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南京邮电大学模电ppt第二章 半导体器件

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第2章演示PPT课件

第2章演示PPT课件

.
2
第2章 半导体二极管及其应用电路
2.1.2 二极管的伏安特性
－ U (BR) C
－ 3 0 IR C′
iV / m A
锗
B′ 15
B
10
5 O A′
0 .2 －5
A 0 .4 0 .6 0 .8
硅
uV / V
D
D′
( A )
.
3
第2章 半导体二极管及其应用电路
1.正向特性 二极管并不是只要处于正偏时它就导通。只有当正向电
V1
＋
＋
C RL uO
V2
－
(a)
uO
充电
a
放电 充电 放电
b
0
V1、V3 导通
四个V 均截止
V2 V4
导通
四个V 均截止
V1 V3
导通tBiblioteka (b).15
第2章 半导体二极管及其应用电路
（1）加入滤波电容后，输出电压的直流成份提高了，脉动成份降低了。
即滤波电容不仅是输出电压增大，而且使其变得平化。
.
5
第2章 半导体二极管及其应用电路
2.1.3 二极管的主要参数
1．最大整流电流IF
是指管子长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。使用时 正向平均电流不能超过此值，否则会烧坏二极管。
2．最大反向工作电压URM 最大反向工作电压URM 是指二极管正常工作时，所承受的最高
反向电压（峰值）。通常手册上给出的最高反向工作电压是击穿电 压的一半左右。
.
4
第2章 半导体二极管及其应用电路
3.反向击穿特性 二极管反向电压加到一定数值时，反向电流急剧增大
，这种现象称为反向击穿，此时对应的电压称为反向击穿 电压，用UBR表示，即CD(C′D′)段。

南邮模电c期末复习第二章

南邮模电c期末复习第二章

IGFET分类： (1)根据沟道的导电类型，分为N沟道和P沟道两类。
(2)根据uGS=0时，漏源之间是否有导电沟道又可 分为增强型(无ID)和耗尽型(有ID) 两种。
增强型 N-EMOSFET
N沟道 MOSFET 耗尽型 N-DMOSFET
增强型 P-EMOSFET P沟道 耗尽型 P-DMOSFET
第二章 场效应晶体管及其放大电路
§2.1 场效应晶体管
晶体三极管是多子和少子均参与导电的双极型晶体管。 场效应管 (Field Effect Transistor 简称FET) 与双极性晶体管 不同，它是多子导电(在电场下的漂移运动) ，故又称为单极 型晶体管。 场效应管是利用电场/电压来控制半导体中电流的一种半导体 器件，故因此而得名。
符号规定
UBE: 大写字母、大写下标，表示直流分量。
ube: 小写字母、小写下标，表示交流分量。
Ube: 大写字母、小写下标，表示交流分量的有效值。 uBE: 小写字母、大写下标，表示叠加量或瞬时量。
画直流通路的原则：
① 视电容C开路，电感L短路， ② 交流输入信号源视为短路，但保留其内阻
画交流通路的原则：
项交流指标
2.5 场效应管放大电路
场效应管放大电路有共源、共漏、共栅等三种 基本组态电路。
三种组态放大电路的3个交流指标的比较 1. 电压放大倍数 2. 输入电阻（从信号源获得信号的能力） 3. 输出电阻（带负载能力）
•在共源极场效应管放大电路中，输入电压信号与输
出电压信号的相位是相反的。
无计算题
① 视电容C短路，电感L开路，
② 无内阻的循“先静态，后动态” 的原则，求解静态工作点时应利用直流通路，求解动态 参数时应利用交流通路，两种通路切不可混淆。

模电-第1章-半导体器件PPT优秀课件

模电-第1章-半导体器件PPT优秀课件
21
3.4 PN 结的电容效应
1） 势垒电容
PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变 化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电相 同，其等效电容称为势垒电容Cb。
2）扩散电容
PN结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流子 的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的 过程，其等效电容称为扩散电容Cd。
注意
空杂穴质-半--导-体多中子，;多子的浓度决定于掺杂原子的浓度； 电子----少子少.子的浓度决定于温度。
13
3 PN结 3.1 PN结的形成
P区
N区
物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气体、液体、 固体均有之，包括电子和空穴的扩散！
14
3.1 PN结的形成
I扩
在交界面，由于两种载流子的浓度差，产生 扩散运动。
小功率 二极管
大功率 二极管
稳压 二极管
发光 二极管
25
• 二极管的伏安特性及电流方程
二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。
i f (u)
u
击穿
iIS(eU T1) (常温 U T下 2m 6 V)电压
温度的 电压当量
材料 硅Si 锗Ge
开启电压 0.5V 0.1V
导通电压 0.5~0.8V 0.1~0.3V
15
3.1 PN结的形成
耗尽层(电荷层、势垒层)
空间电荷区
I漂
在交界面，由于扩散运动,经过复合,出现空 间电荷区
16
3.1 PN结的形成
PN结
I扩 I漂
当扩散电流等于漂移电流时，达到动态 平衡，形成PN结。
17
1.由于扩散运动形成空间电荷区和内电场;
2.内电场阻碍多子扩散，有利于少子漂移;

模电课件02第一章PN节

模电课件02第一章PN节
新的工作机制
未来可能会发现新的PN节工作机制， 从而彻底改变目前PN节的工作方式， 提高其性能。
05 结论
本章总结
PN节是半导体物理中的一个基 本概念，它描述了半导体中电子
和空穴的分布情况。
PN节是半导体器件的基本组成部 分，如二极管、晶体管等。
本章介绍了PN节的定义、特性以 及在半导体器件中的应用，有助
PN节的作用
PN节是半导体器件 中的重要组成部分， 如二极管、晶体管等。
在晶体管中，PN结 起到放大信号的作用， 能够放大微弱的电信 号。
在二极管中，PN结 起到整流的作用，能 够控制电流的方向和 大小。
PN节的特性
PN结具有单向导电性，即电流 只能从P型半导体流向N型半导
体，反之则不能。
PN结具有电容效应，即PN结能 够存储电荷，产生电场和电位差。
模电课件02第一章pn节
目录
• PN节的概述 • PN节的原理 • PN节的应用 • PN节的挑战与展望 • 结论
01 PN节的概述
PN节的定义
PN节是半导体器件中的基本结构，由P型和N型半导体材料结合而成，通常在同 一块半导体材料上形成PN结。
PN节的形成是由于半导体材料中空穴和电子的浓度差异，当P型和N型半导体接 触时，由于浓度差，空穴和电子会向对方扩散，形成空间电荷区，进而形成PN 结。
PN结具有击穿特性，当PN结的 反向电压超过一定值时，会发生 雪崩击穿现象，电流急剧增加。
02 PN节的原理
半导体材料的特性
半导体材料具有导电性，介于导体和 绝缘体之间。
半导体材料的电阻率可以通过掺杂等 手段进行调节。
半导体材料中存在自由电子和空穴， 它们在一定条件下可以移动，形成电 流。

模拟电子技术基础第二章PPT课件

模拟电子技术基础第二章PPT课件

Ui Ii
Rb rbe
阻容耦合共射放大电路的动态分析
A uU U o i Ic(IR bcr∥ beRL)rb RL e '
A usU U o s U U si U U o i RsR iRi A u
Ri Rb∥ rberbe Ro Rc
讨论四：基本共射放大电路的静态分析
80
rbb' 200
在低频、小信号作用下的关系式
duBE
uBE iB
di UCE B
uBE uCE
IB duCE
diC
iC iB
di UCE B
iC uCE
IB duCE
电阻
无量纲
Ube h11Ib h12Uce
Ic
h21Ib h22Uce
无量纲
电导
交流等效模型（按式子画模型）
h参数的物理意义
h11uiBBE UCE rbe
若 (1 )R e＞ R b ， ＞ U B 则 QR b 1 R b 1 R b2 V CC
4. 动态分析
2. 信号源与放大电路不“共地”
共地，且要使信号 驮载在静态之上
静态时，UBEQURb1
动态时，b-e间电压是uI与 Rb1上的电压之和。
两种实用放大电路
阻容耦合放大电路
－＋
UBEQ
＋－
UCEQ
C1、C2为耦合电容！
耦合电容的容量应足够 大，即对于交流信号近似 为短路。其作用是“隔离 直流、通过交流”。
Ui
Ri
Ri Rs
Us
可以看出，Ri越大，放大电路从信号源中索取的输入 电压Ui越接近信号源电压Us!
UO
RL RO RL
UO'

第二章 南邮通达模电习题答案

第二章 南邮通达模电习题答案

习题：一．填空题1. 半导体的导电能力与温度、光照强度、掺杂浓度和材料性质有关。

2. 利用PN结击穿时的特性可制成稳压二极管，利用发光材料可制成发光二级管，利用PN结的光敏性可制成光敏（光电）二级管。

3.在本征半导体中加入＿＿5价＿＿元素可形成N型半导体，加入＿3价＿元素可形成P型半导体。

N型半导体中的多子是_自由电子_______；P型半导体中的多子是___空穴____。

4. PN结外加正向电压时导通外加反向电压时截止这种特性称为PN结的单向导电性。

5. 通常情况下硅材料二极管的正向导通电压为0.7v ，锗材料二极管的正向导通电压为0.2v 。

6..理想二极管正向电阻为__0______，反向电阻为_______，这两种状态相当于一个___开关____。

7..晶体管的三个工作区分别为放大区、截止区和饱和区。

8.. 稳压二极管是利用PN结的反向击穿特性特性制作的。

9.. 三极管从结构上看可以分成 PNP 和 NPN 两种类型。

10. 晶体三极管工作时有自由电子和空穴两种载流子参与导电，因此三极管又称为双极型晶体管。

11.设晶体管的压降U CE不变，基极电流为20μA时，集电极电流等于2mA，则β=__100__。

12. 场效应管可分为绝缘栅效应管和结型两大类，目前广泛应用的绝缘栅效应管是MOS管，按其工作方式分可分为耗尽型和增强型两大类，每一类中又分为N沟道和P沟道两种。

13. 查阅电子器件手册，了解下列常用三极管的极限参数，并记录填写题表2-1在下表中题表2-1二．选择题1.杂质半导体中，多数载流子的浓度主要取决于 A 。

A、杂质浓度B、温度C、输入D、电压2.理想二极管加正向电压时可视为 B ，加反向电压时可视为＿＿A＿＿。

A.开路B.短路C.不能确定3.稳压管的稳压区是二极管工作在＿＿D＿＿状态。

A.正向导通B.反向截止C.反向导通D.反向击穿4.当温度升高时，二极管的反向饱和电流将＿＿A＿＿。

模电-半导体特性、PN结形成及特性


空间电荷区的宽度约为几微米 ~ 几十微米； 电压壁垒 UD：硅材料约为(0.6 ~ 0.8) V,
锗材料约为(0.2 ~ 0.3) V。
思考： 扩散电流不漂秱电流的主要区别是什么？
1、PN 结中载流子的运动
PN结形成过程动画演示
2、PN 的单向导电性
PN结正向偏置
PN结正向偏置— 当外加直流电压使PN结P型半导体的一端的电位高于 N型半导体一端的电位时（正向电压），称PN结正向偏置，简称正偏。
热击穿——丌可逆 雪崩击穿 齐纳击穿
电击穿——可逆
3、PN 的反向击穿
雪崩击穿：碰撞、倍增效应 齐纳击穿：直接破坏共价键
P
7V以上 4V以下
外电场
掺杂浓度低 掺杂浓度高
N
空 间 电 荷 区
－ － －
－ － －
－ － －
－ － －
+ + +
+ + +
+ + +
+ + IR +
内电场 E
EW
R
4、PN结的电容效应
iD I S (e vD / VT 1)
iD/mA
其中
1.0
IS ——反向饱和电流 VT ——温度的电压当量
且在常温下（T=300K）
–1.0 iD=– IS
0.5
–0.5
0
0.5
1.0 D/V
kT VT 0.026V 26 mV q
PN结的伏安特性
3、PN 的反向击穿
当PN结的反向电压增加 到一定数值时，反向电流突 然快速增加，此现象称为PN 结的反向击穿。
载流子的浓度不温度密切相关：随着温度的升高，基本按指数规律 增加。

01 第一章与第二章 绪论与常用半导体器件原理PPT课件


17
西安电子科技大学微电子学院 张∙进17成∙
第一章 绪论
1.3 本书的教学路线图（MAP---地图） 1. 为什么需要放大器？
2. 寻找受控源----放大器件
3. 构建合理有效的放大电路，设置合适的“工作点”
4. 利用“小信号模型”来简化放大器的分析和计算5. Biblioteka 进“负反馈”来稳定和改善放大器性能
电路定义：把晶体管、二极管、电阻、电容、电感等元器件及布线连接在一 起，实现一定功能的电子系统。
电路分类: 按功能分：模拟电路、数字电路、数/模混合电路 按形式分：印制板电路、薄厚膜混合集成电路、半导体集成电路
电路发展趋势： SoC（系统集成、片上系统）
电路的作用： 将人类带入智器时代（石器时代、金属时代、机械时代、半导体时代）
授课思路：（由简单到复杂，由基础到应用） 绪论，常用半导体器件，单元电路（放大电路、电流源电路），集成运算放 大器，反馈放大器与震荡器，运算电路(应用)，滤波器，功率放大器，电源 电路
教师联系方式： 电子邮件：jchzhang@
3
西安电子科技大学微电子学院 张进∙ 3成∙
第一章 绪论
6. 集成运算放大器应用是重点
4
西安电子科技大学微电子学院 张进∙ 4成∙
第一章 绪论
电路 Electrical circuit
电子回路，是由电气设备和元器件（用电器），按一定方式联接起来，为电荷流
通提供了路径的总体，也叫电子线路或称电气回路，简称网络或回路。如电阻、电容、
电感、二极管、三极管和开关等，构成的网络。
根据所处理信号的不同，电子电路可以分为模拟电路和数字电路。
模拟电路
是由自然界产生周期性变化的连续物理自然变量，在将连续性物理自然变量转换

模电-第1章-半导体基础PPT课件


+ +++++ + +++++ + +++++ + +++++
空间电荷区， 也称耗尽层。
扩散. 运动
扩散的结果是使空间电
荷区逐渐加宽，空间电
荷区越宽。
20
一、PN 结的形成
2、说明
（1）空间电荷区（耗尽层、势垒区、高阻Байду номын сангаас）内几乎没有载 流子，其厚度约为0.5μｍ。
（2）内电场的大小：
对硅半导体：VD≈0.6～0.8V， 对锗半导体：VD≈0.2～0.4V （3）当两边的掺杂浓度相等时，PN结是对称的。当两边的掺 杂浓度不等时，PN结不对称。
+4
+4
+4
+4
电子和空穴在外电场的作 用下都将作定向运动，这 种作定向运动电子和空穴 （载流子）参与导电，形 成本征半导体中的电流。
.
10
二、本征半导体
2、本征半导体的导电机理 （3）结论
①电子和空穴总是成对出现的------本征激发。 电子和空穴也可以复合而消失。
②本征半导体在外电场的作用下，形成两种电流------空穴电 流和电子电流，外电路的总电流等于两种电流的代数和。 ③电子--空穴对的数目对温度、光照十分敏感。 ④本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。
N 型半导体
磷原子
.
+4 +4
+5
+4
15
三、杂质半导体
空穴
2、P 型半导体
（1）在本征半导体中掺入
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IE
Rc Ucc
链接内部载流子传输动态演示
二、晶体管的电流放大作用
2、晶体管的电流分配关系
IE IC IB
IC IB
IC I B
晶体管的电流放大系数，数值一般为几十到几 百。式（2.2）说明基极电流对集电极电流具有 小量控制大量的作用，晶体管的电流放大作用 由此实现。需要指出的是，晶体管的电流分配 关系不仅在直流状态（静态）下成立，在交流 状态（动态）下同样成立。
I B f (UBE ) UCE 常数 V
晶体三极管的输入特性
（2）.输出特性
IC / mA
当ＩＢ不变时, 输出 回路中的电流ＩＣ与电压 ＵＣＥ之间的关系曲线称
为输出特性, 即
4
饱 和
3
区
2
1
0
IC f (UCE ) IB 常数
IB＝80 A 放
+4
+4
+4
+4
+4
+4
自由电子
空穴
+4
+4
+4
图2.1.2 本征激发产生电子空穴对
本征激发:本征半导体受外界能量(热能、电能和光 能等)激发，产生电子、空穴对的过程.
• 载流子——可以自由移动的带电粒子。 • 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有一个空位置，称 为空穴
动，有利于漂移运动，形成漂 移电流。由于电流很小，故可 近似认为其截止。
四、PN 结的电容效应
1. 势垒电容
PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变 化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电相 同，其等效电容称为势垒电容Cb。
2. 扩散电容
PN结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流子 的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的 过程，其等效电容称为扩散电容Cd。
从二极管的伏安特性可以反映出：
• 单向导电性 • 伏安特性受温度影响
三、二极管的主要参数
• 导通电压Uon • 反向击穿电压UBR • 反向饱和电流Is • 最大整流电流IF：最大平均值 • 最大反向工作电压UR：最大瞬时值 • 反向电流 IR：即IS IR越小，单向导电性
能越好。 • 最高工作频率fM：因PN结有电容效应
发光二极管也具有单向导电性。只有当外 加的正向电压使得正向电流足够大时才发光 ，正向电流越大发光越强。使用时应注意不 要超过最大功耗、最大正向电流和反向击穿 电压等极限参数。
2.3 晶体三极管
一、晶体管的结构和类型 二、晶体管的电流放大作用 三、晶体管的共射输入特性和输出特性 四、主要参数 五、晶体三极管在电子技术中的应用
四、二极管基本应用电路—整流电路
例2.2.1二极管基本电路如图（a）所示，已知ui为正 弦波，如图（b）所示。试利用二极管理想模型，画 出uO的波形。
单向半波整流电路 （a）电路图 （b）输入电压和输出电压的波形
四、二极管基本应用电路—限幅电路
R +
D vI
VB
++ vO vI
R VB
2、本征半导体
• 本征半导体——完全纯净的、结构完整的 半导体晶体
•
＋ 14
＋4
＋ 32 ＋4
(a)
(b)
半导体原子结构示意图 (a)硅 (b)锗
（1）.本征半导体的晶体结构
+4
+4
+4
共价键
+4
+4
+4
价电子
+4
+4
+4
图 2.1.1 本征半导体结构示意图
（ 2 ）.本征半导体的两种载流子— 自由电子和空穴
稳定电压UZ、稳定电流IZ
•若稳压管的电流太小则不稳压，若稳压管的电流太 大则会因功耗过大而损坏，因而稳压管电路中必需 有限制稳压管电流的限流电阻！
稳压二极管应用举例
例2.2.3 已知电路如图所示，电路中稳压管的稳定电压 UZ=6V，最小稳定电流Izmin = 5mA ，最大稳定电流 Izmax＝25m A 。
UO

RL R RL
UI
5V
U I 35V
UO

RL R RL
UI
11.7V
UZ
UO UZ 6V
(2)当负载开路时， I Z
UI
U Z R
29mA I Z max 25mA
故稳压管将被烧毁。
五、特殊二极管--发光二极管
发光二极管是一种将电能转变成光能的半 导体器件。发光二极管包括可见光、不可见 光和激光等不同类型，常用作显示器件。发 光二极管的颜色取决于所用材料，可以制成 各种形状如圆形、长方形等，电路符号如图 所示。
一、晶体管的结构和类型
3、三极管的三种连接方式
IE
IC
e
c
IB b
c
b
IC
IB IE e
e
b
IE
IB
c
IC
(a) 共基极
(b) 共发射极
(c) 共集电极
二、晶体管的电流放大作用
1、晶体管电流放大作用的外部条件 发射结正向偏置，集电结反向偏置
IB RB
UBB
Ic
T Rc
IE
Ucc
IB RB
UBB
Ic T
二、晶体管的电流放大作用
• 结论： 晶体管在发射结正偏，集电结反偏的条件 下具有电流放大作用； 晶体管电流放大作用的实质是电流对电流 的控制作用。
三、晶体管的特性曲线--晶体管共射输 入特性和输出特性
1、晶体管特性曲线测试电路
Rc IC ＋
mA
－
Rb
IB
A
＋
＋
UCC
UBB
uBE
V －
V UCE －
一、晶体管的结构和类型
1、晶体管的外形
3AX81
(a)
3AX1
(b)
3DG4
(c)
3AD10 (d)
一、晶体管的结构和类型
2、晶体管的结构和符号
结构特点：在制作工艺上，三个掺杂区域的几何尺寸和掺杂程 度都有很大的差异，主要表现在以下几个方面：基区很薄（一 般约1-几个微米），且掺杂浓度最低；发射区的掺杂浓度最高； 集电区的掺杂浓度低于发射区，且结面积很大。 注意：由以上特点可知，晶体管的发射区和集电区虽然均为同 一类型的半导体，但由于结构特点的不同不能互换使用，晶体 管也不能用两个二极管代替。
2. P型半导体
P型半导体主要靠空穴导电，
• 掺入杂质越多，空穴浓度 越高，导电性越强，
• 在杂质半导体中，温度变 化时，载流子的数目变化
+4
+4
+4 杂质原子获得
电子而形成负
离子
+4
+3
+4
吗？少子与多子变化的数 目相同吗？少子与多子浓 度的变化相同吗？
空穴
+4
+4
+4
三、PN结的形成及其单向导电性
• 一、二极管的组成 • 二、二极管的伏安特性及电流方程 • 三、二极管的主要参数 • 四、二极管基本应用电路 • 五、特殊二极管
一、二极管的组成 正极 负极
• 将PN结封装，引出两个电极，就构成了二 极管。
一、二极管的组成
一、二极管的组成
• 点接触型：结面积小，结电容小，故结允 许的电流小，最高工作频率高。
60 A
大 40 A
区 20 A
0 A
5
10
15
截止区
UCE / V
晶体三极管的输出特性
输出特性曲线— iC=f(vCE) iB= 常数 iC是输出电流，vCE是输出电压。 •放大区： 发射结正偏、集电结反偏
•截止区：
发射结和集电结均为反偏。 IB=0以下的区域。 •饱和区：
发射结和集电结均为正偏。 IC随着VCE的变化而迅速变化。 工程上以VCE=0.3伏作为放大区和饱和区的分界线。
（1）分别计算UI为10V、15V、35V 三种情况下输出电压 UO的值；
(2) 若 U I ＝35V 时负载开路，则会出现什么现象? 为什么？
稳压二极管应用举例
解：(1)只有当加在稳压管两端的电压大于其稳压值时， 输出电压才为6V。
U I 10V
UO

RL R RL
UI
3.3V
U I 15V
•截止区。
一般将ＩＢ≤０的区域称为截止区, 在图中为ＩＢ＝０的一 条曲线的以下部分。此时ＩＣ也近似为零。由于各极电流都
第二章 半导体器件
•半导体的基本知识 •半导体二极管 •晶体三极管 •场效应管
2.1半导体基础知识
一、本征半导体 二、杂质半导体 三、PN结的形成及其单向导电性 四、PN结的电容效应
一、本征半导体 1、半导体的概念和特性
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。
讨论：解决两个问题
• 如何判断二极管的工作状态？ • 含有二极管的电路如何进行电路分析？
二极管是电子电路中常用的器件,利用其单向导电 性可以构成多种实用电路，由于二极管的伏安特 性具有非线性，这给二极管应用电路的分析带来 一定的困难。在近似分析时，可将二极管用简化 电路模型代替。二极管的简化模型主要有两种： 理想模型和恒压降模型。理想模型把二极管视为 理想二极管，即二极管正向导通时作短路处理； 反向截止时作开路处理。恒压降模型把二极管视 为恒压降二极管，即二极管正向导通时压降为一 个常数；反向截止时作开路处理。