《模拟电路教案》word版Word下载.doc

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康华光

第二部分教学内容和教学要求

绪论及第一章常用半导体器件

教学内容：

1．半导体中的载流子和导电规律，PN结的原理和特性；

2．半导体二极管、三极管工作原理、特性曲线和主要参数；

3．场效应管的结构、工作原理、特性曲线和主要参数。

教学要求：

了解常用半导体器件的基本结构、工作原理和主要参数，掌握外特性，能正确选择和使用这些器件。

教学建议：

1．二极管、三极管、N沟道结型和绝缘栅型增强型场效应管的外特性、主要参数的物理意义是本章重点；

2．采用多媒体教学课件进行教学。

绪论

一、课程名称简介

1、信号按时间可分为：

模拟信号和数字信号

2、信号按工作频率可分为：

微波、高频、低频信号

3、本课程主要研究低频模拟信号。

二、电子技术发展史

三、电子技术应用概况

四、课程特点

五、与其他课程的比较

1、《模拟电子技术》与《电路分析》（见表）

2、《模拟电子技术》与《数字电子技术》（见表）

六、学习方法和学习要求

七、本书内容

八、热门技术及其他知识

第一章常用半导体器件

1.1半导体基础知识

导体：

电阻率小于10－4Ωcm的物质称为导体，载流子为自由电子。

绝缘体：

电阻率大于109Ωcm的物质称为绝缘体，基本无自由电子。

半导体：

电阻率介于导体、绝缘体之间的物质称为半导体，主要有硅、锗等（4价元素）材料。

其电阻率在各种因素（掺杂、光照、电场、磁场）作用下变化巨大，电阻率且随温度增加而减小（负温度系数）。

1.1.1本征半导体

纯净的不含其它杂质的半导体称为本征半导体。

（结构完整）

T=0°

K时，它同绝缘体，无自由电子。

温度升高，热运动使本征半导体的价电子脱离共价键成为自由电子，且在共价键处留下“空穴”。

电子带负电，空穴带正电，是两种载流子。

产生电子—空穴对的过程称为激发，电子—空穴对成对消失的过程称为复合。

本征半导体电子浓度ni和空穴浓度np相等，且随温度增高而增大。

一定温度下n:

和np达到动态平衡。

1.1.2杂质半导体

半导体掺入杂质,电阻率急剧下降。

例:

室温下,纯锗电阻率约为47Ωcm,掺入百万分之一的硼,电阻率下降到1Ωcm。

一、N型半导体

掺入五价元素磷、锑、砷等构成。

其电子多，是多子。

空穴是少子。

五价元素为施主原子。

二、P型半导体

掺入三价元素硼、镓、铟等构成。

空穴是多子，电子为少子。

三价元素为受主原子。

§

1.2半导体二极管

1.2.1PN结及其单向导电性

P型和N型半导体通过一定的工艺制造在一起，则它们接触面上形成一个特殊的薄层称为PN结。

一、PN结中载流子的运动

在PN结界面的两侧，由多数载流子扩散形成了一个由不能移动的正负离子组成的空间电荷区，因而产生了一个电位差VD，称电位壁垒，它的电场方向由N区指向P区，阻碍了扩散运动，却使少数载流子作漂移运动。

扩散作用使得空间电荷区增宽，导致内电场增强，结果又导致漂移作用增强，当多子的扩散运动和少子的漂移运动相等时，就达到了某种动态平衡，此时空间电荷区宽度不变。

空间电荷区又称为耗尽层、阻档层、势垒区，其厚度约为几—几十微米。

电位壁垒（硅0.6—0.8V）（锗0.2—0.3V）

平衡时，PN结无电流流过。

（图1、2、1）

二、PN结的单向导电性

1．PN结加正向电压

（图1、2、2）

如图，当P区接“＋”，N区接“—”，称为PN结正向偏置（正偏）。

此时，外电场削弱了内建电场，多子扩散顺利进行，可形成较大的扩散电流。

外加电压越大，内建电场越削弱，扩散电流越增加，PN结呈导通状态，电阻很小。

2．PN结加反向电压

图1、2、3

如图，当N接“＋”，P接“－”称为反向偏置（反偏）

此时，外电场增强了内电场，扩散难于进行，少数载流子将在电场作用下形成漂移运动，产生漂移电流，由于少子浓度低，该电流很小，且在一定温度下，电流的值不随外电压增大而继续增大，达到饱和，称为反向饱和电流IS，当稳度升高时，由于少子浓度增大，反向饱和电流IS也将增大。

综合上述情况，可知PN结具有单向导电性，正偏时，为导通状态，反偏时，为截止状态。

1.2.2二极管的伏安特性

一、二极管的结构、符号、分类

给PN结装上管壳，再引出两个电极，就可构成二极管，其符号为：

阳极：

从P区引出阴极：

从Ｎ区引出

分类：

按所用材料分为硅管、锗管。

按PN结形式分为：

点接触型、面接触型、平面型。

按用途分为：

整流、检波、开关、发光、光电、变容、稳压等。

二、二级管伏安特性曲线

实验测得曲线如图所示：

图1、2、5

1．正向特性：

a.死区：

当电压超过某一电压值时，电流明显增大，该电压称死区电压。

硅管，约在0.5V左右；

锗管，约在0.1V左右。

b.指数区：

当正向电压超过死区电压后，电流电压关系基本呈指数关系。

c.线性区：

当电压较大时，电流电压基本呈线性关系，此时，硅管电压通常为0.7V左右，锗管为0.2V左右。

2．反向特性：

反向饱和电流区：

反向饱和电流IS基本不随外电压变化，但与温度密切相关。

击穿区：

反向击穿电压UBR。

特点：

特性曲线很陡，电流变化很大，电压基本不变，有稳定电压UZ。

击穿类型：

雪崩击穿、齐纳击穿、热击穿（破坏性击穿）。

理论分析：

二极管方程，I=IS（eU/UT－1）

其中UT称温度的电压当量，常温（T=300°

K）时，UT=26mv，

UT=，K为波尔兹曼常数，T为绝对温度，q为电子电量。

1.2.3二极管的参数

（1）最大整流电流IF；

（2）反向击穿电压VBR和最大反向工作电压VRM；

（3）反向电流IR；

（4）正向压降VF；

（5）极间电容CB。

小结：

本节主要介绍了二极管的结构和伏安特性。

1.2.4二极管基本电路及其分析方法

1、理想模型

2、恒压降模型

3、折线模型

1.2.5应用举例

1.二极管的静态工作情况分析

（1）VDD=10V时（R=10KΩ）

（2）VDD=1V时（R=10KΩ）

解：

（1）VDD=10V

①使用理想模型得

②使用恒压降模型得

③使用折线模型得

（2）VDD=1V

2.限幅电路：

例2.4.2已知：

，求输出电压V0。

VDD

vo

0V

3V

D1

D2

VDD

D

3.开关电路：

例2.4.3已知：

利用假定状态分析法知：

设D1导通，则：

vo=0V，D2截止，无矛盾。

设D2导通，则：

vo=3V，D1亦导通，vo=0V，矛盾。

故vo=0V。

Δvo

rd

ΔVDD

R

+

-

4.低压稳压电路：

例2.4.4已知：

　　　　，　　　　。

若变化，则硅二极管输出电压变化多少？

本节主要介绍了如何用二极管等效模型分析具体电路。

1.2.5稳压二极管：

齐纳二极管又称稳压管。

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。

1.符号及稳压特性：

如上图所示。

2.稳压二极管主要参数

（1）稳定电压VZ：

在规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电压。

（2）动态电阻rZ；

（3）最大耗散功率PZM；

（4）最大稳定工作电流IZmax和最小稳定工作电流IZmin；

（5）稳定电压温度系数——aVZ

稳压管的稳压作用原理在于，电流有很大增量时，只引起很小的电压变化。

反向击穿曲线愈陡，动态电阻愈小，稳压管的稳压性能愈好。

在稳压管稳压电路中一般都加限流电阻R，使稳压管电流工作在IZmax和IZmix的稳压范围。

另外，在应用中还要采取适当的措施限制通过管子的电流，以保证管子不会因过热而烧坏。

例：

已知：

ui在－12V～＋12V之间，绘出uo～ui的波形。

ui

uo

6V

12V

-12V

ui>

6V时，第二管工作，uo＝6V；

6V>

ui>

3V时，两管均不工作，uo＝ui；

ui<

3V时，第一管工作，uo＝3V；

ui在－30V～＋30V之间，试求转移特性曲线。

10V

15V

RL

VI

Vo

IL

IZ

1.2.6其他类型二极管

一、变容二极管

变容二极管：

结电容随反向电压的增加而减小的效应显著的二极管。

最大电容和最小电容之比约为5:

1，在高频技术中应用较多。

二、光电子器件

优点：

抗干扰能力强，传输量大、损耗小；

缺点：

光路复杂，信号的操作与调试需精心设计。

1.光电二极管：

随着科学技术的发展，在信号传输和存储等环节中，越来越多地有效应用光信号。

光电二极管是光电子系统的电子器件。

光电二极管的结构与PN结二极管类似，管壳上的一个玻璃窗口能接收外部的光照。

这种器件的PN结在反向偏置状态下运行，它的反向电流随光照强度的增加而上升。

光电二极管的主要特点是，它的反向电流与照度成正比，其灵敏度的典型值为0.1mA/lx数量级。

抗干扰能力强，传输信息量大、传输损耗小且工作可靠。

2.发光二极管（LED）：

发光二极管通常用元素周期表中Ⅲ、Ⅴ族元素