《模擬電子技術(shù)》PPT課件

完 成 任 務(wù) ： 制 作 一 音 頻 功 放 目 錄模 塊 一 常 用 元 器 件模 塊 二 分 立 元 件 小 信 號 放 大模 塊 四 低 頻 功 率 放 大 器模 塊 三 集 成 放 大 器模 塊 五 直 流 穩(wěn) 壓 電 源模 塊 六 信 號 產(chǎn) 生 與 處 理 模 塊 一 半 導(dǎo) 體 器 件任 務(wù) 1 半 導(dǎo) 體 的 特 性任 務(wù) 2 半 導(dǎo) 體 二 極 管任 務(wù) 4 場 效 應(yīng) 管任 務(wù) 3 半 導(dǎo) 體 三 極 管 return 半 導(dǎo) 體 的 特 性導(dǎo) 體 return 一 、 物 質(zhì) 按 導(dǎo) 電 性 能 可 分 為 ：半 導(dǎo) 體絕 緣 體二 、 半 導(dǎo) 體 的 特 性 ：熱 敏 特 性 光 敏 特 性 摻 雜 特 性 半 導(dǎo) 體 的 特 性 動 畫加 熱 指 針 電 流 表半 導(dǎo) 體 的 特 性 三 、 雜 質(zhì) 半 導(dǎo) 體 ： P型 半 導(dǎo) 體 ： 在 硅 或 鍺 的 晶 體 中 摻 入 少 量 的 3 價 雜質(zhì) 元 素 ， 如 硼 、 鎵 、 銦 等 ， 即 構(gòu) 成 P 型 半 導(dǎo) 體 。 4 4 4 434 444 受主原子 鄰近的電子落入受主的空位留下可移動的空穴可移動的空穴 受主獲得一個電子而形成一個負(fù)離子 (b)（ a)結(jié) 構(gòu) （ b)模 型 半 導(dǎo) 體 的 特 性 return N型 半 導(dǎo) 體 ： 在 硅 或 鍺 的 晶 體 中 摻 入 少 量 的 5 價 雜質(zhì) 元 素 ， 如 磷 、 銻 、 砷 等 ， 即 構(gòu) 成 N 型 半 導(dǎo) 體 。 4 4 4 454 444 雜質(zhì)原子提供的多余的電子 雜質(zhì)正離子 (a)（ a)結(jié) 構(gòu) （ b)模 型 半 導(dǎo) 體 的 特 性 四 、 PN結(jié) ： PN結(jié) ： 在 一 塊 本 證 半 導(dǎo) 體 上 ， 用 工 藝 的 辦 法使 其 一 邊 形 成 N型 半 導(dǎo) 體 ， 另 一 邊 形 成 P型 半 導(dǎo)體 ， 則 在 兩 種 半 導(dǎo) 體 的 交 界 面 處 形 成 了 PN結(jié)P NPN 結(jié) 的 形 成 PN結(jié)半 導(dǎo) 體 的 特 性 return 半 導(dǎo) 體 二 極 管半 導(dǎo) 體 二 極 管 ： 由 PN結(jié) 加 上 引 線 和 管 殼 構(gòu) 成 。P N（ a)結(jié) 構(gòu) （ b)符 號 1、 點(diǎn) 接 觸 型 ： PN結(jié) 面 積 小 ， 結(jié) 電 容 小 ， 用于 檢 波 和 變 頻 等 高 頻 電 路 。 (a)點(diǎn) 接 觸 型 二 極 管 的 結(jié) 構(gòu) 示 意 圖一 、 二 極 管 的 幾 種 常 見 結(jié) 構(gòu)半 導(dǎo) 體 二 極 管 (b)面 接 觸 型 2、 面 接 觸 型 ： PN結(jié) 面 積 大 ， 用 于 工 頻 大電 流 整 流 電 路 3、 平 面 型 ： 往 往 用 于 集 成 電 路 制 造 工 藝 。 PN結(jié) 面 積 可 大 可 小 ， 用 于 高 頻 整 流 和 開 關(guān) 電 路 中 (c)平 面 型陰 極引 線陽 極引 線PNP型 支 持 襯 底 半 導(dǎo) 體 二 極 管 半 導(dǎo) 體 二 極 管 外 形整流橋肖特基二極管整流二極管開關(guān)二極管大功率整流 二極管 二 半 導(dǎo) 體 二 極 管 特 性 的 測 試 ： 任 務(wù) ： 二 極 管 、 可 調(diào) 電 源 、 萬 用 表 搭 接 電 路 ， 測量 二 極 管 的 伏 安 特 性 。 AV+-U I D+ -UD 半 導(dǎo) 體 二 極 管 半 導(dǎo) 體 二 極 管 特 性 的 測 試 ：U(V) -1 0 0.3 0.7 1 2 3 4 5 6UD(V)ID(A) 測 量 結(jié) 果 填 入 表 中 ， 并 根 據(jù) 測 量 結(jié) 果 畫 出 二 極管 的 伏 安 特 性 曲 線 ， 說 明 二 極 管 的 特 性 。半 導(dǎo) 體 二 極 管 伏 安 特 性 曲 線 死 區(qū) 電 壓反 向 擊 穿 電壓 return 半 導(dǎo) 體 二 極 管 )1( TUSD eIi 在 外 加 uD的 作 用 下 ， 二 極 管 電 流 iD的 數(shù) 學(xué)表 達(dá) 式 近 似 為 ： 其 中 UT =kT/q稱 溫 度 的 電 壓 當(dāng) 量 ， k為 波 爾 茲曼 常 數(shù) ， T為 絕 對 溫 度 ， q為 電 子 電 量 。 常 溫 下 即 T = 300 K時 ， UT = 26mv，return半 導(dǎo) 體 二 極 管伏 安 特 性 方 程 半 導(dǎo) 體 二 極 管三 、 二 極 管 的 測 量1、 萬 用 表 的 檔 位 ？2、 現(xiàn) 象 ？3、 結(jié) 論 return 半 導(dǎo) 體 二 極 管四 、 二 極 管 的 應(yīng) 用問 題 ： 如 何 從 大 小 和 方 向 都 變 化 的 電 流 得 到 大 小 變 化 而 方 向 不 變 的 電 流 ？搭 接 電 路 實(shí) 際 測 試 ： 應(yīng) 用 一 ： 整 流 R + _ ui + _ uo D 半 導(dǎo) 體 二 極 管動 手 測 試 :應(yīng) 用 二 ： 限 幅 穩(wěn) 壓 二 極管 是 專 門利 用 反 向擊 穿 特 性的 二 極 管 。特 性 曲 線 、符 號 與 等效 電 路 圖 。 (a) UZU ZUB UA U / VO IZ IZIA(IZmin)I B(IZmax) A B I / mA V穩(wěn) 壓 二 極 管 的 特 性 曲 線 和 符 號 return 1.穩(wěn) 壓 二 極 管 半 導(dǎo) 體 二 極 管五 、 特 殊 二 極 管 3.光 電 二 極 管 ： 它 的 結(jié) 構(gòu) 與 普 通 二 極 管 類 似 ，使 用 時 其 PN結(jié) 工 作 在 反 向 偏 置 狀 態(tài) 下 ， 它 是 將光 信 號 轉(zhuǎn) 變 為 電 信 號 的 半 導(dǎo) 體 器 件 。 V 光 電 二 極 管 電 路 符 號 半 導(dǎo) 體 二 極 管2、 發(fā) 光 二 極 管 ： 發(fā) 光 二 極 管 簡 稱 LED，是 一 種 通 以 正 向 就 會 發(fā) 光 的 二 極 管 。 4.變 容 二 極 管 ： 利 用 PN結(jié) 的 勢 壘 電 容 隨 外 加電 壓 的 變 化 特 性 可 制 成 變 容 二 極 管 。5.光 電 耦 合 器 件 ： 將 光 電 二 極 管 和 發(fā) 光 二 極管 組 合 起 來 就 組 成 光 電 耦 合 器 件 。 它 以 光為 媒 介 可 實(shí) 現(xiàn) 電 信 號 的 傳 遞 。半 導(dǎo) 體 二 極 管變 容 二 極 管 電 路 符 號 半 導(dǎo) 體 三 極 管 有 兩 種 類 型 :NPN型 和 PNP型 。 NPN結(jié) 構(gòu) NPN符 號 PNP結(jié) 構(gòu) PNP符 號 return 半 導(dǎo) 體 三 極 管 晶 體 三 極 管 外 形 晶體三極管 半 導(dǎo) 體 三 極 管三 極 管 有 什 么 特 性 ？R b RcUBB UCEICmAA V VUBEIB UCC連 接 電 路 并 測 量 1.4.3三 極 管 的 電 流 放 大 作 用半 導(dǎo) 體 三 極 管 改 變 電 路 參 數(shù) ， 測 量 電 路 中 的 各 電 流 、電 壓 。 根 據(jù) 測 量 結(jié) 果 回 答 問 題 1、 當(dāng) Rb由 小 到 大 變 化 時 ， UBE、 UCE、IB、 IC各 是 如 何 變 化 的 ？ 2、 當(dāng) Rb由 小 到 大 變 化 時 ， UBE、 UCE、IB、 IC各 是 如 何 變 化 的 ？ 半 導(dǎo) 體 三 極 管從 測 試 結(jié) 果 ， 能 得 到 什 么 結(jié) 論 ？ 作 業(yè) ： 通 過 對 電 路 的 測 量 ， 總 結(jié) 三 極管 的 三 個 區(qū) （ 放 大 區(qū) 、 飽 和 區(qū) 、 截 止 區(qū) ）的 特 點(diǎn) 。 查 閱 相 關(guān) 資 料 ， 了 解 三 極 管 工 作 在 不同 區(qū) 時 的 實(shí) 際 應(yīng) 用 。 半 導(dǎo) 體 三 極 管問 題 ： 如 何 檢 測 三 極 管 的 好 壞 及 型 號 、 管 腳 ？1、 選 擇 萬 用 表 檔 位 3、 結(jié) 果2、 測 量 單 極 型 半 導(dǎo) 體 三 極 管 又 稱 場 效應(yīng) 管 （ 簡 稱 FET） 其 主 要 特 點(diǎn) 是 輸入 電 阻 非 常 高 可 達(dá) 108 1015 ； 另外 還 有 噪 聲 低 、 熱 穩(wěn) 定 性 好 、 抗 輻射 能 力 強(qiáng) 、 壽 命 長 等 特 點(diǎn) 。場 效 應(yīng) 管 （ 單 極 型 晶 體 管 ） return 場 效 應(yīng) 管 根 據(jù) 結(jié) 構(gòu) 的 不 同 ， 有 結(jié) 型 場效 應(yīng) 管 （ JFET） 和 金 屬 氧 化 物 半 導(dǎo) 體場 效 應(yīng) 管 （ MOSFET） 兩 種 類 型 。 MOS場 效應(yīng) 管 具 有 制 造 工 藝 簡 單 、 占 用 芯 片 面 積 小 、器 件 特 性 便 于 控 制 以 及 成 品 率 高 、 成 本 低 、功 耗 小 等 優(yōu) 點(diǎn) ， 因 而 廣 泛 應(yīng) 用 于 集 成 電 路中 ， 特 別 是 在 大 規(guī) 模 和 超 大 規(guī) 模 集 成 電 路中 得 到 廣 泛 的 應(yīng) 用 。場 效 應(yīng) 管 （ 單 極 型 晶 體 管 ） 1.結(jié) 構(gòu) 電 路 符 號 在 一 塊 N型 半 導(dǎo) 體 材料 的 兩 邊 各 擴(kuò) 散 一 個 高雜 質(zhì) 濃 度 的 P+ 區(qū) ,就 形成 兩 個 不 對 稱 的 PN結(jié) ，即 耗 盡 層 。 把 兩 個 P+區(qū)并 聯(lián) 在 一 起 ， 引 出 一 個電 極 G， 稱 為 柵 極 ， 在 N型 半 導(dǎo) 體 的 兩 端 各 引 出一 個 電 極 ， 分 別 稱 為 源極 S和 漏 極 D。一 結(jié) 型 場 效 應(yīng) 管結(jié) 構(gòu) 圖符 號 (以 N溝 道 結(jié) 型 場 效 應(yīng) 管 為 例 ) 在 D、 S間 加 上 電 壓 UDS， 則 源 極 和 漏極 之 間 形 成 電 流 ID， 我 們 通 過 改 變 柵 極和 源 極 的 反 向 電 壓 UGS， 就 可 以 改 變 兩 個PN結(jié) 阻 擋 層 的 （ 耗 盡 層 ） 的 寬 度 ， 這 樣就 改 變 了 溝 道 電 阻 ， 因 此 就 改 變 了 漏 極電 流 ID。 所 以 ， 改 變 UGS的 大 小 可 以 控 制漏 極 電 流 。 這 是 場 效 應(yīng) 管 工 作 的 核 心 部分 。 2.結(jié) 型 場 效 應(yīng) 管 的 工 作 原 理 return (1).UGS對 導(dǎo) 電 溝 道 的 影 響 UGS 0 UGS0 UGS UPID=0 UGS ID=0 return (2).UDS、 UGS對 導(dǎo) 電 溝 道 及 ID的 影 響 UGS0,UDG|Up| UGS0,UDG|Up|預(yù) 夾 斷 UGS Up ID ID=0ID return 3.結(jié) 型 場 效 應(yīng) 管 的 特 性 曲 線 場 效 應(yīng) 管 的 特 性 曲 線 分 為 轉(zhuǎn) 移 特 性 曲 線 和 輸出 特 性 曲 線 。 (以 N溝 道 結(jié) 型 場 效 應(yīng) 管 為 例 ) 1) 轉(zhuǎn) 移 特 性 在 uDS一 定 時 , 漏 極 電 流iD與 柵 源 電 壓 uGS之 間 的 關(guān)系 稱 為 轉(zhuǎn) 移 特 性 。 即 54 32 101234uDS=12 V u GS/V iD / mAI DSS UGS(off)常 數(shù) uf dsui gsD )( 在 UGS(off)uGS0的 范 圍 內(nèi) , 漏 極 電流 iD與 柵 極 電 壓 uGS的 關(guān) 系 為 ： 2)( )1( UuIi offGSGSDSSD return 輸 出 特性 是 指 柵 源電 壓 uGS一 定 , 漏 極 電 流 iD與 漏 極 電 壓uDS之 間 的 關(guān)系 , 即 2) 輸 出 特 性 常 數(shù) uf GSui DSD )( N溝 道 結(jié) 型 場 效 應(yīng) 管 輸 出 特 性 曲 線0123 45 2 4 6 8 10 12 14 16 18 iD / mA uDS / V夾 斷 區(qū) 可變電阻 區(qū) 4 V3 V 2 V1 V 擊穿區(qū) 恒 流 區(qū) (放 大 區(qū) )uDS0 V return 1.5.2 絕 緣 柵 場 效 應(yīng) 管一 .N溝 道 增 強(qiáng) 型 MOS場 效 應(yīng) 管 結(jié) 構(gòu) 圖 UGS UT時 形 成 導(dǎo) 電 溝 道1.N溝 道 增 強(qiáng) 型 MOS場 效 應(yīng) 管 結(jié) 構(gòu) 與 工 作 原 理return VDD及 VGS對 iD的 影 響 return （ 1） N溝 道 增 強(qiáng) 型 絕 緣 柵 場 效 應(yīng) 管 的 轉(zhuǎn) 移 特 性曲 線 如 （ a） 圖 示 ， 在 uGS UGS（ th） 時 , iD與uGS的 關(guān) 系 可 用 下 式 表 示 :3. 特 性 曲 線2.增 強(qiáng) 型 MOS管 的 電 路 符 號 2)( )1( UuIi thGSGSDOD其 中 ID0是 uGS=2UGS（ th） 時 的 iD值 。 return （ 2） N溝 道 增 強(qiáng) 型 絕 緣 柵 場 效 應(yīng) 管 的 輸 出性 曲 線 如 圖 （ b） 所 示 。 43 21 iD / mA 0 2 4 6 8 uGS / V uDS10 V UGS(th)3 V 0 12 34 5 iD / mA 6 V 5 V4 V 3 V2 4 6 8 10 12 14 16 18 uDS / V (a) (b)N溝 道 增 強(qiáng) 型 場 效 應(yīng) 管 特 性 曲 線 （ a） 轉(zhuǎn) 移 特 性 ; （ b） 輸 出 特 性 return 二 .N溝 道 耗 盡 型 MOS場 效 應(yīng) 管 圖 為 N溝 道 耗 盡 型 場 效 應(yīng) 管 的 結(jié) 構(gòu) 圖 。 其結(jié) 構(gòu) 與 增 強(qiáng) 型 場 效 應(yīng) 管 的 結(jié) 構(gòu) 相 似 , 不 同 的 是這 種 管 子 在 制 造 時 , 就 在 二 氧 化 硅 絕 緣 層 中 摻入 了 大 量 的 正 離 子 。 耗 盡 型 絕 緣 柵 場 效 應(yīng) 管 的 結(jié) 構(gòu) 及 工 作 原 理 return s g d N NP型 硅 襯 底 襯 底 引 線 g d s g d s (a) (b) (c) 耗 盡 型 MOS管 結(jié) 構(gòu) 及 符 號 圖 (a) N溝 道 結(jié) 構(gòu) 圖 ; （ b） N溝 道 符 號 ; （ c） P溝 道 符 號 return 在 uGS UGS（ off） 時 ,iD與 uGS的 關(guān) 系 可 用 下 式 表 示 : 2)( )1( UuIi offGSGSDSSD 5 4 3 2 1 02 468 1012uDS= 常 數(shù) uGS / V iD / mA UGS(off) IDSS 0 2 4 6 8 10 12 14 162 V1 V3 V uGS= 2 V 1 V 246 810 12 uDS/V(a) (b) iD / mA 0 VN溝 道 耗 盡 型 場 效 應(yīng) 管 特 性 曲 線 （ a） 轉(zhuǎn) 移 特 性 ; （ b） 輸 出 特 性 return 1.5.3 場 效 應(yīng) 管 的 主 要 參 數(shù)一 .直 流 參 數(shù)1. 夾 斷 電 壓 UGS（ off） 或 開 啟 電 壓 UGS（ th）2. 飽 和 漏 極 電 流 IDSS 3. 直 流 輸 入 電 阻 RGS二 .交 流 參 數(shù)1.低 頻 跨 導(dǎo) gm 常 數(shù) uDSdudig GSDm2.極 間 電 容 ， 包 括 CGS、 CGD、 CDS return 三 .極 限 參 數(shù)1.漏 極 最 大 允 許 耗 散 功 率 PDm=IDUDS2.漏 、 源 間 擊 穿 電 壓 BUDS3.柵 源 間 擊 穿 電 壓 BUGS檢測及使用注意事項(xiàng) 1.結(jié) 型 效 應(yīng) 管 可 用 萬 用 表 判 別 其 管腳 和 性 能 的 優(yōu) 劣 。 return 3. 有 些 場 效 應(yīng) 晶 體 管 將 襯 底 引 出 , 故 有 4個 管 腳 , 這 種 管 子 漏 極 與 源 極 可 互 換 使 用 。 4. 使 用 場 效 應(yīng) 管 時 各 極 必 須 加 正 確 的 工作 電 壓 。 5. 在 使 用 場 效 應(yīng) 管 時 ， 要 注 意 漏 源 電 壓 、 漏 源 電 流 及 耗 散 功 率 等 ， 不 要 超 過 規(guī) 定 的最 大 允 許 值 。 2.MOS管 柵 、 源 極 之 間 的 電 阻 很 高 , 使 得柵 極 的 感 應(yīng) 電 荷 不 易 泄 放 , 因 極 間 電 容 很 小 , 故 會 造 成 電 壓 過 高 使 絕 緣 層 擊 穿 ， 故 不 可 用萬 用 表 檢 測 。 return