《模拟电子技术》教案 第一章半导体器件基础 本章教学目标： 1、了解半导体的基本知识：本征半导体、掺杂半导体 2、理解半导体二极管的伏安特性和主要参数 3、掌握三极管的电流分配关系与放大作用 4、掌握三极管输入、输出特性曲线 4、了解三级管的主要参数 教学重点： 1、二极管的伏安特性 2、三极管输入、输出特性曲线 教学难点 1、PN结的单向导电特性 2、三极管的电流分配关系与放大作用 §1-1半导体的基本知识 一、什么是半导体 1、自然界的物质若按导电能力划分，可分为导体、半导体和绝缘体三种。 半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间，电阻率通常为103~1092cm。 2、半导体分为：本征半导体和杂质半导体 本征半导体：纯净的单晶半导体称为本征半导体。本征半导体中的载流子（自 由电子空穴对)在常温下数量少、导电能力差。 杂质半导体：在本征半导体中掺入微量有用元素后形成的半导体称为杂质半 导体。根据掺入杂质的不同可分为：P型半导体和N型半导体两种。 3、N型半导体：在本征半导体中掺入五价杂质原子，例如掺入磷原子，可 形成N型半导体。 P型半导体：在本征半导体中掺入三价杂质原子，如硼等形成了P型半导体。 由上述分析我们得出：杂质半导体内部有两种载流子（自由电子、空穴）参与导 电。当杂质半导体加上电场时，两种载流子产生定向运动共同形成半导体中的电 流。主要靠自由电子导电的杂质半导体是N型半导体，主要靠空穴导电的杂质 半导体是P型半导体
《模拟电子技术》教案 1 第一章 半导体器件基础 本章教学目标： 1、了解半导体的基本知识：本征半导体、掺杂半导体 2、理解半导体二极管的伏安特性和主要参数 3、掌握三极管的电流分配关系与放大作用 4、掌握三极管输入、输出特性曲线 4、了解三级管的主要参数 教学重点： 1、二极管的伏安特性 2、三极管输入、输出特性曲线 教学难点 1、PN 结的单向导电特性 2、三极管的电流分配关系与放大作用 §1-1 半导体的基本知识 一、什么是半导体 1、自然界的物质若按导电能力划分，可分为导体、半导体和绝缘体三种。 半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间，电阻率通常为 10-3～10-9 •cm。 2、半导体分为：本征半导体和杂质半导体 本征半导体：纯净的单晶半导体称为本征半导体。本征半导体中的载流子(自 由电子空穴对) 在常温下数量少、导电能力差。 杂质半导体：在本征半导体中掺入微量有用元素后形成的半导体称为杂质半 导体。根据掺入杂质的不同可分为：P 型半导体和 N 型半导体两种。 3、N 型半导体：在本征半导体中掺入五价杂质原子，例如掺入磷原子，可 形成 N 型半导体。 P 型半导体：在本征半导体中掺入三价杂质原子，如硼等形成了 P 型半导体。 由上述分析我们得出：杂质半导体内部有两种载流子(自由电子、空穴) 参与导 电。当杂质半导体加上电场时，两种载流子产生定向运动共同形成半导体中的电 流。主要靠自由电子导电的杂质半导体是 N 型半导体，主要靠空穴导电的杂质 半导体是 P 型半导体
电路与模拟电子技术教案 二、PN结及其单向导电性 1、PN结的形成 在同一块本征半导体晶片上，采用特殊的掺杂工艺，在两侧分别掺入三价元 素和五价元素，一侧形成P型半导体，另一侧形成N型半导体，则在这两种半 导体交界面的两侧分别留下了不能移动的正负离子，形成一个具有特殊导电性能 的空间电荷区，称为PN结。 2、PN结的单向导电性 PN结的导电特性决定了半导体器件的工作特性，是我们研究二极管、三极 管等半导体器件的基础。 (1)PN结加正向电压 P区接外加电源正极，N区接负极时称PN结加正向电压（也称正向偏置），外加 的正向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内电场方向相反，削弱了内 电场。于是，内电场对多子扩散运动的阻碍减弱，扩散电流加大。扩散电流远大 于漂移电流，可忽略漂移电流的影响，故PN结呈现低阻性。我们称PN结加正 向电压时导通。 (2)PN结加反向电压 P区接外加电源负极，N区接正极时称PN结加反向电压（也称反向偏置），外加 的反向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内电场方向相同，加强了内 电场。内电场对多子扩散运动的阻碍增强，扩散几乎无法进行。 由此可以得出结论：PN结具有单向导电性，正向导通，反向截止
电路与模拟电子技术教案 2 二、PN 结及其单向导电性 1、PN 结的形成 在同一块本征半导体晶片上，采用特殊的掺杂工艺，在两侧分别掺入三价元 素和五价元素，一侧形成 P 型半导体，另一侧形成 N 型半导体，则在这两种半 导体交界面的两侧分别留下了不能移动的正负离子，形成一个具有特殊导电性能 的空间电荷区，称为 PN 结。 2、PN 结的单向导电性 PN 结的导电特性决定了半导体器件的工作特性，是我们研究二极管、三极 管等半导体器件的基础。 （1）PN 结加正向电压 P 区接外加电源正极，N 区接负极时称 PN 结加正向电压(也称正向偏置) ，外加 的正向电压有一部分降落在 PN 结区，方向与 PN 结内电场方向相反，削弱了内 电场。于是，内电场对多子扩散运动的阻碍减弱，扩散电流加大。扩散电流远大 于漂移电流，可忽略漂移电流的影响，故 PN 结呈现低阻性。我们称 PN 结加正 向电压时导通。 （2）PN 结加反向电压 P 区接外加电源负极，N 区接正极时称 PN 结加反向电压(也称反向偏置) ，外加 的反向电压有一部分降落在 PN 结区，方向与 PN 结内电场方向相同，加强了内 电场。内电场对多子扩散运动的阻碍增强，扩散几乎无法进行。 由此可以得出结论：PN 结具有单向导电性，正向导通，反向截止
《模拟电子技术》教案 §1-2晶体二极管 一、晶体二极管的单向导电特性 1、晶体二极管 (1)外形 如图1.2.1()所示，晶体二极管由密封的管体和两条正、负电极引线所组成。 管体外壳的标记通常表示正极。 (2)电路符号 如图1.2.1(b)所示，晶体二极管的图形由三角形和竖杠所组成。其中，三角 形表示正极，竖杠表示负极。D为晶体二极管的文字符号。 阳极 阴极 正极管体负极 图1.2.1(b)二极管电路符号 图1.2.1(a) 2.晶体二极管的单向导电性 (1)正极电位>负极电位，二极管导通： (2)正极电位<负极电位，二极管截止。 即二极管正偏导通，反偏截止。这一导电特性称为二极管的单向导电性。 二、二极管的伏安特性 I/mA 锗管 硅管 2 (a)测正向伏安特性 -50-30-10 0 0.20.5 N -10 (b)测反向伏安特性 -20 RlμA 图1.2.2 图1.2.3 1.定义 二极管两端的电压和流过的电流之间的关系曲线叫作二极管的伏安特性
《模拟电子技术》教案 3 §1-2 晶体二极管 一、晶体二极管的单向导电特性 1、晶体二极管 (1) 外形 如图 1.2.1 (a)所示，晶体二极管由密封的管体和两条正、负电极引线所组成。 管体外壳的标记通常表示正极。 (2) 电路符号 如图 1.2.1 (b)所示，晶体二极管的图形由三角形和竖杠所组成。其中，三角 形表示正极，竖杠表示负极。D 为晶体二极管的文字符号。 图 1.2.1 (a) 图 1.2.1 (b)二极管电路符号 2．晶体二极管的单向导电性 (1) 正极电位＞负极电位，二极管导通； (2) 正极电位＜负极电位，二极管截止。 即二极管正偏导通，反偏截止。这一导电特性称为二极管的单向导电性。 二、二极管的伏安特性 图 1.2.2 图 1.2.3 1．定义 二极管两端的电压和流过的电流之间的关系曲线叫作二极管的伏安特性。 D 阳极 阴极 D 阳极 阴极
电路与模拟电子技术教案 2.测试电路：如图1.2.2所示。 3.伏安特性曲线：如图1.2.3所示。 4.特点 (1)正向特性 ①正向电压F小于门槛电压（死区电压）时，二极管V截止，正向电流 0:其中，门橙电压片=83Y(8阅 ②大于T时，V导通，F急剧增大。导通后V两端电压基本恒定： 导通电压（正向电压）'= 0.7V(Si) 0.3V(Ge) 结论：正偏时电阻小，具有非线性 (2)反向特性 反向电压VR小于M(反向击穿电压)时，反向电流R很小，且近似为常数， 称为反向饱和电流。 VR大于RM时，R剧增，此现象称为反向电击穿。对应的电压VRM称为 反向击穿电压。 结论：反偏电阻大，存在电击穿现象。 三、二极管的分类、型号和参数 1.分类 (1)按材料分：硅管、锗管： (2)按PN结面积：点接触型（电流小，高频应用）、面接触型（电流大，用于 整流)： (3)按用途： 例如利用单向导电性把交流电变成直流电的整流二极管：利用反向击穿特性 进行稳压的稳压二极管：利用反向偏压改变PN结电容量的变容二极管：利用磷 化镓把电能转变成光能的发光二极管；将光信号转变为电信号的光电二极管。 2.二极管的命名规则 整流二极管—2CZ82B 稳压二极管—2CW50 变容二极管一2AC1等等
电路与模拟电子技术教案 4 2．测试电路：如图 1.2.2 所示。 3．伏安特性曲线：如图 1.2.3 所示。 4．特点 (1) 正向特性 ① 正向电压 VF 小于门槛电压（死区电压）VT 时，二极管 V 截止，正向电流 IF =0；其中，门槛电压 = 0.2 V (Ge) 0.5 V (Si) VT ② VF 大于 VT 时，V 导通，IF 急剧增大。导通后 V 两端电压基本恒定： on 0.7V (Si) 0.3V (Ge) V = 导通电压(正向电压) 结论：正偏时电阻小，具有非线性。 (2) 反向特性 反向电压 VR 小于 VRM(反向击穿电压)时，反向电流 IR很小，且近似为常数， 称为反向饱和电流。 VR 大于 VRM 时，IR 剧增，此现象称为反向电击穿。对应的电压 VRM 称为 反向击穿电压。 结论：反偏电阻大，存在电击穿现象。 三、二极管的分类、型号和参数 1．分类 (1) 按材料分：硅管、锗管； (2) 按 PN 结面积：点接触型(电流小，高频应用)、面接触型(电流大，用于 整流)； (3) 按用途： 例如利用单向导电性把交流电变成直流电的整流二极管；利用反向击穿特性 进行稳压的稳压二极管；利用反向偏压改变 PN 结电容量的变容二极管；利用磷 化镓把电能转变成光能的发光二极管；将光信号转变为电信号的光电二极管。 2．二极管的命名规则 整流二极管——2CZ82B 稳压二极管——2CW50 变容二极管——2AC1 等等
《模拟电子技术》教案 国家标准对二极管型号的命名方法如下： 用数字代表同类型器件的不同型号。 用字母代表器件的类型。 用字母代表器件的材料。 2代表二极管。 例如，2AP1是N型锗材料制成的普通二极管，2 CZIID是N型硅材料制成的 整流管。 3.主要参数 (1)普通整流二极管 ①最大整流电流FM:二极管允许通过的最大正向工作电流平均值。M由 PN结结面积和散热条件决定。 ②最高反向工作电压UDM:二极管允许承受的反向工作电压峰值。一般为 反向击穿电压的一半或三分之二。 ③反向电流：规定的反向电压和环境温度下，二极管反向电流值。此值 越小越好，但此电流受温度影响。 ④最高工作频率M:二极管维持单向导电性的最高工作频率（二极管中存在 结电容)。 四、硅稳压二极管 硅稳压管的伏安特性及符号如图1.2.4所示。 滤波电路：将脉动的直流电变成平滑的直流电。 稳压电路：抑制电网电压和整流电路负载的变化引起的输出电压变化，将平 滑的直流电变成稳定的直流电。 (1)硅稳压二极管的特性 1)稳压管工作在反向击穿状态。 2)当工作电流1z满足1<1z<1条件时，稳压管两端电压V2几乎不变。 (2)稳压二极管的主要参数 )稳定电压2—稳压管在规定电流下的反向击穿电压。 2)稳定电流2一稳压管在稳定电压下的工作电流
《模拟电子技术》教案 5 国家标准对二极管型号的命名方法如下： 2 A P 9 用数字代表同类型器件的不同型号。 用字母代表器件的类型。 用字母代表器件的材料。 2 代表二极管。 例如，2AP1 是 N 型锗材料制成的普通二极管，2CZllD 是 N 型硅材料制成的 整流管。 3．主要参数 (1) 普通整流二极管 ① 最大整流电流 IFM：二极管允许通过的最大正向工作电流平均值。IFM 由 PN 结结面积和散热条件决定。 ② 最高反向工作电压 UDRM：二极管允许承受的反向工作电压峰值。一般为 反向击穿电压的一半或三分之二。 ③ 反向电流 IR：规定的反向电压和环境温度下，二极管反向电流值。此值 越小越好，但此电流受温度影响。 ④最高工作频率 fM：二极管维持单向导电性的最高工作频率（二极管中存在 结电容）。 四、硅稳压二极管 硅稳压管的伏安特性及符号如图 1.2.4 所示。 滤波电路：将脉动的直流电变成平滑的直流电。 稳压电路：抑制电网电压和整流电路负载的变化引起的输出电压变化，将平 滑的直流电变成稳定的直流电。 （1）硅稳压二极管的特性 1) 稳压管工作在反向击穿状态。 2) 当工作电流 Z I 满足 A Z B I I I 条件时，稳压管两端电压 VZ 几乎不变。 （2）稳压二极管的主要参数 1) 稳定电压 VZ ——稳压管在规定电流下的反向击穿电压。 2) 稳定电流 IZ——稳压管在稳定电压下的工作电流