第8章模拟电子电路课件.pptx
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1、 电子技术是研究电子器件、电子电路及其应电子技术是研究电子器件、电子电路及其应用的一门科学。用的一门科学。概概 述述 根据研究的对象不同,我们将电子技术分为根据研究的对象不同,我们将电子技术分为两大类:模拟电子技术和数字电子技术。两大类:模拟电子技术和数字电子技术。模拟电子技术是研究模拟信号的电子技术,处模拟电子技术是研究模拟信号的电子技术,处理模拟信号的电路称为模拟电路;数字电子技术是理模拟信号的电路称为模拟电路;数字电子技术是研究数字信号的电子技术,处理数字信号的电路称研究数字信号的电子技术,处理数字信号的电路称为数字电路。为数字电路。模拟信号和数字信号的概念模拟信号和数字信号的概念电电子
2、子电电路路中中的的信信号号模拟信号模拟信号数字信号数字信号幅度随时间连续变化幅度随时间连续变化的信号的信号例:正弦波信号、锯齿波信号等。例:正弦波信号、锯齿波信号等。幅度不随时间连续变幅度不随时间连续变化,而是阶跃变化的化,而是阶跃变化的信号信号模拟信号模拟信号tu(t)tu(t)数字信号数字信号高电平高电平低电平低电平第第8 8章章 直流稳压电源直流稳压电源8.2 8.2 半导体二极管半导体二极管 8.3 8.3 直流稳压电源的组成直流稳压电源的组成8.4 8.4 整流电路整流电路 8.5 8.5 滤波电路滤波电路8.1 8.1 半导体的基础知识半导体的基础知识 8.6 8.6 稳压电路稳压
3、电路 电子技术是研究电子器件、电子电路及其应电子技术是研究电子器件、电子电路及其应用的科学,因此,学习电子技术,必须首先要了解用的科学,因此,学习电子技术,必须首先要了解电子器件。目前,电子器件已从电真空器件电子器件。目前,电子器件已从电真空器件(电子电子管、离子管管、离子管)、分立半导体器件、分立半导体器件(半导体二极管、三半导体二极管、三极管等极管等)、小规模集成电路、中规模集成电路发展、小规模集成电路、中规模集成电路发展到大规模和超大规模集成电路。集成电路特别是大到大规模和超大规模集成电路。集成电路特别是大规模和超大规模集成电路的出现,使电子设备在微规模和超大规模集成电路的出现,使电子设
4、备在微型化等方面前进了一大步,进一步促进了电子技术型化等方面前进了一大步,进一步促进了电子技术的发展。的发展。半导体半导体 自然界中的物质根据物体导电能力自然界中的物质根据物体导电能力(电阻率电阻率)的不同,可以划分为导体、绝缘体和半导体。的不同,可以划分为导体、绝缘体和半导体。导电能力介于导体和绝缘体之间的物体称为导电能力介于导体和绝缘体之间的物体称为半导体,典型的半导体有半导体,典型的半导体有硅硅Si和和锗锗Ge以及以及砷化镓砷化镓GaAs等。等。8.1 8.1 半导体的基础知识半导体的基础知识半导体的导电特性半导体的导电特性半导体的导电特性半导体的导电特性(可做成温度敏感元件,如热敏电阻
5、可做成温度敏感元件,如热敏电阻可做成温度敏感元件,如热敏电阻可做成温度敏感元件,如热敏电阻)。掺杂性掺杂性掺杂性掺杂性:在纯净的半导体中掺入某些杂质,导电在纯净的半导体中掺入某些杂质,导电在纯净的半导体中掺入某些杂质,导电在纯净的半导体中掺入某些杂质,导电 能力明显改变能力明显改变能力明显改变能力明显改变(可做成各种不同用途的半导可做成各种不同用途的半导可做成各种不同用途的半导可做成各种不同用途的半导 体器件,如二极管、三极管和晶闸管等)。体器件,如二极管、三极管和晶闸管等)。体器件,如二极管、三极管和晶闸管等)。体器件,如二极管、三极管和晶闸管等)。光敏性:光敏性:光敏性:光敏性:当受到光照
6、时,导电能力明显变化当受到光照时,导电能力明显变化当受到光照时,导电能力明显变化当受到光照时,导电能力明显变化 (可做可做可做可做 成各种光敏元件,如光敏电阻、光敏二极成各种光敏元件,如光敏电阻、光敏二极成各种光敏元件,如光敏电阻、光敏二极成各种光敏元件,如光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管等管、光敏三极管等管、光敏三极管等管、光敏三极管等)。热敏性:热敏性:热敏性:热敏性:当环境温度变化时,导电能力显著变化当环境温度变化时,导电能力显著变化当环境温度变化时,导电能力显著变化当环境温度变化时,导电能力显著变化 完全纯净的、具有晶体结构的半导体,称为本征完全纯净的、具有晶体结构的半导体,称为本征
7、完全纯净的、具有晶体结构的半导体,称为本征完全纯净的、具有晶体结构的半导体,称为本征半导体。半导体。半导体。半导体。硅晶体中原子的排列方式硅晶体中原子的排列方式硅晶体中原子的排列方式硅晶体中原子的排列方式一、一、本征半导体本征半导体 在热力学温度零度和没有外界激发时,本征在热力学温度零度和没有外界激发时,本征半导体不导电。半导体不导电。GeSi通过一定的工艺过程,可以将半导体制成通过一定的工艺过程,可以将半导体制成晶体晶体。在现代电子学中,目前使用最多的半导体材料在现代电子学中,目前使用最多的半导体材料是硅和锗,它们的最外层电子都是四个,故也称硅是硅和锗,它们的最外层电子都是四个,故也称硅和锗
8、为四价元素。和锗为四价元素。硅原子硅原子锗原子锗原子硅和锗单晶中的共价键结构硅和锗单晶中的共价键结构共价键中的共价键中的共用电子对共用电子对+4+4+4+4+4+4表示除表示除价电子外价电子外的正离子的正离子共价健共价健价电子价电子共价键中的两个电子,称为共价键中的两个电子,称为共价键中的两个电子,称为共价键中的两个电子,称为价电子价电子价电子价电子。共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中,称为中,称为束缚电子束缚电子,常温下束缚电子很难脱,常温下束缚电子很难脱离共价键成为离共价键成为自由电子自由电子,因此本征半导体中,因此本征半导体中的自由电子数很少,所以
9、本征半导体的导电的自由电子数很少,所以本征半导体的导电能力很弱。能力很弱。形成共价键后,每个原子的最外层电形成共价键后,每个原子的最外层电子是八个,构成稳定结构。子是八个,构成稳定结构。共价键有很强的结合力,共价键有很强的结合力,使原子规则排列,形成晶体。使原子规则排列,形成晶体。+4+4+4+4 Si Si Si Si价电子价电子 价电子在获得一定能量价电子在获得一定能量价电子在获得一定能量价电子在获得一定能量(温度升高或受光照)后,(温度升高或受光照)后,(温度升高或受光照)后,(温度升高或受光照)后,即可挣脱共价键的束缚,成即可挣脱共价键的束缚,成即可挣脱共价键的束缚,成即可挣脱共价键的
10、束缚,成为为为为自由电子自由电子自由电子自由电子(带负电),同(带负电),同(带负电),同(带负电),同时共价键中留下一个空位,时共价键中留下一个空位,时共价键中留下一个空位,时共价键中留下一个空位,称为称为称为称为空穴空穴空穴空穴(带正电)(带正电)(带正电)(带正电)。本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理这一现象称为这一现象称为本征激发。本征激发。空穴空穴 温度愈高,晶体中产温度愈高,晶体中产温度愈高,晶体中产温度愈高,晶体中产生的自由电子便愈多。生的自由电子便愈多。生的自由电子便愈多。生的自由电子便愈多。自由电子自由电子 带正电的空穴吸引相邻原
11、子的价电子来填补,带正电的空穴吸引相邻原子的价电子来填补,带正电的空穴吸引相邻原子的价电子来填补,带正电的空穴吸引相邻原子的价电子来填补,而在该原子中出现一个空穴,其结果相当于空穴的而在该原子中出现一个空穴,其结果相当于空穴的而在该原子中出现一个空穴,其结果相当于空穴的而在该原子中出现一个空穴,其结果相当于空穴的运动(相当于正电荷的移动)。运动(相当于正电荷的移动)。运动(相当于正电荷的移动)。运动(相当于正电荷的移动)。当半导体两端加上外电压时,在半导体中将出现当半导体两端加上外电压时,在半导体中将出现当半导体两端加上外电压时,在半导体中将出现当半导体两端加上外电压时,在半导体中将出现两部分
12、电流:两部分电流:两部分电流:两部分电流:(1)(1)自由电子作定向运动自由电子作定向运动自由电子作定向运动自由电子作定向运动 电子电流电子电流电子电流电子电流 (2)(2)价电子递补空穴价电子递补空穴价电子递补空穴价电子递补空穴 空穴电流空穴电流空穴电流空穴电流注意:注意:注意:注意:(1)(1)本征半导体中载流子数目极少本征半导体中载流子数目极少本征半导体中载流子数目极少本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差;其导电性能很差;其导电性能很差;其导电性能很差;(2)(2)温度愈高,温度愈高,温度愈高,温度愈高,载流子的数目愈多载流子的数目愈多载流子的数目愈多载流子的数目愈多,半导体的导电
13、性能半导体的导电性能半导体的导电性能半导体的导电性能也就愈好。也就愈好。也就愈好。也就愈好。所以,温度对半导体器件性能影响很大。所以,温度对半导体器件性能影响很大。所以,温度对半导体器件性能影响很大。所以,温度对半导体器件性能影响很大。自由电子和自由电子和自由电子和自由电子和空穴都称为载流子。空穴都称为载流子。空穴都称为载流子。空穴都称为载流子。自由电子和自由电子和自由电子和自由电子和空穴成对地产生的同时,又不断复合。空穴成对地产生的同时,又不断复合。空穴成对地产生的同时,又不断复合。空穴成对地产生的同时,又不断复合。在一定温度下,载流子的产生和复合达到动态平衡,在一定温度下,载流子的产生和复
14、合达到动态平衡,在一定温度下,载流子的产生和复合达到动态平衡,在一定温度下,载流子的产生和复合达到动态平衡,半导体中载流子便维持一定的数目。半导体中载流子便维持一定的数目。半导体中载流子便维持一定的数目。半导体中载流子便维持一定的数目。两种载流子 N型半导体型半导体在本征半导体中掺入微量的五在本征半导体中掺入微量的五价杂质元素(如磷)形成的半导体。价杂质元素(如磷)形成的半导体。P型半导体型半导体在本征半导体中掺入微量的在本征半导体中掺入微量的三价杂质元素(如硼)形成的半导体。三价杂质元素(如硼)形成的半导体。为了尽量保持半导体的原有晶体结构,掺入的杂质为了尽量保持半导体的原有晶体结构,掺入的
15、杂质主要是微量的价电子数较为接近的三价或五价元素。主要是微量的价电子数较为接近的三价或五价元素。在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质,可使在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质,可使半导体的导电性发生显著变化。半导体的导电性发生显著变化。二、二、杂质半导体杂质半导体1.N型半导体型半导体 掺杂后自由电子数目掺杂后自由电子数目掺杂后自由电子数目掺杂后自由电子数目大量增加,自由电子导电大量增加,自由电子导电大量增加,自由电子导电大量增加,自由电子导电成为这种半导体的主要导成为这种半导体的主要导成为这种半导体的主要导成为这种半导体的主要导电方式,称为电子型半导电方式,称为电子型半导电方式,称为电子
16、型半导电方式,称为电子型半导体或体或体或体或N N型半导体。型半导体。型半导体。型半导体。Si Si Si Sip+多余多余电子电子磷原子磷原子在常温下即可在常温下即可变为自由电子变为自由电子失去一个失去一个电子变为电子变为正离子正离子 在本征半导体中在本征半导体中在本征半导体中在本征半导体中掺入微量的五价元素,掺入微量的五价元素,掺入微量的五价元素,掺入微量的五价元素,形成形成形成形成N N型型型型半导体。半导体。半导体。半导体。N 型半导体结构示意图型半导体结构示意图空穴空穴自由电子自由电子正离子正离子 在在在在N N 型半导体中型半导体中型半导体中型半导体中自由电子是多数载流子自由电子是
17、多数载流子自由电子是多数载流子自由电子是多数载流子(多子),空穴是少数载流子(少子)。(多子),空穴是少数载流子(少子)。(多子),空穴是少数载流子(少子)。(多子),空穴是少数载流子(少子)。自由电子带负电自由电子带负电自由电子带负电自由电子带负电Negative N N 型半导体型半导体型半导体型半导体2.P 型半导体型半导体 掺杂后空穴数目大量掺杂后空穴数目大量掺杂后空穴数目大量掺杂后空穴数目大量增加,空穴导电成为这增加,空穴导电成为这增加,空穴导电成为这增加,空穴导电成为这种半导体的主要导电方种半导体的主要导电方种半导体的主要导电方种半导体的主要导电方式,称为空穴型半导体式,称为空穴型
18、半导体式,称为空穴型半导体式,称为空穴型半导体或或或或 P P型半导体。型半导体。型半导体。型半导体。Si Si Si SiB硼原子硼原子接受一个接受一个接受一个接受一个电子变为电子变为电子变为电子变为负离子负离子负离子负离子空穴空穴 在本征半导体中在本征半导体中在本征半导体中在本征半导体中掺入微量的三价元素,掺入微量的三价元素,掺入微量的三价元素,掺入微量的三价元素,形成形成形成形成P P型半导型半导型半导型半导体。体。体。体。P 型半导体结构示意图型半导体结构示意图自由电子自由电子负离子负离子空穴空穴无论无论无论无论N N型或型或型或型或P P型半导体都是中性的,对外不显电性。型半导体都是
19、中性的,对外不显电性。型半导体都是中性的,对外不显电性。型半导体都是中性的,对外不显电性。在在在在 P P 型半导体中型半导体中型半导体中型半导体中空穴是多数载流子(多子),自空穴是多数载流子(多子),自空穴是多数载流子(多子),自空穴是多数载流子(多子),自由电子是少数载流子(少子)。由电子是少数载流子(少子)。由电子是少数载流子(少子)。由电子是少数载流子(少子)。空穴带正电空穴带正电空穴带正电空穴带正电Positive P P 型半导体型半导体型半导体型半导体 1.1.在杂质半导体中多子的数量与在杂质半导体中多子的数量与在杂质半导体中多子的数量与在杂质半导体中多子的数量与 (a.a.掺杂
20、浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、b.b.温度)有关。温度)有关。温度)有关。温度)有关。2.2.在杂质半导体中少子的数量与在杂质半导体中少子的数量与在杂质半导体中少子的数量与在杂质半导体中少子的数量与 (a.a.掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、b.b.温度)有关。温度)有关。温度)有关。温度)有关。3.3.当温度升高时,少子的数量当温度升高时,少子的数量当温度升高时,少子的数量当温度升高时,少子的数量 (a.a.减少、减少、减少、减少、b.b.不变、不变、不变、不变、c.c.增多)。增多)。增多)。增多)。a ab bc c 4.4.在外加电压的作用下,在外加电压的作用下,在外加电
21、压的作用下,在外加电压的作用下,P P 型半导体中的电流型半导体中的电流型半导体中的电流型半导体中的电流主要是主要是主要是主要是 ,N N 型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是 。(a.a.电子电流、电子电流、电子电流、电子电流、b.b.空穴电流)空穴电流)空穴电流)空穴电流)b ba a 5.P 5.P 型半导体中掺入的是型半导体中掺入的是型半导体中掺入的是型半导体中掺入的是 元素元素元素元素 ,N N 型半导体型半导体型半导体型半导体中掺入的是中掺入的是中掺入的是中掺入的是 元素元素元素元素 。(a.a.三价、三价、三价、三价、b.b.四
22、价、四价、四价、四价、c.c.五价)五价)五价)五价)a ac c 思考题思考题思考题思考题P 区区N 区区N区的电子向区的电子向P区扩散并与空穴复合区扩散并与空穴复合P区的空穴向区的空穴向N区扩散并与电子复合区扩散并与电子复合空间电荷区空间电荷区内电场方向内电场方向 1 1、PNPN结的形成:结的形成:在一块本征半导体的两侧通过扩散不同的杂质在一块本征半导体的两侧通过扩散不同的杂质,分分别形成别形成N型半导体和型半导体和P型半导体。此时,将在型半导体。此时,将在N型半导体型半导体和和P型半导体的结合面上形成一个空间电荷区。型半导体的结合面上形成一个空间电荷区。三、三、三、三、PNPN 结结结
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