《模拟电子技术》全套PPT课件.pptx

模拟电子技术Jiangxi Normal university目 录第1章%20电路模型和基本规律.ppt第一章半导体材料及常用半导体器件 第7章%20三相电路.ppt第七章集成运放组成的运算电路第2章%20电路元件.ppt第二章基本放大电路 第8章%20电路复频域分析法与网络函数.ppt第八章信号处理与波形发生电路第3章%20电阻电路分析的一般方法.ppt第三章放大器的频率响应第9章%20双口网络.ppt第九章直流稳压电源第4章%20电路定理.ppt第四章模拟集成单元电路 第5章%20动态电路的时域分析.ppt第五章功率放大电路第6章%20正弦稳态分析.ppt第六章放大电路中的负反馈技术第1章 半导体材料及常用半导体器件 1.1半导体基础知识 1.2PN结 1.3半导体二极管 1.4晶体管1.5场效应管 1.6常用半导体器件的应用与电路设计1.1 半导体基础知识 1.1.1 导体、绝缘体和半导体。 自然界中很容易导电的物质称为导体，导体大多为低价元素, 其最外层电子受原子核的束缚力很小, 因此容易挣脱原子核的束缚成为自由电子。在外电场作用下, 这些自由电子产生定向运动形成电流， 呈现出良好的导电性能。 金属一般都是良好的导体，如银、铜、铝和铁等金属。有的物质几乎不导电，称为绝缘体。另外还有一类物质的导电能力处于导体和绝缘体之间，称为半导体。 半导体的导电机理具有不同于其它物质的特点，它有三个很重要的特性，即热敏特性、光敏特性和掺杂特性。 1.1.2 本征半导体 纯净晶体结构的半导体称为本征半导体。常用的半导体材料是硅和锗, 它们都是四价元素, 在原子结构中最外层轨道上有四个价电子。为便于讨论, 采用图 1.1.1所示的简化原子结构模型。把硅或锗材料拉制成单晶体时, 相邻两个原子的一对最外层电子(价电子)成为共有电子, 它们一方面围绕自身的原子核运动, 另一方面又出现在相邻原子所属的轨道上。即价电子不仅受到自身原子核的作用, 同时还受到相邻原子核的吸引。于是, 两个相邻的原子共有一对价电子, 组成共价键结构。故晶体中, 每个原子都和周围的４个原子用共价键的形式互相紧密地联系起来,如图1.1.2所示。 硅和锗简化原子结构模型 本征半导体共价键晶体结构示意图 共价键中的价电子由于热运动而获得一定的能量, 其中少数能够摆脱共价键的束缚而成为自由电子, 同时必然在共价键中留下空位, 称为空穴。空穴带正电, 如图所示。 本征半导体中的自由电子和空穴 由此可见, 半导体中存在着两种载流子：带负电的自由电子和带正电的空穴。本征半导体中, 自由电子与空穴是同时成对产生的, 因此, 它们的浓度是相等的。我们用n和p分别表示电子和空穴的浓度, 即ni=pi, 下标i表示为本征半导体。对于特定的半导体材料而言，本征载流子的浓度主要取决于温度。随着温度的升高, 基本上按指数规律增加。理论分析表明，本征半导体载流子的浓度为： 可以看出，当温度等于热力学温度0K时，本征半导体中虽然有大量的价电子，但载流子的浓度等于零，半导体不导电，相当于绝缘体。 通过上面分析知道, 半导体载流子浓度对温度十分敏感。一方面可以利用此特性做成光敏元件和热敏元件，另一方面此特性也是造成半导体器件温度稳定性差的原因。因此, 半导体载流子浓度对温度十分敏感。对于硅材料, 大约温度每升高８℃, 本征载流子浓度ni增加 1 倍；对于锗材料, 大约温度每升高１２℃, ｎｉ增加 1 倍。 除此之外, 半导体载流子浓度还与光照有关, 人们正是利用此特性, 制成光敏器件。 1.1.3 杂质半导体 1. Ｎ型半导体 在本征半导体中, 掺入微量５价元素, 如磷、锑、砷等, 则原来晶格中的某些硅(锗)原子被杂质原子代替。由于杂质原子的最外层有５个价电子, 因此它与周围４个硅(锗)原子组成共价键时, 还多余 1 个价电子。 它不受共价键的束缚, 而只受自身原子核的束缚, 因此, 它只要得到较少的能量就能成为自由电子, 并留下带正电的杂质离子, 它不能参与导电, 如图１.1.3所示。显然, 这种杂质半导体中电子浓度远远大于空穴的浓度, 即nnpn(下标ｎ表示是Ｎ型半导体), 主要靠电子导电, 所以称为Ｎ型半导体。由于５价杂质原子可提供自由电子, 故称为施主杂质。Ｎ型半导体中, 自由电子称为多数载流子；空穴称为少数载流子。 N型半导体共价键结构 杂质半导体中多数载流子浓度主要取决于掺入的杂质浓度。由于少数载流子是半导体材料共价键提供的, 因而其浓度主要取决于温度。 此时电子浓度与空穴浓度之间, 可以证明有如下关系： 即在一定温度下, 电子浓度与空穴浓度的乘积是一个常数, 与掺杂浓度无关。 2. P型半导体 在本征半导体中, 掺入微量３价元素, 如硼、镓、铟等,