第二节 模拟电子技术基础
电子技术就是研究电子器件及电路系统设计、分析及制造的工程实用技术。目前电子技术主要由模拟电子技术和数字电子技术两部分组成。
通常我们把由电阻、电容、三极管、二极管、集成电路等电子元器件组成并具有一定功能的电路称为电子电路，简称为电路。
一个完整的电子电路系统通常由若干个功能电路组成，功能电路主要有：放大器、滤波器、信号源、波形发生电路、数字逻辑电路、数字存储器、电源、模拟/数字转换器等。
在电子技术迅猛发展的今天，电子电路的应用在日常生活中无处不在，小到门铃、收音机、DVD播放机、电话机等，大到全球定位系统GPS（Global Positioning Systems）、雷达、导航系统等。
一、本征半导体
纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体，本征半导体结构如图1-3所示。
图1-3 本征半导体结构示意图
1.导体、半导体和绝缘体
导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。
绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。
半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。
半导体的导电机理不同于其他物质，所以它具有不同于其他物质的特点。例如：
（1）当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。
（2）往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变。
2.本征半导体
完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导体称为本征半导体。
将硅或锗材料提纯便形成单晶体，它的原子结构为共价键结构。
当温度T=0K时，半导体不导电，如同绝缘体。
3.本征半导体中的两种载流子
若温度升高，将有少数价电子克服共价键的束缚成为自由电子，在原来的共价键中留下一个空位——空穴。自由电子和空穴使本征半导体具有导电能力，但很微弱。
4.本征半导体中载流子的浓度
在一定温度下本征半导体中载流子的浓度是一定的，并且自由电子与空穴的浓度相等。
二、杂质半导体
杂质半导体有两种：N型半导体和P型半导体。
1.N型半导体（图1-4）
在硅或锗的晶体中掺入少量的5价杂质元素，如磷、锑、砷等，即构成N型半导体（或称电子型半导体）。
常用的5价杂质元素有磷、锑、砷等。
本征半导体掺入5价元素后，原来晶体中的某些硅原子将被杂质原子代替。杂质原子最外层有5个价电子，其中4个与硅构成共价键，多余一个电子只受自身原子核吸引，在室温下即可成为自由电子。
自由电子浓度远大于空穴的浓度，即n≫p。电子称为多数载流子（简称多子）。空穴称为少数载流子（简称少子）。5价杂质原子称为施主原子。
图1-4 N型半导体
2.P型半导体（图1-5）
在硅或锗的晶体中掺入少量的3价杂质元素，如硼、镓、铟等，即构成P型半导体。3价杂质原子称为受主原子。空穴浓度多于电子浓度，即p≫n。空穴为多数载流子，电子为少数载流子。
图1-5 P型半导体
说明：
（1）掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度；温度决定少数载流子的浓度。
（2）杂质半导体载流子的数目要远远高于本征半导体，因而其导电能力大大改善。
（3）杂质半导体总体上保持电中性。
3.PN结
在一块半导体单晶上一侧掺杂成为P型半导体，另一侧掺杂成为N型半导体，两个区域的交界处就形成了一个特殊的薄层，称为PN结。
PN结中载流子的运动：
扩散运动：电子和空穴浓度差形成多数载流子的扩散运动。
扩散运动形成空间电荷区——PN结，耗尽层。空间电荷区产生内电场。
4.漂移运动
内电场有利于少子运动——漂移运动。
少子的运动与多子运动方向相反。
5.扩散与漂移的动态平衡
扩散运动使空间电荷区增大，扩散电流逐渐减小；随着内电场的增强，漂移运动逐渐增加；当扩散电流与漂移电流相等时，PN结总的电流等于零，空间电荷区的宽度达到稳定。即扩散运动与漂移运动达到动态平衡。
三、PN结的单向导电性
1.PN结外加正向电压时处于导通状态（正偏）
在PN结加上一个很小的正向电压，即可得到较大的正向电流，为防止电流过大，可接入电阻R。
2.PN结外加反向电压时处于截止状态（反偏）
（1）反向接法时，外电场与内电场的方向一致，增强了内电场的作用；
（2）外电场使空间电荷区变宽；
（3）不利于扩散运动，有利于漂移运动，漂移电流大于扩散电流，电路中产生反向电流I；由于少数载流子浓度很低，反向电流数值非常小。
综上所述：
（1）当PN结正向偏置时，回路中将产生一个较大的正向电流，PN结处于导通状态；
（2）当PN结反向偏置时，回路中反向电流非常小，几乎等于零，PN结处于截止状态。
可见，PN结具有单向导电性。