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1、半导体材料本征半导体N型半导体P型半导体PN结掺入五价元素掺入三价元素半导体器件基础第1页/共52页半导体材料SiGe高度提纯后成为本征半导体本征半导体共价键结构和本征热激发电子空穴对示意图第2页/共52页本征半导体N型半导体P型半导体掺入五价元素 P（磷）掺入三价元素B(硼）第3页/共52页 PN结加正向电压（PN结正偏）PN结正偏后内电势降低有利多子扩散载流子从电源获得补充产生较大正向电流PN结导电P型和N型半导体结合在一起后如何形成PN结？第4页/共52页PN结加反向电压（PN结反偏）PN结的单向导电性：正偏导电，反偏截止（不导电）。内外电场方向相同，空间电荷区变得更加宽，多子根本无法扩
2、散，只有少子在电场力作用下的产生漂移运动，PN结流过极小的电流，PN结不导电。第5页/共52页PN结特性特性曲线数学模型) 1(TVvSeII主要特性单向导电特性第6页/共52页半导体二极管电路大信号模型理想开关模型恒定压降模型第7页/共52页把工作点附近的某一小段特性等效（近似）成一条直线用一电阻等效)(26mAImVIVrDQDQTd小信号模型（动态模型或交流模型）第8页/共52页二极管电路举例例一、在图示所示的电路中，D1、D2是理想二极管， ，试画出 和 的波形图。)(sin8Vtviiv0v1R2R2D1Div0vV12VVZ6第9页/共52页V6tiv0t0v0解：由于稳压管经电阻
3、接有12V电压，所以稳压管击穿，其二端电压即为6V，D2始终不导电，D1只有在 大于6V后导电，一经D1导电，输出 就是6V电压。波形如图。iv0v1R2R2D1Div0vV12VVZ6第10页/共52页例二、图示电路是一个双向限幅电路，设二极管为理想元件，输入电压从0V变化至100V，试画出电路的电压转输特性（ 曲线）。 iovv K1002D1Div0vV80V20K200第11页/共52页K1002D1Div0vV80V20K200解：设D1、D2均导电，则可写出两个回路方程：20012031IDvI200802IDvI可见，D1导电的条件是：VvI40D2导电的条件是：VvI80因此，
4、当VvI40D1截止，D2导电，Vvo40 当VvI80D1导电，D2截止，Vvo80第12页/共52页其中2001203100100)20080(201IIIDvvvIK1002D1Div0vV80V20K200第13页/共52页当VvVI8040 D1、D2均导电，Iovv 所以，电压传输特性如图：)(VvI)(VvO02040608010020406080第14页/共52页半导体三极管电路两个PN结的一种半导体器件NPN结构PNP结构第15页/共52页要有电流放大作用时，对器件结构等的要求工艺结构要求：E区面积大，多子浓度最高；C区面积最大，多子浓度最低；B区小而窄，多子浓度较低。第16
5、页/共52页对二个PN结的偏置要求：发射结（ ）正向偏置，集电集反向偏置（ ） EJCJ第17页/共52页各电集间的电流关系以基极电流 为输入，集电极电流 为输出时：)(),(BEBCIfIIfIBCEOBCIIIIBCEOBCBEIIIIII)1 ()1 (CBOCEOII)1 (其中基极开路时，流过CE间电流穿透电流射极开路时，流过CB间电流反向饱和电流BICI第18页/共52页晶体三极管的输入/输出特性输入特性曲线常数CEvBEBvfi)(输出特性曲线常数BiCECvfi)(第19页/共52页晶体三极管的四种工作状态及等效模型 截止工作状态条件：发射结（ ）反向偏置，集电结（ ）反向偏置
6、EJCJ等效电路电路偏置第20页/共52页电路中的电流、电压电路偏置等效电路0, 0CEOCBIIICCCEVV第21页/共52页 放大工作状态条件：发射结（ ）正向偏置，集电结（ ）反向偏置EJCJ等效电路电路偏置第22页/共52页电路中的电流、电压电路偏置等效电路BCBBSIIII, 0CCCEVVV7 . 0VVBE7 . 0晶体管等效成一个授控源（CCCS）IBS是三极管饱和基极电流，在下面讲。第23页/共52页 饱和工作状态条件：发射结（ ）正向偏置，集电结（ ）正式向偏置EJCJ注意：晶体三极管饱和时的机理？电路偏置等效电路第24页/共52页电路中的电流、电压电路偏置等效电路RVR
7、VRVVIIICCCCCCCESCCCSBsB7 . 0/VVVCE7 . 00VVBE7 . 0BCII第25页/共52页 倒置工作状态C极和E极互换后偏置在放大时的工作状态这时由于集电区多子浓度低，发射电子能力低，所以，此时的电流放大系数1第26页/共52页放大电路的三种组态连接（三种连接方式）放大电路中的输入、输出以及公共电极分别取自三极管B、C、E中的哪个电极。共射放大电路（CE）第27页/共52页共基放大电路 （CB）共集放大电路 （CC）第28页/共52页组成放大电路的基本原则必须保证晶体管工作在放大状态（ 正偏， 反偏 ），信号能顺畅地传输。EJCJ用共射放大电路为例加以说明：第
8、29页/共52页=0时，电路变为直流通路反映直流工作情况（也称静态）求放大器的静态工作点CEQBEQCQBQVVII,CI放大器直流通路第30页/共52页交流通路如何画交流通路？直流电源短路，耦合电容短路，其它元器件不变。其中21/bbbRRR 第31页/共52页放大电路分析近似估算法常用图解法不常用例 放大电路如图，令晶体管VVBE7 . 0,100试画出直流通路，求出静态工作点；画出交流通路，说明电路是何种组态的放大电路。静态动态静态动态0iv0iv0iv0iv第32页/共52页近似估算法 静态分析画直流通路求解直流电路中的电压和电流第33页/共52页RVBICIVVRRRVCCbbb32
9、12KRRRbb75. 35/15/21ARRVVIEBEB74. 9)1 (mAIIBC974. 074. 9100VRRIVECCCE8 . 4)(12戴维南定律等效法第34页/共52页近似估算法VVVRRRVCCbbbB312)1555(212mAmARVVIEBEBE13 . 27 . 03VVRRIVECCCE6 . 4) 3 . 21 . 5(112)(12AmAIIEC10100111两种方法之间的误差在工程上是完全允许的，所以电子技术上常用估算法处理。第35页/共52页图解法:令已知晶体管的输入和输出特性，而 未知。BEVRVBICI戴维南等效后输入回路负载方程)1 (EBBE
10、RRIVV将它作在输入特性曲线上，决定输入Q点。求得：BBEIV,输出回路负载方程)()(ECCCCEECCCCCERRIVRIRIVV第36页/共52页将它作在输出特性曲线上，决定静态Q点。求得：CCEIV,BEBBEIRRIVV4 .2373)1 (CECCCCCEIRRIVV4 . 712)(QQ由坐标得：VVmAIVVAICECBEB7 . 4,93. 0,62. 0,9第37页/共52页 动态分析画交流通路求解放大电路的技术指标（动态）如何画法？ 其中21/bbbRRR 第38页/共52页场效应管FET是一种电压控制电流的半导体器件，有结型和绝缘栅两种。结型场效应管N沟道结型场效应管
11、P沟道结型场效应管第39页/共52页绝缘栅场效应管N沟道增强型（E）和N沟道耗尽型（D）P沟道增强型（E）和P沟道耗尽型（D）第40页/共52页第41页/共52页N沟道结型场效应管的特性曲线转移特性常数DSvGsDvfi)(漏极特性常数GSvDSDvfi)(可变电阻区；放大区（饱和区、恒流区）；截止区；注意它们的条件和特点第42页/共52页N沟道绝缘栅场效应管的特性曲线常数DSvGsDvfi)(常数GSvDSDvfi)(第43页/共52页场效应管放大电路与晶体三极管一样，要解决静态工作点和信号传输问题。自给偏压分压式自给偏压第44页/共52页场效应管放大电路的分析静态分析静态工作点计算（以分压
12、式偏置电路为例）ADDgggGAVRRRVV212栅极电位：源极电位：SDSRIV SGGSVVV栅源电位：利用转移特性方程2) 1(TgsDODVvII)(DSDDDDSRRIVV栅源电位：可解这些方程得到DSGSDVVI,等第45页/共52页习题分析下面电路的静态偏置和动态工作条件是否满足放大的要求第46页/共52页解(a) 图输入为零（ ） 时，发射结是否正偏，集电结是否反偏。0IvCECBVII,的数值范围如何？从该图可知，静态时集电结被短路了，不可能处于放大时的一结正偏，另一结反偏的偏置，所以该电路不能放大。如果要放大时，应把Rb接电源端改接到地端，并在输入端加接一只电阻，如图所示：第47页/共52页(b) 图静态偏置不正确，第48页/共52页(c) 图静态时没有静态工作点，只要把原电路中的Rb电阻接电源端改接至地即可，如图所示：第49页/共52页(d) 图静态时，电路有静态工作点；动态时不满足要求，画交流通路时，动态将集电极和发射极短路了。应该把C3电容器去掉，如图所示：第50页/共52页习题：P77第51页/共52页感谢您的观看！第52页/共52页