程：,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,杂质离子形成空间电荷区,对于P型半导体和N型半导体结合面，离子薄层形成的空间电荷区称为PN结。在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称耗尽层。,12,2.PN结的单向导电性,只有在外加电压时才 扩散与漂移的动态平衡将,定义：,加正向电压，简称正偏,加反向电压，简称反偏,扩散 漂移 大的正向扩散电流（多子）低电阻 正向导通,漂移 扩散 很小的反向漂移电流（少子）高电阻 反向截止,13,图2.1.6 外加正向电压时
6、的PN结 图2.1.7 外加反向电压时的PN结,2.PN结的单向导电性,2.1.3 PN结及其单向导电性,14,图2.1.8 PN结伏安特性,3.PN结的伏安特性,正向特性,反向特性,反向击穿特性,倍增效应,雪崩击穿,齐纳击穿,2.1.3 PN结及其单向导电性,15,用来描述势垒区的空间电荷随外加电压变化而变化的电容效应,多数载流子的扩散运动是形成扩散电容的主要因素,(1)势垒电容CB,(2)扩散电容CD,2.1.4 PN结电容,2.1 PN结的基本知识,图2.1.9 势垒电容与外加电压关系,16,2.2 半导体二极管,2.2.1 二极管的结构,2.2.2 二极管的伏安特性,2.2.3 二极管
7、的主要参数,2.2.4 二极管模型,PN结加上引线和封装 二极管,按结构分类,点接触型,面接触型,平面型,17,点接触型,面接触型,平面型,2.2.1 二极管的结构,18,正向特性,2.2 半导体二极管,Vth=0.5V（硅）Vth=0.1V（锗）,2.2.2 二极管的伏安特性,反向特性,反向击穿特性,注意,1.死区电压（门坎电压）,2.反向饱和电流 硅：0.1A；锗：10A,3.PN结方程（近似）,19,图2.2.4 温度对二极管特性曲线的影响示意图,温度对二极管特性的影响,20,1.最大整流电流IF,2.最高反向工作电压VRM,3.反向电流IR,4.极间电容Cd,5.最高工作频率fM,2.
8、2.3 二极管的主要参数,2.2 半导体二极管,图2.2.3 锗二极管2AP15的伏安特性,21,图2.2.5 理想模型（a）伏安特性曲线（b）代表符号（c）正向偏置时的电路模型（d）反向偏置时的电路模型,2.2.4 二极管模型,2.2 半导体二极管,22,图2.2.6 恒压降模型 图2.2.7 折线模型(a)伏安特性曲线(b)代表符号(a)伏安特性曲线(b)代表符号,23,图2.2.8 小信号模型(a)伏安特性曲线(b)代表符号,24,2.3 二极管应用电路,2.3.1 整流电路,2.3.2 限幅电路,2.3.3 钳位电路,25,2.3.1 整流电路,（a）（b）图2.3.1 单向半波整流电
9、路（a）电路图（b）vI和vO的波形,2.3 二极管应用电路,26,（a）（b）图2.3.2 单向全整流电路（a）电路图（b）v2和vo的波形,27,（a）（b）（c）图2.3.3 二极管限幅电路（a）电路图（b）viVB时的等效电路（c）viVB时的等效电路,2.3.2 限幅电路,2.3 二极管应用电路,28,图2.3.4 二极管限幅电路波形图,29,图2.3.5 二极管钳位电路(a）电路图（b）输入电压波形（c）电容两端电压波形（d）输出电压波形,(a),(c),2.3.3 钳位电路,2.3 二极管应用电路,30,2.4 特殊二极管,2.4.1 稳压二极管,2.4.2 光电二极管,2.4.3 发光二极管,2.4.4 激光二极管,31,1.稳压管及其稳压作用,2.稳压管的主要参数,(1)稳定电压VZ,(2)稳定电流IZ,(3)动态电阻rZ,（a）（b）图2.4.1 稳压管电路符号与伏安特性（a）电路符号（b）伏安特性,(4)额定功耗PZ,(5)稳定电压的温度系数K,2.4.1 稳压二极管,2.4 特殊二极管,32,图2.4.3 光电二极管（a）电路符号（b）等效电路（c）特性曲线,2.4.2 光电二极管,2.4 特殊二极管,33,图2.4.4 发光二极管的电路符号 图2.4.5 光隔离器电路,2.4.3 发光二极管,2.4 特殊二极管,
