電子技術張振英2015年3月鷹潭職業技術學院江銅校區下一頁一、課程的主要內容電子技術是研究電子器件及其應用的科學。1、模擬電子技術處理的是模擬信號，即隨時間連續變化的信號。2、數字電子技術處理的是數字信號，即在時間和數值上不連續的信號。緒論電子元件圖例上一頁下一頁緒論二、電子技術的發展歷史

上一頁下一頁電子技術是在19世紀末無線電發明之后發展起來的。1、第一代：電子管緒論上一頁下一頁第一臺電子計算機緒論上一頁下一頁2、第二代：晶體管（1948年）體積小、重量輕、功耗小、壽命長

里程碑3、第三代：集成電路（1958年）體積更小、重量更輕、功耗更小、可靠性高4、第四代：中、大規模集成電路（1966年）5、第五代：超大規模集成電路（1975年）<10000/片10000以上/片<100/片緒論四、學習要求◆授課形式：理論課+實驗課◆學習要求：認真聽講、按時完成作業。◆學期成績：平時成績占30%（其中到課率平時表現10%，作業10%，實驗10%）

期未考試占70%上一頁下一頁緒論第一章：基本半導體分立器件一、本章主要內容1.半導體的基本知識與PN結2.二極管3.三極管二、本章學習要求1.理解PN結的單向導電性，三極管的電流分配和電流

放大作用；2.了解二極管、穩壓管和三極管的基本構造、工作原理

和特性曲線，理解主要參數的意義；

學會用工程觀點分析問題，就是根據實際情況，對器件的數學模型和電路的工作條件進行合理的近似，以便用簡便的分析方法獲得具有實際意義的結果。

對電路進行分析計算時，只要能滿足技術指標，就不要過分追究精確的數值。器件是非線性的、特性有分散性、RC的值有誤差、工程上允許一定的誤差、采用合理估算的方法。

對于元器件，重點放在特性、參數、技術指標和正確使用方法，不要過分追究其內部機理。討論器件的目的在于應用。第一章：基本半導體分立器件1.1

半導體的基本知識與PN結

完全純凈的、具有晶體結構的半導體，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價電子一、本征半導體

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?？昭?/p>

溫度愈高，晶體中產生的自由電子便愈多。自由電子

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）。1.1

半導體的基本知識與PN結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特點：

1、載流子的數量少,且成對出現。2、載流子的數量受溫度影響較大，溫度高，數量多。

3、導電能力很差自由電子和空穴都稱為載流子。自由電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。1.1

半導體的基本知識與PN結

Si

Si

Si

Si1.1

半導體的基本知識與PN結二、雜質半導體

在本征半導體中摻入微量的雜質（某種元素）,形成雜質半導體。摻入五價元素p+磷原子多余電子在常溫下即可變為自由電子失去一個電子變為正離子

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。

在N型半導體中自由電子是多數載流子，空穴是少數載流子。1.1

半導體的基本知識與PN結

Si

Si

Si

Si摻入三價元素B–硼原子空穴

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。

在P型半導體中空穴是多數載流子，自由電子是少數載流子。無論N型或P型半導體都是中性的，對外不顯電性。

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）。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想一想三、PN結的形成及單向導電性1、PN結的形成擴散運動

擴散運動：多數載流子由于濃度的差別而形成的運動。＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P區N區1.1

半導體的基本知識與PN結＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－內電場耗盡層勢壘區PN結P區N區

多數載流子的擴散運動繼續進行，使PN結加寬，內電場增強。內電場越強，多數載流子的運動越難以進行。＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－＋＋＋＋P區N區＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P區N區＋＋＋＋－－－－＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－＋＋＋＋

漂移運動：少數載流子在內電場作用下的運動。漂移運動使PN結變薄，內電場削弱。內電場削弱，又有利于多數載流子的擴散運動，而不利于少數載流子的漂移運動。漂移運動

多數載流子的擴散運動與少數載流子的漂移運動達到動態平衡——平衡的PN結。＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－P區N區RＰN2.PN結的特性偏置正向偏置反向偏置ＰN多子運動少子運動正向導通

主要特性：

單向導電性R外電場外電場反向截止I≈0

I1.1

半導體的基本知識與PN結1.什么是N型半導體？什么是P型半導體？當二種半導體制作在一起時會產生什么現象？2.PN結上所加端電壓與電流符合歐姆定律嗎？它為什么具有單向性？在PN結中加反向電壓時真的沒有電流嗎？想一想1.2二極管一、二極管概述按材料分硅管鍺管按PN結分點接觸型面接觸型按用途分普通管整流管……PN陽極陰極1.基本結構KA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。小功率二極管大功率二極管穩壓二極管發光二極管1.2二極管2.伏安特性UIO正向：死區（OA段）硅管約0.5V，鍺管約0.2V；正向導通區硅管約0.7V，鍺管約0.3V。（溫度增加，曲線左移）反向：截止區（OB段）

I近似為0；擊穿區管子被擊穿

（普通管：永久性損壞）A硅A鍺BB1.2二極管UIOUDUIO(a)近似特性(b)理想特性因通常使用二極管時應保證其工作在正向導通或反向截止狀態，故認為二極管正偏則導通，反偏則截止。

——單向導電性

1.2二極管1.2二極管3.主要參數1.

最大整流電流

IF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.反向擊穿電壓UBR管子反向擊穿時的電壓值3.反向電流IR(反向飽和電流IS）指在室溫和規定的反向電壓下（管了未擊穿）的反向電流，其值越小，單向導電性越好。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。

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。二極管的特性———單向導電性1.2二極管1.2二極管二、穩壓二極管利用二極管反向擊穿特性實現穩壓。穩壓二極管穩壓時工作在反向電擊穿狀態，反向電壓應大于穩壓電壓。

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，穩壓管在電路中起穩壓作用的。

穩壓管正常工作時是加反向電壓穩壓二極管的伏安特性曲線(1)穩定電壓UZ

在規定的穩壓管反向工作電流IZ下，所對應的反向工作電壓。(2)最大耗散功率PZM

(4)最大穩定工作電流

IZmax

和最小穩定工作電流

IZmin穩壓管的主要參數1.2二極管三、發光二極管LED1.符號和特性工作條件：正向偏置一般工作電流幾十mA，導通電壓(1.53)V符號u/Vi

/mAO2特性1.2二極管1.2二極管四、二極管在電子技術中的應用1、整流2、限幅3、穩壓4、開關5、光電轉換與隔離

二極管電路的分析方法定性分析：判斷二極管的工作狀態導通截止否則，正向管壓降硅0.6~0.7V鍺0.2~0.3V

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陰或UD為負(反向偏置)，二極管截止

若二極管是理想的，正向導通時正向管壓降為零，反向截止時二極管相當于斷開。電工技術1.2二極管電路如圖所示，求：UABV陽

=－6VV陰=－12VV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－6.3Ｖ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+–1.2二極管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

=－6V，V2陽=0V，V1陰

=V2陰=－12VUD1=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

=0V例2:D1承受反向電壓為－6V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+–1.2二極管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：ui18V參考點二極管陰極電位為8VD8VRuoui++––1.2二極管再見

電子技術/55

一、晶體管的結構和類型小功率管中功率管大功率管為什么有孔？電子技術1.3三極管三極管結構示意圖和符號NPN型ecb符號集電區集電結基區發射結發射區集電極c基極b發射極eNNP1、三極管的結構三極管：三層半導體、二個PN結、三個電極構成1.3三極管集電區集電結基區發射結發射區集電極c發射極e基極b

cbe符號NNPPN三極管結構示意圖和符號PNP型1.3三極管基區：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1.3三極管分類方法種類應用按極性分NPN型三極管目前常用的三極管，電流從集電極流向發射極PNP型三極管電流從發射極流向集電極按材料分硅三極管熱穩定性好，是常用的三極管鍺三極管反向電流大，受溫度影響較大，熱穩定性差按工作頻率分低頻三極管工作頻率比較低，用于直流放大、音頻放大電路高頻三極管工作頻率比較高，用于高頻放大電路按功率分小功率三極管輸出功率小，用于功率放大器末前級大功率三極管輸出功率較大，用于功率放大器末級（輸出級）按用途分放大管應用在模擬電子電路中開關管應用在數字電子電路中2、三極管的類型電子技術1.3三極管1.3三極管二、三極管的基本工作原理1、三極管的電流分配關系三極管放大的外部條件：發射結正偏、集電結反偏BECNNPEBRBECRC從電位的角度看：

NPN

發射結正偏VB>VE集電結反偏

VC>VB

PNP發射結正偏

VB<VE集電結反偏VC<VB三極管電流分配實驗電路

通過調節電位器RB的阻值，可調節基極的偏壓，從而調節基極電流IB的大小。每取一個IB值，從毫安表可讀取集電極電流IC和發射電流IE的相應值，實驗數據如下表。電子技術1.3三極管

三極管各電極電流的實驗數據次數項目123456IB/μA02030405060IC/mA0.0021.11.742.43.023.6IE/mA0.0021.121.772.443.073.66電子技術1.3三極管1）三電極電流關系IE=IB+IC2）IC

IB

，

IC

IE

3）IC

IB集電極與基極電流關系IC=βIB1.3三極管2、三極管的電流放大作用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直流電流放在系數交流電流放在系數1.3三極管三、三極管的特性曲線

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

測量晶體管特性的實驗線路ICEBmAAVUCEUBERBIBECV++––––++1.3三極管1.3三極管1.輸入特性IB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1VO正常工作時發射結電壓：NPN型硅管

UBE0.6~0.7VPNP型鍺管

UBE0.2~0.3V死區電壓：硅管0.5V，鍺管0.1V。特點:非線性1.3三極管2.輸出特性36IC(mA)1234UCE(V)912O40A60A80A100A20AIB=0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。IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O（2）截止區IB<0以下區域為截止區，有IC0

。

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UCEUBE時，晶體管工作于飽和狀態。在飽和區，IBIC，發射結處于正向偏置，集電結也處于正偏。

深度飽和時，硅管UCES0.3V，

鍺管UCES0.1V。1.3三極管1.3三極管四、

主要參數

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。1.電流放大系數，當晶體管接成發射極電路時直流電流放大系數交流電流放大系數注意：

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。例：在UCE=6V時，在Q1點IB=40A,IC=1.5mA；

在Q2點IB=60A,IC=2.3mA。在以后的計算中，一般作近似處理：=IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)9120Q1Q2在Q1點，有由Q1和Q2點，得1.3三極管基極開路時（IB=0），C-E極間的反向電流。好象是從集電極直接穿透三極管到達發射極的電流，故又叫“穿透電流”。

ICEO＝（1＋β）ICBO，反映了三極管的穩定性。選管子時，ICEO越小，管子受溫度影響越小，工作越穩定。2、極間反向電流（1）集電極-基極間的反向飽和電流ICBO

發射極開路時，C-B極間的反向飽和電流。ICBO越小，集電結的單向導電性越好。

（2）集電極-發射極間反向飽和電流ICEO反映三極管的質量好壞。1.3三極管

3、極限參數（1）集電極最大允許電流ICM

集電極電流過大時，三極管的β值要降低，一般規定β值下降到正常值的2/3時的集電極電流為集電極最大允許電流。

使用時一般IC＜ICM，否則管子易燒毀。選管時，ICM≥IC。（2）集電極-發射極間的反向擊穿電壓U（BR）CEO基極開路時，加在C與E極間的最大允許電壓。

使用時，一般UCE＜U（BR）CEO，否則易造成管子擊穿。選管時，U（BR）CEO≥UCE。（3）集電極最大允許耗散功率PCM

集電極消耗功率的最大限額。根據三極管的最高溫度和散熱條件來規定最大允許耗散功率PCM，要求PCM≥ICUCE。

PCM的大小與環境溫度有密切關系，溫度升高，PCM減小。對于大功率管，常在管子上加散熱器或散熱片，降低管子的環境溫度，從而提高PCM。

工作時，ICUCE＜PCM，否則管子會因過熱而損壞。選管時，PCM≥ICUCE。表示三極管工作時，不允許超過的極限值。電子技術1.3三極管

由PCM、ICM和UCEO在輸出特性曲線上可以確定過損耗區、過電流區和擊穿區。

輸出特性曲線上的過損耗區和擊穿區

PCM=iCuCE

U(BR)CEOUCE/V561.3三極管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，UB