天津大学测控电路基础-第一章

（3）杂质半导体
P型半导体（空穴型半导体） 在本征半导体中掺入三价的元素（硼）
空穴 空穴
硼
+4 +4
+4 +3 +4
+4 +3 +4
+4 +4
+4
+4
+4
+4
（3）杂质半导体
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=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度:
测控电路基础A
傅星
27406941 xingfu@ 5楼211
测控技术基础A
教学改革
总评成绩=平时成绩（作业、实验、综合训练、出勤）×30%
+2次月考×10% +期中考试×20%
+期末考试×40%
实验内容：综合性实验3个（三极管放大电路、差分及运算放大电路、信号 产生和稳压电源），小论文1篇
1、概述
电路在电子系统中的作用
例子1
电路在电子系统中的作用
例子2
电路在电子系统中的作用
血压计
1、概述
电子系统基本构成
输入
输入信号 调理
A/D CPU
平滑 滤波 D/A
输出
电源
存储器
显示
1、概述
电子系统的定义
由基本电路组成的具有特定功能的电路整体。
Usb充电器
光伏发电控制
1、概述
信号——是信息的载体。
测控技术基础A
主要内容
（64学时，课堂54，实验10） 第一章、半导体器件基础（6学时） 第二章、基本放大电路（16学时）， 第三章、功率放大电路（4学时）， 第四章、集成运算放大器（8学时）， 第五章、反馈放大电路（8学时）， 实验（2学时） 实验（2学时） 实验（2学时） 实验（2学时）
第六章、信号处理与产生电路（8学时），实验（2学时） 第七章、直流稳压电源（4学时）， 实验（2学时，选做）
PN结的单向导电性（反向）
外加的正向电压与PN结内电场同向，内电场加强，多子扩 散运动减弱，扩散电流减小，PN结呈现高阻性
iD/mA
• 高电阻 • 很小的反向漂移电流
1.0
0.5 iD=– IS 1.0 D/V
– 1.0
– 0.5
0
0.5
PN结的伏安特性
3、PN结的形成及特性
PN结的伏安特性
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。由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。
硅和锗都是4价元素，它们的外层电子都是4个。
价电子
硅
硅 锗
锗
简化原子结构模型
（2）本征半导体
本征半导体的共价键结构
价电子与周围的原子的价电子形成共价键。
+4 +4 +4
+4 +4 +4
+4 +4 +4
+4 +4 +4
（2）本征半导体
电子与空穴
当温度升高或受到光的照射时，价电子能量 增高，有的价电子可以挣脱原子核的束缚，而参 与导电，成为自由电子。
vD Vth iD rD
小信号模型
rD vD
iD
Q
26(m V) iD (m A)
5、二极管基本电路及其分析方法
二极管电路分析
静态分析 例1：求VDD=10V时，二极管 的电流iD、压降为0，电阻也为0。 反向偏置时：
电流为0，电阻为∞。
4、半导体二极管
半导体二极管的参数
最大整流电流IF：二极管长期连续工作时，允许通过二极 管的最大整流电流的平均值。
反向击穿电压VBR：二极管反向电流急剧增加时对应的反 向电压值 最大反向工作电压VRM：为安全计，在实际工作时，最大 反向工作电压VRM一般只按反向击穿电 压VBR的一半计算。
4、半导体二极管
PN结方程
PN结正偏时，如果V> VT 几倍以上，上式可改写：
V 26 mV
I ISe
即I 随V按指数规律变化。 PN结反偏时，如果│V│> VT几倍以上，上式可改写为：
I IS
其中负号表示为反向。
3、PN结的形成及特性
PN结的反向击穿特性
当反向电压较大时
雪崩击穿 齐纳击穿
电击穿——可逆
软件仿真：全程采用MultiSIM仿真，并设置综合性训练若干
课内教学：教师讲授为主，辅以课堂讨论、学生讲授。 课后学习：作业总量70题左右，100%批改。课外答疑总数不少于10次。
参考资料
教材： 电子技术基础（模拟部分）第五版，康华光主编，高等教育出版社， 2006 主要参考资料： 1、模拟电子技术基础（第四版），童诗白、华成英主编，高等教育出版社， 2006； 2、电子电路分析与设计－半导体器件及其应用（第三版）， Donald A. Neamen著，王宏宝等 译，清华大学出版社，2009； 3、电子电路分析与设计－模拟电子技术（第三版），Donald A. Neamen著，王宏宝等译，清 华大学出版社，2009； 4、模拟电子技术，李立华等译，电子工业出版社，2008； 5、模拟电子技术基础（第2版）,胡宴如、耿苏燕主编，高等教育出版社，2010； 6、模拟电子技术基础教程，周跃庆主编，天津大学出版社， 2008； 7、 模拟电子技术基础（第2版）学习指导与习题解答，耿苏燕主编，高等教育出版社， 2011； 8、电子技术基础（模拟部分· 第五版）：习题全解，陈大钦主编，高等教育出版社， 2006； 9、NI Multisim 11 电路仿真应用，雷跃等主编，电子工业出版社， 2011； 10、Multisim 11电路设计及应用，王冠华编著，国防工业出版社，2010；
I F
F
3、PN结的形成及特性
PN结方程
PN结两端的电压V与流过的电流I之间的关系为： V I = I S (eVT - 1 )
其中： IS为PN结的反向饱和电流； VT称为温度电压当量，在温度为300K(27℃)时，VT约为 26mV；
上式写为：
I = IS
V (e 26mV
- 1)
3、PN结的形成及特性
1、概述
电子电路的类型
器件
汽车电子
航空电子 机械电子
功能
医药电子 生物电子 通讯电路 光电
应用 场合
…
1、概述
电子电路的发展趋势
集成化 微型化 多功能 机电一体化
新材料
…
第一章、半导体器件基础
2、半导体的基本知识
（1）基本概念
（2）本征半导体
（3）杂质半导体
2、半导体的基本知识
（1）基本概念
热击穿——不可逆
3、PN结的形成及特性
PN结的电容效应
按产生电容的原因可分为：
势垒电容CB ：是由 PN 结的空间电荷区变化形成的。
扩散电容CD ：是由多数载流子在扩散过程中积累而引起的。 耗尽层 空间电荷区
P
N
第一章、半导体器件基础
4、半导体二极管
半导体二极管的结构类型
点接触型、面接触型和平面型 点接触型二极管
I I S (e
V
VT
1)
半导体二极管的伏安特性曲线
正向特性
当V＞0即处于正向特性区域 当0＜V＜Vth时，正向电流为零，Vth称为死区电压或开启电压。 当V＞Vth时，开始出现正向 电流，并按指数规律增长。 硅二极管的死区电压 Vth=0.5 V左右， 锗二极管的死区电压 Vth=0.1 V左右。
PN结面积小，结电容小， 用于检波和变频等高频电路。
点接触型二极管的结构示意图
半导体二极管的结构类型
面接触型二极管
PN结面积大，用 于工频大电流整流电路。
面接触型 平面型二极管
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。
平面型
4、半导体二极管
半导体二极管的伏安特性曲线
根据物体导电能力(电导率k)的不同，来划分导体、 绝缘体和半导体。
导体：容易导电的物体。如：铁、铜等。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。k>10S/m 绝缘体：几乎不导电的物体。如：橡胶等。其最外层电子受原子核 的束缚力很强。 k<10-11S/m 半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物体。在一定条件下可 导电。如：硅、锗等。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。 10-11<k<10S/m
类型：声音、图像…
特征：周期、非周期
形式：模拟、数字
1、概述
电子电路的类型
器件
电子管
晶体管 集成电路
功能
超大规模集成电路 有机薄膜晶体管 纳米器件 …
应用 场合
1、概述
电子电路的类型
器件
放大电路
电源稳压电路 信号运算及处理电路
功能
信号产生电路 驱动电路 谐振电路 选频电路
应用 场合
反馈电路
滤波电路 …
4、半导体二极管
半导体二极管的图片
第一章、半导体器件基础
5、二极管基本电路及其分析方法
半导体二极管的模型
理想模型 正向偏置时： 管压降为0，电阻也为0。 反向偏置时： 电流为0，电阻为∞。 恒压降模型 当iD≥1mA时， vD=0.7V。
半导体二极管的模型
折线模型（实际模型）
rD vD Vth iD
半导体二极管的参数
反向电流IR : 在室温下，在规定的反向电压下，一般是最 大反向工作电压下的反向电流值。硅二极管 的反向电流一般在纳安(nA)级；锗二极管在 微安(A)级。 正向压降VF：在规定的正向电流下，二极管的正向电压降。 小电流硅二极管的正向压降在中等电流水平 下，约0.6～0.8V；锗二极管约0.2～0.3V。 动态电阻rd：反映了二极管正向特性曲线斜率的倒数。显 然，rd与工作电流的大小有关， 即rd =VF /IF