模拟电子线路辅导资料一
模拟电子线路辅导资料一主 题：第1章绪论、第2章半导体二极管及其基本电路的辅导文章——半导体基础、PN结、半导体二极管
学习时间：2010年10月18日－10月24日
内 容：
我们这周主要学习第1章绪论以及第2章半导体二极管及其基本电路的相关内容。希望通过下面的内容能使同学们加深对半导体二极管及其基本电路相关知识的理解。
一、学习要求
1．了解模拟电子线路的课程性质、作用和基本内容。
2．掌握模拟电子线路课程的学习方法。
3．正确理解PN结。
4．熟练掌握器件（二极管）的外特性、主要参数。
5．正确理解模型分析法及典型应用。
6．会查阅电子器件手册。
重点难点分析：
1．重点：模拟电子线路课程的学习方法；二极管的外特性、主要参数。
2．难点：PN结的基本原理；模型分析法。
二、主要内容
1．绪论
电子技术发展迅速，新的器件和电路层出不穷，学习本课程时一定要抓住基本概念和基本理论，注意正确的学习方法，掌握本课程的一些与数学、物理、电工基础等课程不同的独特分析方法。这些分析方法有:
（1）估算
在数学等课程中，要求计算的结果完全准确。但是，在对电子线路进行分析和计算时，常常根据实际情况作合理的近似，即忽略次要因素，突出主要矛盾，这就是工程估算。采用工程估算的方法，不但可以使计算简单，而且使物理概念更加清楚。否则，如果一味追求“严密”与“准确”，则必然使问题复杂化。更何况由于电子元器件参数的分散性和实际电路中各种寄生因素的影响，任何严格的计算都不可能得到与实际完全一致的精确结果，因此严格的计算也就没有实际意义了。例如，两个阻值相差10倍以上的电阻并联，由于它们的数量级不同，则可忽略大阻值的电阻，近似认为并联后的阻值近似等于阻值小的电阻阻值。
（2）等效
电子线路中的电子器件，其电流与电压关系（称为伏安特性）是非线性的。但是，在一定的条件下，电子器件的非线性特性退居次要的地位，这时就可把它近似看成一个线性器件，于是整个电子线路就可用一个线性电路来等效，从而用线性电路的求解方法进行分析和计算，这就是等效的方法。
2．半导体的基本知识
（1）半导体材料
根据物体导电能力的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。多数现代电子器件是由性能介于导体与绝缘体之间的半导体材料制造而成的。
典型的半导体材料有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。
（2）半导体的共价键结构
见图1。
图1 硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构
（3）本征半导体
本征半导体——化学成分纯净的半导体。
在绝对温度T=0K时，所有的价电子都被共价键紧紧束缚在共价键中，不会成为自由电子，因此本征半导体的导电能力很弱，接近绝缘体。
当温度升高或受到光的照射时，束缚电子能量增高，有的电子可以挣脱原子核的束缚，而参与导电，成为自由电子。
自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，称为空穴。
这一现象称为本征激发，也称热激发。
可见本征激发同时产生电子空穴对。
外加能量越高（温度越高），产生的电子空穴对越多。
与本征激发相反的现象——复合
在一定温度下，本征激发和复合同时进行，达到动态平衡。电子空穴对的浓度一定。
本征半导体的导电性取决于外加能量：
温度变化，导电性变化；光照变化，导电性变化。
（4）杂质半导体
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。掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。
①N型半导体
在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，砷等，称为N型半导体。
因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子钟的价电子形成共价键，而多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。
图2 N型半导体的共价键结构
在N型半导体中自由电子是多数载流子，它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子，由热激发形成。
提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子，因此五价杂质原子也称为施主杂质。
②P型半导体
在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。
因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。
图3 P型半导体的共价键结构
在P型半导体中空穴是多数载流子，它主要由掺杂形成；自由电子是少数载流子，由热激发形成。
空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质因而也称为受主杂质。
3．PN结及其单向导电性
（1）PN结的形成
PN结合®因多子浓度差®多子的扩散®空间电荷区®形成内电场®阻止多子扩散，促使少子漂移。
图4 载流子的扩散运动
图5 平衡状态下的PN结
由浓度差产生的运动为扩散运动，由电场作用所产生的运动为漂移运动。
参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同，达到动态平衡，就形成了PN结。
（2）PN结的单向导电性
①加正向电压（正偏）——电源正极接P区，负极接N区
PN结加正向电压导通：
耗尽层变窄，扩散运动加剧，由于外电源的作用，形成扩散电流，PN结处于导通状态。
②加反向电压——电源正极接N区，负极接P区
图7 外加反向电压下的PN结
PN结加反向电压截止：
耗尽层变宽，阻止扩散运动，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。
4．半导体二极管
（1）组成：
将PN结封装，引出两个电极，就构成二极管。
（2）伏安特性
常温下：
（3）二极管的主要参数
最大整流电流IF：二极管长期连续工作时，允许通过二极管的最大整流电流的平均值。
最大反向工作电压UBR：二极管反向电流急剧增加时对应的反向电压值称为反向击穿电压。
反向电流IR：在室温下，在规定的反向电压下的反向电流值。硅二极管的反向电流一般在纳安(nA)级；锗二极管在微安(mA)级。
（4）二极管的等效电路
①将伏安特性折线化
②微变等效电路
Q越高，rd越小。
三、重要考点
1. PN结加正向电压时，空间电荷区将（ ）。
A.变窄 B.不变 C.变宽 D.不确定
答案：A
2. 二极管的伏安特性曲线的反向部分在环境温度升高时将（ ）。
A.右移 B.左移 C.上移 D.下移
答案：D
3.当外加偏置电压不变时，若工作温度升高，二极管的正向导通电流将 （ ）。
A.增大 B.减小 C.不变 D.不确定
答案：A
4. 当温度升高时，二极管的反向饱和电流将（ ）。
A.基本不变 B.明显减小 C.明显增加 D.不确定变化
答案：C
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