1、電子技術第1頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四成績：期終考試占70%， 平時（作業與考勤）占20%， 實驗占10%。本課程共計64學時，其中理論課時50學時，實驗學時14學時，共做7個實驗。答疑安排：每周一、四晚7：309：30。地點：西苑校區10-408， 中部“電子科學與技術系”。第2頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四電子技術分： 模擬電子技術， 數字電子技術。 模擬電子技術研究模擬電路，數字電子技術研究數子電路。模擬信號是指在時間和數值上都連續的信號。數字信號是指在時間和數值上都不連續的信號，即所謂離散的。tt第3頁，共64頁，2022年，

2、5月20日，19點55分，星期四模電特點：技術術語多基本概念多電路種類多模電學習方法：注重基本概念采用工程觀點：有條件的忽略一些次要因素重視實驗利用計算機輔助軟件第4頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四本書章節第14章 二極管和晶體管第15章 基本放大電路第16章 集成運算放大器第17章 電子電路中的反饋第18章 直流穩壓電源第20章 門電路和組合邏輯電路第21章 觸發器和時序邏輯電路第5頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四信號提取信號的預處理信號的加工信號的驅動執行電子系統的組成：A/D計算機或其他數字系統D/A模擬數字信號隔離、濾波、放大信號運算

3、、轉換、取樣保持功率放大第6頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四第14章 二極管和晶體管14.3 半導體二極管14.4 穩壓二極管14.5 晶體管14.2 PN結及其單向導電性14.1 半導體的導電特性14.6 光電器件第7頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四第14章 二極管和晶體管 學習電子技術，就是要掌握常用半導體器件的原理、特性，以及由這些器件所組成的電子電路的分析方法。二極管與晶體管是最常用的半導體器件，而PN結是構成各種半導體器件的基礎。14.1 半導體的導電特性什么是半導體? 半導體是導電能力介于導體和絕緣體之間的物質。 例如：硅、鍺、硒

4、以及大多數金屬氧化物和硫化物都是半導體。半導體的導電能力在不同的條件下有很大的差別。第8頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四14.1 半導體的導電特性半導體的導電特性：(可做成溫度敏感元件，如熱敏電阻)。摻雜性：往純凈的半導體中摻入某些雜質，導電 能力明顯改變(可做成各種不同用途的半導 體器件，如二極管、晶體管和晶閘管等）。光敏性：當受到光照時，導電能力明顯變化 (可做 成各種光敏元件，如光敏電阻、光敏二極 管、光敏三極管等)。熱敏性：當環境溫度升高時，導電能力顯著增強第9頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四 本征半導體 完全純凈的、具有晶體結構的半

5、導體，稱為本征半導體。晶體中原子的排列方式硅單晶中的共價健結構共價健共價鍵中的兩個電子，稱為價電子。 Si Si Si Si價電子第10頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四 Si Si Si Si價電子 價電子在獲得一定能量（溫度升高或受光照）后，即可掙脫原子核的束縛，成為自由電子（帶負電），同時共價鍵中留下一個空位，稱為空穴（帶正電）。本征半導體的導電機理這一現象稱為本征激發。空穴 溫度愈高，本征激發越嚴重自由電子本征半導體的特點：導電能力很弱（T=0K時，不導電 T（T=300K），本征激發， 產生空穴電子對第11頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星

6、期四本征半導體的導電機理 當半導體兩端加上外電壓時，在半導體中將出現兩部分電流 (1)自由電子作定向運動 電子電流 (2)價電子遞補空穴 空穴電流自由電子和空穴都稱為載流子。 在外電場的作用下，空穴吸引相鄰原子的價電子來填補，而在該原子中出現一個空穴，其結果相當于空穴的運動（相當于正電荷的移動）。本征半導體的特點：自由電子和空穴均參與導電第12頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四本征半導體的導電機理注意： (1) 本征半導體中載流子數目極少, 其導電性能很差； (2)溫度一定，載流子的數目（濃度）一定。（3）溫度愈高， 載流子的數目愈多,半導體的導電性能也就愈好。 自由電

7、子和空穴成對地產生的同時，又不斷復合。在一定溫度下，載流子的產生和復合達到動態平衡，半導體中載流子便維持一定的數目。所以，溫度對半導體器件性能影響很大。第13頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四14.1.2 N型半導體和 P 型半導體 摻雜后自由電子數目大量增加，自由電子導電成為這種半導體的主要導電方式，稱為電子半導體或N型半導體。摻入五價元素 Si Si Si Sip+多余電子磷原子在常溫下即可變為自由電子失去一個電子變為正離子 在N 型半導體中：自由電子是多數載流子（稱多子，由摻雜原子提供）。空穴是少子（本征激發形成）。動畫第14頁，共64頁，2022年，5月20日，

8、19點55分，星期四14.1.2 N型半導體和 P 型半導體 摻雜后空穴數目大量增加，空穴導電成為這種半導體的主要導電方式，稱為空穴半導體或 P型半導體。摻入三價元素 Si Si Si Si 在 P 型半導體中空穴是多子，自由電子是少子。B硼原子接受一個電子變為負離子空穴動畫無論N型或P型半導體都是中性的，對外不顯電性。第15頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四 1. 在雜質半導體中多子的數量與 （a. 摻雜濃度、b.溫度）有關。 2. 在雜質半導體中少子的數量與 （a. 摻雜濃度、b.溫度）有關。 3. 當溫度升高時，少子的數量 （a. 減少、b. 不變、c. 增多）。

9、abc 4. 在外加電壓的作用下，P 型半導體中的電流主要是 ，N 型半導體中的電流主要是 。 （a. 電子電流、b.空穴電流） ba第16頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四14.2 PN結 PN結是通過特殊的半導體制造技術，在一塊半導體基片上摻入不同的雜質，使其一邊為N型半導體，另一邊為P型半導體，其交界面便形成了PN結。P 型半導體N 型半導體+ PN 結也稱空間電荷區、或耗盡層、或內電場、或阻擋層。 第17頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四 PN結的形成多子的擴散運動內電場少子的漂移運動濃度差P 型半導體N 型半導體 內電場越強，漂移運動越

10、強，而漂移使空間電荷區變薄。 擴散的結果使空間電荷區變寬。 擴散和漂移這一對相反的運動最終達到動態平衡，空間電荷區的厚度固定不變。+動畫形成空間電荷區第18頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四14.2.2 PN結的單向導電性 1. PN 結加正向電壓（正向偏置）PN 結變窄 P接正、N接負 外電場IF 內電場被削弱，多子的擴散加強，形成較大的擴散電流。 PN 結加正向電壓時，PN結變窄，正向電流較大，正向電阻較小，PN結處于導通狀態。內電場PN+動畫+R第19頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四2. PN 結加反向電壓（反向偏置）外電場 P接負、N接

11、正 內電場PN+動畫+R第20頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四PN 結變寬2. PN 結加反向電壓（反向偏置）外電場 內電場被加強，少子的漂移加強，擴散運動停止。由于少子數量很少，形成很小的反向電流。IR P接負、N接正 溫度越高少子的數目越多，反向電流將隨溫度增加。動畫+ PN 結加反向電壓時，PN結變寬，反向電流較小，反向電阻較大，PN結處于截止狀態。內電場PN+第21頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四 1. PN結的特性是 （a. 單向導電性 b.正向導通 c .反向截至） 2. PN結的正向電阻 （a. 較大、b.趨于零） 3. 當溫度

12、升高時，反向電流將 （a. 減少、b. 不變、c. 增大）。abc第22頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四14.3 二極管常見的外形： 二極管是最基本的電子元件，其內部主要是一個PN結，外加封裝和引線（引出的兩個電極）。第23頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四14.3 二極管14.3.1 基本結構(a) 點接觸型(b)面接觸型 結面積小、結電容小、正向電流小。用于檢波和變頻等高頻電路。 結面積大、正向電流大、結電容大，用于工頻大電流整流電路。(c) 平面型 用于集成電路制作工藝中。PN結結面積可大可小，用于高頻整流和開關電路中。第24頁，共64頁

13、，2022年，5月20日，19點55分，星期四陰極引線陽極引線二氧化硅保護層P型硅N型硅( c ) 平面型金屬觸絲陽極引線N型鍺片陰極引線外殼( a ) 點接觸型鋁合金小球N型硅陽極引線PN結金銻合金底座陰極引線( b ) 面接觸型14.3 二極管二極管的結構示意圖陰極陽極( d ) 符號DPN第25頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四14.3.2 伏安特性硅管0.5V,鍺管0.1V。反向擊穿電壓U(BR)導通壓降 外加電壓大于死區電壓二極管才能導通。 外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向導電性。正向特性反向特性特點：非線性硅0.60.8V鍺0.20.3VUI死

14、區電壓PN+PN+ 反向電流在一定電壓范圍內保持常數。第26頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四14.3.3 主要參數1. 最大整流電流 IOM二極管長期使用時，允許流過二極管的最大正向平均電流。2. 反向工作峰值電壓URWM是保證二極管不被擊穿而給出的反向峰值電壓，一般是二極管反向擊穿電壓UBR的一半或三分之二。二極管擊穿后單向導電性被破壞，甚至過熱而燒壞。3. 反向峰值電流IRM指二極管加最高反向工作電壓時的反向電流。反向電流大，說明管子的單向導電性差，IRM受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流較大，為硅管的幾十到幾百倍。第27頁，共

15、64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四二極管的單向導電性 1. 二極管加正向電壓（正向偏置，陽極接正、陰極接負 ）時， 二極管處于正向導通狀態，二極管正向電阻較小，正向電流較大。 2. 二極管加反向電壓（反向偏置，陽極接負、陰極接正 ）時， 二極管處于反向截止狀態，二極管反向電阻較大，反向電流很小。 3. 外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向導電性。 4. 二極管的反向電流受溫度的影響，溫度愈高反向電流愈大。第28頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四 二極管電路分析舉例 定性分析：判斷二極管的工作狀態導通截止否則，正向管壓降硅0.60.7V鍺0.2

16、0.3V 分析方法：將二極管斷開，分析二極管兩端電位的高低或所加電壓UD的正負。若 V陽 V陰或 UD為正( 正向偏置 )，二極管導通若 V陽 V陰 二極管導通若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB = 6V否則， UAB低于6V一個管壓降，為6.3或6.7V例1： 取 B 點作參考點，斷開二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。 在這里，二極管起鉗位作用。 D6V12V3kBAUAB+第30頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四兩個二極管的陰極接在一起取 B 點作參考點，斷開二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。V1陽 =6 V，V2陽=0 V，V1陰 = V2陰= 12 VU

17、D1 = 6V，UD2 =12V UD2 UD1 D2 優先導通， D1截止。若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB = 0 V例2:D1承受反向電壓為6 V流過 D2 的電流為求：UAB 在這里， D2 起鉗位作用， D1起隔離作用。 BD16V12V3kAD2UAB+第31頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四ui 8V，二極管導通，可看作短路 uo = 8V ui 8V，二極管截止，可看作開路 uo = ui已知： 二極管是理想的，試畫出 uo 波形。8V例3：二極管的用途： 整流、檢波、限幅、鉗位、開關、元件保護、溫度補償等。ui18V參考點二極管陰極電位為 8 V

18、D8VRuoui+第32頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四14.4 穩壓二極管1. 符號 穩壓二極管是一種特殊的面接觸型二極管，由于它與適當阻值的電阻配合后能起穩壓作用，故稱穩壓二極管。 穩壓二極管工作于反向擊穿狀態，當反向電壓撤去后，管子還是正常的，稱可逆性擊穿。+第33頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四UZIZIZM UZ IZ2. 伏安特性 穩壓管正常工作時加反向電壓使用時要加限流電阻 穩壓管反向擊穿后，電流變化很大，但其兩端電壓變化很小，利用此特性，穩壓管在電路中可起穩壓作用。UIO第34頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分

19、，星期四3. 主要參數(1) 穩定電壓UZ 穩壓管正常工作(反向擊穿)時管子兩端的電壓。(2) 電壓溫度系數 環境溫度每變化1C引起穩壓值變化的百分數。(3) 動態電阻(4) 穩定電流 IZ 、最大穩定電流 IZM(5) 最大允許耗散功率 PZM = UZ IZMrZ愈小，曲線愈陡，穩壓性能愈好。第35頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四4.穩壓電路 Ui=UR+UO=UR+UZ=IRR+UZ 若Ui增加，則UO有增加的趨勢，即UZ會增加，IZ會大大增加，使IRR大大增加，則限制了UO的增加，維持不變，反之亦然。 若負載增加，其穩壓原理一樣。 UOUiIZRDZUZIR第

20、36頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四例：右圖所示電路，UZ=8V，IZM=18mA，US=20V，問R=500是否合適，應為多少？ 解：I= =24mA18mA 不適合。R =667 RUS-UZ=20-850020-818US=20VRUZ=8V第37頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四14.5 晶體管 晶體管又稱半導體三極管，是一種重要的半導體器件。它的放大作用和開關作用引起了電子技術的飛躍發展。14.5.1 基本結構 晶體管的結構，目前常見的有平面型和合金型兩類。硅管主要是平面型，鍺管都是合金型。而從制造型號上，常分為NPN型和PNP型。第

21、38頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四14.5.1 基本結構NNP基極發射極集電極NPN型BECBECPNP型PPN基極發射極集電極符號：BECIBIEICBECIBIEICNPN型三極管PNP型三極管第39頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四基區：最薄，摻雜濃度最低發射區：摻雜濃度最高發射結集電結BECNNP基極發射極集電極結構特點：集電區：面積最大第40頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四14. 5. 2 電流分配和放大原理1. 三極管放大的外部條件BECNNPEBRBECRC發射結正偏、集電結反偏 PNP發射結正偏 VB

22、VE集電結反偏 VCVE集電結反偏 VCVB 第41頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四2. 各電極電流關系及電流放大作用IB(mA)IC(mA)IE(mA)00.020.040.060.080.100.0010.701.502.303.103.950.0010.721.542.363.184.05結論:1）三電極電流關系 IE = IB + IC2） IC IB ， IC IE 3） IC IB 把基極電流的微小變化能夠引起集電極電流較大變化的特性稱為晶體管的電流放大作用。 實質:用一個微小電流的變化去控制一個較大電流的變化。第42頁，共64頁，2022年，5月20日，

23、19點55分，星期四3.三極管內部載流子的運動規律BECNNPEBRBECIEIBEICEICBO 基區空穴向發射區的擴散可忽略。 發射結正偏，發射區電子不斷向基區擴散，形成發射極電流IE。進入P 區的電子少部分與基區的空穴復合，形成電流IBE ，多數擴散到集電結。從基區擴散來的電子作為集電結的少子，漂移進入集電結而被收集，形成ICE。 集電結反偏，有少子形成的反向電流ICBO。第43頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四3. 三極管內部載流子的運動規律IC = ICE+ICBO ICEICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOIB = IBE- ICBO I

24、BE ICE 與 IBE 之比稱為共發射極電流放大倍數集射極穿透電流, 溫度ICEO(常用公式)若IB =0, 則 IC ICE0第44頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四 特性曲線 即管子各電極電壓與電流的關系曲線，是管子內部載流子運動的外部表現，反映了晶體管的性能，是分析放大電路的依據。為什么要研究特性曲線： 1）直觀地分析管子的工作狀態 2）合理地選擇偏置電路的參數，設計性能良好的電路 重點討論應用最廣泛的共發射極接法的特性曲線第45頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四發射極是輸入回路、輸出回路的公共端 共發射極電路輸入回路輸出回路 測量晶體管

25、特性的實驗線路ICEBmAAVUCEUBERBIBECV+第46頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四1. 輸入特性特點:非線性死區電壓：硅管0.5V，鍺管0.1V。正常工作時發射結電壓： NPN型硅管 UBE 0.60.7VPNP型鍺管 UBE 0.2 0.3VIB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1VO第47頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四2. 輸出特性IB=020A40A60A80A100A36IC(mA )1234UCE(V)912O放大區輸出特性曲線通常分三個工作區：(1) 放大區 在放大區有 IC= IB ，也稱為線性

26、區，具有恒流特性。 在放大區，發射結處于正向偏置、集電結處于反向偏置，晶體管工作于放大狀態。第48頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四IB=020A40A60A80A100A36IC(mA )1234UCE(V)912O（2）截止區IB 0 以下區域為截止區，有 IC 0 。 在截止區發射結處于反向偏置，集電結處于反向偏置，晶體管工作于截止狀態。飽和區截止區（3）飽和區 當UCE UBE時，晶體管工作于飽和狀態。 在飽和區，IB IC，發射結處于正向偏置，集電結也處于正偏。 深度飽和時， 硅管UCES 0.3V， 鍺管UCES 0.1V。第49頁，共64頁，2022年，5

27、月20日，19點55分，星期四 主要參數1. 電流放大系數，直流電流放大系數交流電流放大系數當晶體管接成共發射極電路時， 表示晶體管特性的數據稱為晶體管的參數，晶體管的參數也是設計電路、選用晶體管的依據。注意： 和 的含義不同，但在特性曲線近于平行等距并且ICE0 較小的情況下，兩者數值接近。常用晶體管的 值在20 200之間。第50頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四例：在UCE= 6 V時， 在 Q1 點IB=40A, IC=1.5mA； 在 Q2 點IB=60 A, IC=2.3mA。在以后的計算中，一般作近似處理： = 。IB=020A40A60A80A100A3

28、6IC(mA )1234UCE(V)9120Q1Q2在 Q1 點，有由 Q1 和Q2點，得第51頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四2.集-基極反向截止電流 ICBO ICBO是由少數載流子的漂移運動所形成的電流，受溫度的影響大。 溫度ICBOICBOA+EC3.集-射極反向截止電流(穿透電流)ICEOAICEOIB=0+ ICEO受溫度的影響大。溫度ICEO，所以IC也相應增加。三極管的溫度特性較差。第52頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四4. 集電極最大允許電流 ICM5. 集-射極反向擊穿電壓U(BR)CEO 集電極電流 IC上升會導致三極管

29、的值的下降，當值下降到正常值的三分之二時的集電極電流即為 ICM。 當集射極之間的電壓UCE 超過一定的數值時，三極管就會被擊穿。手冊上給出的數值是25C、基極開路時的擊穿電壓U(BR) CEO。6. 集電極最大允許耗散功耗PCM PCM取決于三極管允許的溫升，消耗功率過大，溫升過高會燒壞三極管。 PC PCM =IC UCE 硅管允許結溫約為150C，鍺管約為7090C。第53頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四ICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作區由三個極限參數可畫出三極管的安全工作區ICUCEO第54頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四晶體管參數與溫度的關系1、溫度每增加10C，ICBO增大一倍。硅管優 于鍺管。2、溫度每升高 1C，UBE將減小 (22.5)mV， 即晶體管具有負溫度系數。即IB將增大。3、溫度每升高 1C， 增加 0.5%1.0%。其總的效果將會使IC增大。第55頁，共64頁，2022年，5月20日，19點55分，星期四例：圖示電路，試判斷開關S分別接在A、B、C三點時，晶體管的工作狀態。SABC10K100K3V3V10V=503K解：1、