模电第二讲
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第二章第二章二极管及基本电路模拟电子技术基础第二章二极管及基本电路一、半导体的基本知识二、PN结的形成及特性三、二极管及伏安特性三、二极管的等效模型五、二极管基本电路及分析方法六、特殊二极管一、本征半导体1、半导体、本征半导体导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。
导体--铁、铝、铜等金属元素等低价元素,其最外层电子在外电场作用下很容易产生定向移动,形成电流。
绝缘体--惰性气体、橡胶等,其原子的最外层电子受原子核的束缚力很强,只有在外电场强到一定程度时才可能导电。
半导体--硅(Si)、锗(Ge),均为四价元素,它们原子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。
本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。
无杂质稳定的结构2、本征半导体的结构共价键:两个原子外层电子的共有轨道由于热运动,具有足够能量的价电子挣脱共价键的束缚而成为自由电子自由电子的产生使共价键中留下一个空位置,称为空穴2、本征半导体的结构自由电子与空穴相碰同时消失,称为复合。
温度一定时,自由电子与空穴对的浓度一定;温度升高,热运动加剧,挣脱共价键的电子增多,自由电子与空穴的浓度加大。
本征半导体中自由电子与空穴的浓度相同。
3、本征半导体中的两种载流子运载电荷的粒子称为载流子。
外加电场时,带负电的自由电子和带正电的空穴均参与导电,且运动方向相反。
由于载流子数目很少,导电性很差。
温度升高,热运动加剧,载流子浓度增大,导电性增强。
热力学温度0K时不导电。
载流子二、杂质半导体5 +杂质半导体主要靠多数载流子导电。
掺入杂质越多,多子浓度越高,导电性越强,实现导电性可控。
多数载流子1、N型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。
磷(P)N型半导体主要靠自由电子导电,掺入杂质越多,自由电子浓度越高,导电性越强,3 +多数载流子2、P型半导体硼(B)P型半导体中主要由空穴导电,掺入杂质越多,空穴浓度越高,导电性越强,杂质半导体中,温度变化时载流子的数目同时变化;少子与多子变化的数目相同,少子与多子浓度的变化不相同。
模电基础教程01单元半导体器件基础半导体的导电特性导体、绝缘体和半导体本征半导体的导电特性杂质半导体的导电特性PN结晶体二极管二极管的结构与伏安特性半导体二极管的主要参数半导体二极管的等效电路与开关特性稳压二极管晶体三极管三极管的结构与分类三极管内部载流子的运动规律、电流分配关系和放大作用三极管的特性曲线三极管的主要参数三极管的开关特性场效应管结型场效应管绝缘栅型场效应管特殊半导体器件发光二极管光敏二极管和光敏三极管02单元基本放大电路基本放大电路的工作原理基本放大电路的组成直流通路与静态工作点交流通路与放大原理放大电路的性能指标放大电路的图解分析法放大电路的静态图解分析放大电路的动态图解分析输出电压的最大幅度与非线性失真分析微变等效电路分析法晶体管的h参数晶体管的微变等效电路用微变等效电路法分析放大电路静态工作点的稳定温度变化对静态工作点的影响工作点稳定的电路场效应管放大电路场效应管放大电路的静态分析多级放大电路多级放大电路的级间耦合方式多级放大电路的分析方法放大电路的频率特性单级阻容耦合放大电路的频率特性多级阻容耦合放大电路的频率特性03单元负反馈放大电路反馈的基本概念和分类反馈的基本概念和一般表达式反馈放大电路的类型与判断负反馈放大电路基本类型举例电压串联负反馈放大电路电流并联负反馈放大电路电流串联负反馈放大电路电压并联负反馈放大电路负反馈对放大电路性能的影响降低放大倍数提高放大倍数的稳定性展宽通频带减小非线性失真改变输入电阻和输出电阻负反馈放大电路的分析方法深度负反馈放大电路的近似计算*方框图法分析负反馈放大电路04单元功率放大器功率放大电路的基本知识概述甲类单管功率放大电路互补对称功率放大电路OCL类互补放大电路OTL甲乙类互补对称电路复合互补对称电路变压器耦合推挽功率放大电路05单元直接耦合放大电路概述直接耦合放大电路中的零点漂移基本差动放大电路的分析基本差动放大电路基本差动放大电路抑制零点漂移的原理基本差动放大电路的静态分析基本差动放大电路的动态分析差动放大电路的改进06单元集成运算放大器集成电路基础知识集成电路的特点集成电路恒流源有源负载的基本概念集成运放的典型电路及参数典型集成运放F007电路简介集成运放的主要技术参数集成运放的应用概述运放的基本连接方式集成运放在信号运算方面的应用集成运放在使用中应注意的问题07单元直流电源整流电路半波整流电路全波整流电路桥式整流电路倍压整流电路滤波电路电容滤波电路电感滤波电路复式滤波电路有源滤波电路稳压电路并联型硅稳压管稳压电路串联型稳压电路的稳压原理带有放大环节的串联型稳压电路稳压电源的质量指标提高稳压电源性能的措施08单元正弦波振荡电路自激振荡原理自激振荡的条件自激振荡的建立和振幅的稳定正弦波振荡电路的组成LC正弦波振荡电路变压器反馈式振荡电路三点式LC振荡电路三点式LC振荡电路的构成原则电感三点式振荡电路电容三点式振荡电路克拉泼与席勒振荡电路(改进型电容三点式振荡电路)石英晶体振荡器石英晶体的基本特性和等效电路石英晶振:并联型晶体振荡电路石英晶振:串联型晶体振荡电路RC振荡电路RC相移振荡电路文氏电桥振荡电路09单元调制、解调和变频调制方式调幅调幅原理调幅波的频谱调幅波的功率调幅电路检波小信号平方律检波大信号直线性检波调频调频的特点调频波的表达式调频电路:变容二极管调频电路调频与调幅的比较鉴频对称式比例鉴频电路不对称式比例鉴频电路变频变频原理变频电路10单元无线广播与接受无线电广播与接收无线电波的传播超外差收音机超外差收音机方框图超外差收音机性能指标LC谐振回路LC串联谐振回路LC并联谐振回路输入回路统调中频放大电路自动增益电路整机电路分析半导体导电特性导体、绝缘体和半导体自然界的各种物质就其导电性能来说、可以分为导体、绝缘体和半导体三大类。
知识要点:
1、半导体三极管的特性
2、三极管放大器
3、三极管的频率响应
第一节、半导体三极管
一、三极管的结构
二、三极管的电流分配与放大作用
三、三极管的特性曲线
四、三极管的主要参数
五、在线测量法
一、半导体三极管的结构
要求:1、掌握三极管的电流分配关系及放大
原理。
2、掌握共射极接法的输入输出特性曲
线。
3、结合实际会测试三极管,了解其结
构和参数。
1、三极管的分类
①按频率分:高频管和低频管。
②按功率分:大功率管、中功率管和小功率管。
③按材料分:硅管和锗管。
④按结构分:PNP管和NPN管。
2、三极管的结构、符号及放大的外部条件半导体三极管的结构示意图:NPN 型和PNP 型。
两种类型的三极管
发射区基区基极,用B 表示
集电区集电极,用C 表示发射结
集电结符号发射极,
用E 表示
3、三极管的结构特点(三极管放大作用的内部原因)
①发射区的掺杂浓度最高;
②集电区掺杂浓度低于发射区,且面积大;
③基区很薄,一般在几个微米至几十个微米,且掺杂
浓度最低。
4、三极管放
大作用的外部
条件。
发射结正偏,
集电结反偏。
1、载流子的运动情况(以NPN 管为例)
内部载流子的传输过程:
发射区:发射载流子
集电区:收集载流子
基区:传送和控制载流子载流子的传输过程由于三极管中,两种载流子
均参与导电,故又称为双极
型三极管。
2、电流的分配
I E=I B+I C
I C=βI B
载流子的传输过程
3、三极管的三种组态
三极管的三种组态
共发射极接法:发射极作为输入输出回路的公共端。
共集电极接法:集电极作为输入输出回路的公共端。
共基极接法:基极作为输入输出回路的公共端。
(以NPN共射电路为例)
1、输入特性曲线
i B =f(v
BE
) v
CE
=常数
(1) 当v CE=0V时,相当于发射结的正向伏安
特性曲线。
(2) 当v CE≥1V时,v CB= v CE-v BE>0,集电
结已进入反偏状态,开始收集电子,基
区复合减少,同样的v
BE
下I
B
减小,特性曲线右移。
三、三极管的特性曲线础
输入特性曲线
+-b
c e 共射极放大电路
V BB
V CC v BE i C i B
+-
v CE
v CE =0V v CE
≥1V
2、输出特性曲线
i C =f (v CE ) i B =常数输出特性曲线的三个区域:饱和区:i C 明显受v CE 控制的区域,该区域内,一般v CE <0.7V(硅管)。
此时,发射结
正偏,集电结正偏或反偏电压很小。
放大区:i C 平行于v CE 轴的
区域,曲线基本平行等距。
此时,发射结正偏,集电结反偏。
截止区:i C 接近零的区域,相当i B =0的曲线
的下方。
此时,v BE 小
于死区电压。
1、电流放大系数
/I E≈⊿I C/ ⊿I E ①共基电流放大系数:α≈I
C
/I B≈⊿I C/ ⊿I B ②共射电流放大系数:β≈I
C
③α与β的关系:β=α /(1-α)或
α=β /(1+ β)
2、极间反向电流
①集-基反向饱和电流(发射极开路)I
CBO ②集-射反向饱和电流(穿透电流)I
CEO
3、极限参数
:集电极最大允许电流①I
CM
:集电极最大允许功耗②P
CM
③反向击穿电压
1、在线电压测量法确定管脚、管型和管材。
三极管放大的外因:发射结正偏,集电结反偏。
则:在PNP 三极管中有:在NPN 三极管中有:而PN 结正偏时,正偏电压降即为管子的V ON
Si 管该值约为0.7V ;Ge 管该值约为0.3V
因此,我们只要测得电路中三极管三个管脚的对地电位,就能确定他们分别是什么脚,管子的类型和材料来。
V E ﹥V B ﹥V C
V C ﹥V B ﹥V E
例:在线测得V 1=-7V 、V 2=-2V 和V 3=-2.7V ;则
1是极、2是极而3是极,该三极管是型材料的三极管。
基∵ V 23=0.7V 接近Si 管的V ON ,故是Si 三极管Si 而且23之间为发射结,故2是发射极,而1则是集电极发射集电∵发射极电位高于基极电位∴是PNP 型三极管PNP 解:∵V2﹥V3﹥V1 ∴3是基极
2、在线电流测量法确定管脚、管型并估算电流放大系数β。
=I B+I C,及I C≈βI B则我由三极管的电流分配关系I
E
们可以从电流的有效值大小来确定管脚,并近似估算出β。
然后,通过发射极电流的方向来确定管型:发射极电流流出三极管的是NPN型,发射极电流流入三极管的是PNP型三极管。
例:在线测得:I1=0.01mA ,I2=-1mA ,I3=0.99mA 如图所示。
则:1是极、2是极,而3是极,该三极管的β约为,是型的三极管。
解:从数值上讲,I2最大,故2
是发射极;I1最小,故1是基极
发射基则:3是集电极
集电β≈I C I B
=99(约为100)100∵发射极电流的实际方向为流出三极管,故为NPN 型NPN。