电子技术基础课程.ppt

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1、电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础主编主编 姜桥姜桥主编：姜桥制作：李芝成2010年2月欢迎学习欢迎学习电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件第第1 1章章 常用的半导体器件常用的半导体器件第第2 2章章 基本单管放大电路基本单管放大电路第第3 3章章 多级放大电路多级放大电路第第4 4章章 负反馈放大电路负反馈放大电路第第6 6章章 直流稳压电源直流稳压电源第第8 8章章 组合逻辑电路组合逻辑电路第第9 9章章 集成触发器集成触发器第第5 5章章 集成运算放大器的应用集成运算放大器的应用第第7 7章章 逻辑代数与逻辑门电路逻辑代数与逻辑

2、门电路第第1010章章 时序逻辑电路时序逻辑电路第第1111章章 大规模集成电路大规模集成电路电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件补充：电路分析的一些基本知识补充：电路分析的一些基本知识1.1.电路和电路模型电路和电路模型一一、电路电路：电工设备构成的整体，它为电流的流通提供路径电工设备构成的整体，它为电流的流通提供路径。电路主要由电源电路主要由电源、负载负载、连接导线及开关等构成连接导线及开关等构成。电源电源(source)：提供能量或信号的发生器提供能量或信号的发生器。负载负载(load)：将电能转化为其它形式能量的用电设备将电能转化为其它形式能

3、量的用电设备，或或对信号进行处理的设备对信号进行处理的设备。导线导线(line)、开关开关（switch)：将电源与负载接成通路装置将电源与负载接成通路装置。电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件 低频信号发生器的内部结构低频信号发生器的内部结构电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件二二、电路模型电路模型 (circuit model)1.理理想想电电路路元元件件：根根据据实实际际电电路路元元件件所所具具备备的的电电磁磁性性质质来来设设想想的的具具有有某某种种单单一一电电磁磁性性质质的的元元件件，其其u，i关关

4、系系可可用用简简单单的数学式子严格表示的数学式子严格表示。几种基本的电路元件几种基本的电路元件：电阻元件电阻元件：表示消耗电能的元件表示消耗电能的元件。电感元件电感元件：表示各种电感线圈产生磁场表示各种电感线圈产生磁场，储存磁场能的元件储存磁场能的元件。电容元件电容元件：表示各种电容器产生电场表示各种电容器产生电场，储存电场能的元件储存电场能的元件。电源元件电源元件：表示各种将其它形式的能量转变成电能的元件表示各种将其它形式的能量转变成电能的元件。电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件2 2、电路中的主要物理量、电路中的主要物理量 主主要要有有电电压压

5、、电电流流、电电荷荷、磁磁链链。在在线线性性电电路路分分析析中中常常用用电电流流、电电压压、电电位位等等。另另外外，电电功功率率和和电电能能量量也也是是重重要要的的物理量。物理量。（1 1）电流电流(current)：带电质点的运动形成电流。带电质点的运动形成电流。电流的大小用电流的大小用电流强度电流强度表示：单位时间内通过导体截面的电量。表示：单位时间内通过导体截面的电量。单位：单位：A(安安)(Ampere，安培，安培)电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件（2 2）电电压压(voltage)：电电场场中中某某两两点点A、B间间的的电电压压(降降)

6、UAB 等等于于将将点点电电荷荷q从从A点点移移至至B点点电电场场力力所所做做的的功功WAB与与该该点点电荷电荷q的比值，即的比值，即单位：单位：V(V(伏伏)()(Volt，伏特，伏特)当当把把点点电电荷荷q由由B移移至至A时时，需需外外力力克克服服电电场场力力做做同同样样的的功功WAB=WBA，此此时时可可等等效效视视为为电电场场力力做做了了负负功功WAB，则则B到到A的电压为的电压为电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件（3 3）电位电位：电路中为分析的方便，常在电路中选某一点电路中为分析的方便，常在电路中选某一点为参考点，把任一点到参考点的电压

7、称为该点的电位。为参考点，把任一点到参考点的电压称为该点的电位。参参考考点点的的电电位位一一般般选选为为零零，所所以以，参参考考点点也也称称为为零零电电位位点。点。电位用电位用U表示，单位与电压相同，也是表示，单位与电压相同，也是V(伏伏)。a ab bc cd d设设c c点为电位参考点，则点为电位参考点，则 Uc c=0=0Ua=Uac，Ub=Ubc，Ud=Udc电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件两点间电压与电位的关系：两点间电压与电位的关系：仍设仍设c点为电位参考点，点为电位参考点，Uc c=0=0Uac=Ua，Udc=UdUad=Uac U

8、dc=UaUd前例前例结结论论：电电路路中中任任意意两两点点间间的的电电压压等等于于该该两两点点间间的的电位之差电位之差。a ab bc cd d电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件例例2.abc1.5 V1.5 V已知已知 Uab=1.5 V，Ubc=1.5 V。求。求 Ua；Ub；Uc；Uac(1)以以a a点为参考点点为参考点，Ua=0Uab=UaUb Ub=Ua Uab=1.5 VUbc=UbUc Uc=Ub Ubc=1.51.5=3 VUac=UaUc =0(3)=3 V(2)以以b b点为参考点点为参考点，Ub=0Uab=UaUb Ua=

9、Ub+Uab=1.5 VUbc=UbUc Uc=Ub Ubc=1.5 VUac=UaUc =1.5(1.5)=3 V结结论论：电电路路中中电电位位参参考考点点可可任任意意选选择择；当当选选择择不不同同的的电电位位参参考考时时，电电路路中中各各点点电电位位均均不不同同，但但任任意意两两点点间间电电压保持不变压保持不变。电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件3.基尔霍夫定律基尔霍夫定律 基基 尔尔 霍霍 夫夫 定定 律律 包包 括括 基基 尔尔 霍霍 夫夫 电电 流流 定定 律律(Kirchhoffs Current LawKCL )和和基基尔尔霍霍夫夫电

10、电压压定定律律(Kirchhoffs Voltage LawKVL )。它它反反映映了了电电路路中中所所有有支支路路电电流流和和电电压压的的约约束束关关系系，是是分分析析集集总总参参数数电电路路的的基基本本定定律律。基基尔尔霍霍夫夫定定律律与与元元件件特特性性构成了电路分析的基础。构成了电路分析的基础。电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件一、几个名词：一、几个名词：(定义定义)1.1.支支路路：电电路路中中通通过过同同一一电电流流的的每每个个分分支支，称称为为一一条条支支路路。(电路中的支路数用电路中的支路数用b b来表示来表示)2.2.结点结点:三

11、条或三条以上支路的连接点称为结点三条或三条以上支路的连接点称为结点(结点数用结点数用n来表示来表示)。4.4.回路：由支路组成的闭合路径回路：由支路组成的闭合路径(回路数用回路数用 l 来表示来表示)。b=33.3.路径：两结点间的一条通路。路径由支路构成。路径：两结点间的一条通路。路径由支路构成。+_R1uS1+_uS2R2R3123abl=3n=2电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件二二、基基尔尔霍霍夫夫电电流流定定律律 (KCL)：在在集集总总参参数数电电路路中中，任任何何时时刻刻，对对任任一一结结点点，所所有有流流出出(流流入入)结结点点的的

12、各各支支路路电电流流的的代代数数和和恒等于零。即恒等于零。即物理基础物理基础:电荷守恒，电流连续性。流出任一结点的支路电荷守恒，电流连续性。流出任一结点的支路电流等于流入该结点的支路电流。电流等于流入该结点的支路电流。i1i4i2i3令流出为令流出为“+”(“+”(支路电流背离结点支路电流背离结点)i1+i2i3+i4=0i1+i3=i2+i4对结点对结点b：i1+i210(12)=0 i2=1A 例例:对结点对结点a：47i1=0 i1=3A 7A4Ai110A-12Ai2ab电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件(1)1)电流实际方向和参考方向之间

13、关系；电流实际方向和参考方向之间关系；(2)(2)流入流入 、流出结点。、流出结点。KCL可推广到一个封闭面：可推广到一个封闭面：注意电流正负符号注意电流正负符号:i1i2i3i1+i2+i3=0(其中必有负的电流其中必有负的电流)注意列写注意列写KCL方程时，各支路电流的方向采用的是参考方向。方程时，各支路电流的方向采用的是参考方向。电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件首首先先考考虑虑选选定定一一个个绕绕行行方方向向:顺顺时针或逆时针。时针或逆时针。例例:若选顺时针方向绕行时若选顺时针方向绕行时:三三、基基尔尔霍霍夫夫电电压压定定律律(KVL)：在

14、在集集总总参参数数电电路路中中，任任何何时时刻刻，沿沿任一回路，所有支路电压的代数和恒等于零任一回路，所有支路电压的代数和恒等于零。即。即US1R1I1+I4_+US4R4I3R3R2I2_abcdef绕行方向绕行方向uab+ubc-udc-ued-ufe-uaf=0电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件uab+ubc-udc-ued-ufe-uaf=0 即即：uab+ubc=uaf+ufe+ued+udc uac=uab+ubcuac=uaf+ufe+ued+udcUS1R1I1+I4_+US4R4I3R3R2I2_abcdef绕行方向绕行方向证明：

15、证明：uab+ubc-udc-ued-ufe-uaf =(UaUb)+(Ub Uc)(UdUc)(Ue Ud)(Uf Ue)(Ua Uf)=0 推推论论：电电路路中中任任意意两两点点间间的的电电压压等等于于两两点点间间任任一一条条路路径径经经过过的的各各元元件件电电压压的的代代数数和和。元元件件电电压压方方向向与与路路径径绕绕行行方方向一致时取正号，相反取负号。向一致时取正号，相反取负号。电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件R1I1US1+R2I2R3I3+R4I4+US4=0R1I1+R2I2R3I3+R4I4=US1US4电阻压降电阻压降电源压升

16、电源压升uab=R2I2 ubc=R3I3 udc=R4I4 ued=US4 ufe=R1I1 uaf=US1uab+ubc-udc-ued-ufe-uaf=0代入左式：代入左式：得：得：上式中，电流参考方向与回路绕行方向一致者，上式中，电流参考方向与回路绕行方向一致者，RkIk前前面取面取“”号；电压源的电动势的方向号；电压源的电动势的方向(参考极性参考极性)与回路绕与回路绕行方向一致者，行方向一致者，Usk前面取前面取“”号。号。US1R1I1+I4_+US4R4I3R3R2I2_abcdef绕行方向绕行方向电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件1

17、.1 PN结1.2 半导体二极管1.3 特殊二极管1.4 双极型三极管1.5 场效应晶体管电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件学习目的与要求 了解本征半导体、了解本征半导体、P型和型和N型半导体的特征型半导体的特征及及PN结的形成过程；熟悉二极管的伏安特性结的形成过程；熟悉二极管的伏安特性及其分类、用途；理解三极管的电流放大原及其分类、用途；理解三极管的电流放大原理，掌握其输入和输出特性的分析方法；理理，掌握其输入和输出特性的分析方法；理解双极型和单极型三极管在控制原理上的区解双极型和单极型三极管在控制原理上的区别；初步掌握工程技术人员必需具备的分析

18、别；初步掌握工程技术人员必需具备的分析电子电路的基本理论、基本电子电路的基本理论、基本知识和基本技能。知识和基本技能。电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件1.1 PN结结 绕原子核高速旋转的核外绕原子核高速旋转的核外电子电子带负电带负电带负电带负电。自然界的一切物质都是由分子、原子组成的。原子又由一个带正电的原子核和在它周围高速旋转着的带有负电的电子组成。正电荷正电荷正电荷正电荷负电荷负电荷负电荷负电荷=原子结构中：原子核原子核 原子核中有质子和中子，其中质子带正电带正电，中子不带电。1.1.导体、半导体和绝缘体导体、半导体和绝缘体电子技术基础电子技

19、术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件（1）导体导体 导体的最外层电子数通常是13个，且距原子核较远，因此受原子核的束缚力较小。由于温度升高、振动等外界的影响，导体的最外层电子就会获得一定能量，从而挣脱原子核的束缚而游离到空间成为自由电子。因此，导体在常温下存在大量的自由电子，具有良好的导电能力。常用的导电材料有银、铜、铝、金等。原子核原子核 导体的特点：导体的特点：内部含有大量的自由电子电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件（2）半导体半导体 半导体的最外层电子数一般为4个，在常温下存在的自由电子数介于导体和绝缘体之间，因而在

20、常温下半导体的导电能力也是介于导体和绝缘体之间。常用的半导体材料有硅、锗、硒等。原子核原子核 半导体的特点：半导体的特点：虽然导电性能介于导体和绝缘体之间，但是具有其独特的性能。（后面详细介绍）电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件（3）绝缘体绝缘体 绝缘体的最外层电子数一般为68个，且距原子核较近，因此受原子核的束缚力较强而不易挣脱其束缚。常温下绝缘体内部几乎不存在自由电子，因此导电能力极差或不导电。常用的绝缘体材料有橡胶、云母、陶瓷等。原子核原子核绝缘体的特点：绝缘体的特点：内部几乎没有自由电子，因此不导电。电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子

21、技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件 半导体的导电能力虽然介于导体和绝缘体之间，但半导体的应用却极其广泛，这是由半导体的独特性能决定的：光敏性光敏性半导体受光照后，其导电能力大大增强；热敏性热敏性受温度的影响，半导体导电能力变化很大；掺杂性掺杂性在半导体中掺入少量特殊杂质，其导电 能力极大地增强；半导体材料的独特性能是由其内部的导电机理内部的导电机理所决定的。2.2.半导体的独特性能半导体的独特性能电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件3.本征半导体 最常用的半导体为硅(Si)和锗(Ge)。它们的共同特征是四价元素，即每个原子最外层电子数为4个。+

22、Si(硅原子)Ge(锗原子)硅原子和锗原子的简化模型图SiSi+4+4GeGe+4+4因为原子呈电中性，所因为原子呈电中性，所以简化模型图中的原子以简化模型图中的原子核只用带圈的核只用带圈的+4+4符号表符号表示即可。示即可。电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件本征半导体本征半导体纯净的、不含其他杂质的半导体纯净的、不含其他杂质的半导体。本征半导体原子核最外层的价电子都是4个，称为四价元素，它们排列成非常整齐的晶格结构。在本征半导体的晶格结构中，每一个原子均与相邻的四个原子结合，即与相邻四个原子的价电子两两组成电子对，构成共价键结构共价键结构。444

23、444444实际上半导体的实际上半导体的晶格结构是三维晶格结构是三维的。的。晶格结构晶格结构共价键结构共价键结构电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件444444444从共价键晶格结从共价键晶格结构来看，每个原构来看，每个原子外层都具有子外层都具有8 8个个价电子。但价电价电子。但价电子是相邻原子共子是相邻原子共用，所以稳定性用，所以稳定性并不能象绝缘体并不能象绝缘体那样好。那样好。在游离走的价电子原在游离走的价电子原位上留下一个不能移位上留下一个不能移动的空位，叫空穴。动的空位，叫空穴。受光照或温度上升受光照或温度上升影响，共价键中价电影响，共价键中

24、价电子的热运动加剧，一子的热运动加剧，一些价电子会挣脱原子些价电子会挣脱原子核的束缚游离到空间核的束缚游离到空间成为成为自由电子自由电子。由于热激发而在晶体中出现电子空穴对的现象称为本征激发本征激发。本征激发的结果，造成了半导体内部自由电子载流子运动的产生，由此本征半导体的电中性被破坏，使失掉电子的原子变成带正电荷的离子。由于共价键是定域的，这些带正电的离子不会移动，即不能参与导电，成为晶体中固定不动的带正电离子。电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件444444444受光照或温度受光照或温度上升影响，共上升影响，共价键中其它一价键中其它一些价电子直接

25、些价电子直接跳进跳进空穴，使空穴，使失电子的原子失电子的原子重新恢复电中重新恢复电中性性。价电子填补空穴的现象称为复合复合。此时整个晶体此时整个晶体带电吗？为什带电吗？为什么？么？参与复合的价电子又会留下一个新的空位，而这个新的空穴仍会被邻近共价键中跳出来的价电子填补上，这种价电子填补空穴的复合运动使本征半导体中又形成一种不同于本征激发下的电荷迁移，为区别于本征激发下自由电子载流子的运动，我们把价电子填补空穴的复合运动称为空穴载流子运动。电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件 半导体的导电机理与金属导体导电机理有本质上的区别：金属导体中只有自由电子一种

26、载流子参与导电；而半导体中则是本征激发下的自由电子和复合运动形成的空穴两种载流子同时参与导电。两种载流子电量相等、符号相反，即自由电子载流子和空穴载流子的运动方向相反。444444444 自由电子载流子运动可以形容为没有座位人的移动；空穴载流子运动则可形容为有座位的人依次向前挪动座位的运动。半导体内部的这两种运动总是共存的，且在一定温度下达到动态平衡。半导体的导电机理电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件 本征半导体虽然有自由电子和空穴两种载流子，但由于数量极少导电能力仍然很低。如果在其中掺入某种元素的微量杂质，将使掺杂后的杂质半导体的导电性能大大增强

27、。+五价元素磷(P)444444444P掺入磷杂质的硅半掺入磷杂质的硅半导体晶格中，自由导体晶格中，自由电子的数量大大增电子的数量大大增加。因此加。因此自由电子自由电子是这种半导体的是这种半导体的导导电主流电主流。在室温情况下，本征硅中的磷杂质等于10-6数量级时，电子载流子的数目将增加几十万倍。掺入五价元素的杂质半导体由于自由电子多而称为电子型半导体，也叫做N型半导体。4.杂质半导体电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件444444444三价元素硼(B)B+掺入硼杂质的硅半掺入硼杂质的硅半导体晶格中，空穴导体晶格中，空穴载流子的数量大大载流子的数量大

28、大增加。因此增加。因此空穴空穴是是这种半导体的这种半导体的导电导电主流主流。一般情况下，杂质半导体中的多数载流子的数量可达到少数载流子数量的1010倍或更多，因此，杂质半导体比本征半导体的导电能力可增强几十万倍。掺入三价元素的杂质半导体，由于空穴载流子的数量大大于自由电子载流子的数量而称为空穴型半导体，也叫做P型半导体。在P型半导体中，多数载流子是空穴，少数载流子是自由电子，而不能移动的离子带负电。电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件 不论是N型半导体还是P型半导体，其中的多子和少子的移动都能形成电流。但是，由于多子的数量远大于少子的数量，因此起主要

29、导电作用的是多数载流子。注意：注意：掺入杂质后虽然形成了N型或P型半导体，但整个半导体晶体仍然呈电中性。一般可近似认为多数载流子的数量与杂质的浓度相等。P型半导体中的空穴型半导体中的空穴多于自由电子，是否多于自由电子，是否意味着带正电意味着带正电？自由电子导电和空自由电子导电和空穴导电的区别在哪穴导电的区别在哪里？空穴载流子的里？空穴载流子的形成是否由自由电形成是否由自由电子填补空穴的运动子填补空穴的运动形成的？形成的？何谓杂质半导体中的多子何谓杂质半导体中的多子和少子和少子？N N型半导体中的多型半导体中的多子是什么？少子是什么？子是什么？少子是什么？电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子

30、技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件5.PN结及其形成过程PN结的形成结的形成 杂质半导体的导电能力虽然比本征半导体极大增强，但它们并不能称为半导体器件。在电子技术中，PN结是一切半导体器件的“元概念”和技术起始点。在一块晶片的两端分别注入三价在一块晶片的两端分别注入三价元素硼和五价元素磷元素硼和五价元素磷+P P区区N N区区空间电荷区内电场电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件动画演示电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件 PN结形成的过程中，多数载流子的扩散和少数载流子的漂移共存。开始时多子的扩散运动

31、占优势，扩散运动的结果使PN结加宽，内电场增强；另一方面，内电场又促使了少子的漂移运动：P区的少子电子向N区漂移，补充了交界面上N区失去的电子，同时，N区的少子空穴向P区漂移，补充了原交界面上P区失去的空穴，显然漂移运动减少了空间电荷区带电离子的数量，削弱了内电场，使PN结变窄。最后，扩散运动和漂移运动达到动态平衡，空间电荷区的宽度基本稳定，即PN结形成。PN结内部载流子基本为零，因此导电率很低，相当于介质。但PN结两侧的P区和N区导电率很高，相当于导体，这一点和电容比较相似，所以说PN结具有电容效应。电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件6.PN结的

32、单向导电性电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件 PN结反向偏置时的情况电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件 PN结的单向导电性 PN结的上述“正向导通，反向阻断”作用，说明它具有单单向向导电性导电性，PN结的单向导电性是它构成半导体器件的基础。由于常温下少数载流子的数量不多，故反向电流很小，而且当外加电压在一定范围内变化时，反向电流几乎不随外加电压的变化而变化，因此反向电流又称为反向饱和电流。反向饱和电流由于很小一般可以忽略，从这一点来看，PN结对反向电流呈高阻状态，也就是所谓的反向阻断反向阻断作用。值得注

33、意的是，由于本征激发随温度的升高而加剧，导致电子空穴对增多，因而反向电流将随温度的升高而成倍增长。反向电流是造成电路噪声的主要原因之一，因此，在设计电路时，必须考虑温度补偿问题。PN结中反向电流的讨论电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件2.半导体受温度和光照影响，产生本征激发现象而出现电子、空穴对；同时，其它价电子又不断地“转移跳进”本征激发出现的空穴中，产生价电子与空穴的复合。在一定温度下，电子、空穴对的激发和复合最终达到动态平衡状态。平衡状态下，半导体中的载流子浓度一定，即反向电流的数值基本不发生变化。1.半导体中少子的浓度虽然很低，但少子对温度

34、非常敏感，因此温度对半导体器件的性能影响很大。而多子因浓度基本上等于杂质原子的掺杂浓度，所以说多子的数量基本上不受温度的影响。4.PN结的单向导电性是指：PN结的正向电阻很小，因此正向偏置时多子构成的扩散电流极易通过PN结；同时PN结的反向电阻很大，因此反向偏置时基本上可以认为电流无法通过PN结。3.空间电荷区的电阻率很高，是指其内电场阻碍多数载流子扩散运动的作用，由于这种阻碍作用，使得扩散电流难以通过空间电荷区，即空间电荷区对扩散电流呈现高阻作用。学习与归纳学习与归纳电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件1.2 半导体二极管半导体二极管 把PN结用管

35、壳封装，然后在P区和N区分别向外引出一个电极，即可构成一个二极管。二极管是电子技术中最基本的半导体器件之一。根据其用途分有检波管、开关管、稳压管和整流管等。硅高频检波管开关管稳压管整流管发光二极管 电子工程实际中，二极管应用得非常广泛，上图所示即为各类二极管的部分产品实物图。电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件1.二极管的基本结构和类型点接触型点接触型：结面积小，适用于 高频检波、脉冲电路及计算机中的开关元件。外壳触丝N型锗片正极引线负极引线N型锗型锗面接触型：面接触型：结面积大，适用于 低频整流器件。负极引线底座金锑合金PN结铝合金小球正极引线普通

36、二极管图符号稳压二极管图符号发光二极管图符号DDZD 使用二极管时，必须注意极性不能接反，否则电路非但不能正常工作，还有毁坏管子和其他元件的可能。电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件2.二极管的伏安特性U(V)0.500.8-50-25I(mA)204060(A)4020 二极管的伏安特性是指流过二极管的电流与两端所加电压的函数关系。二极管既然是一个PN结，其伏安特性当然具有“单向导电性”。二极管的伏安特性呈非线性，特性曲线上大致可分为四个区：外加正向电压超过死区电压(硅管0.5V，锗管0.1V)时，内电场大大削弱，正向电流迅速增长，二极管进入正向导

37、通区。死区正向导通区反向截止区 当外加正向电压很低时，由于外电场还不能克服PN结内电场对多数载流子扩散运动的阻力，故正向电流很小，几乎为零。这一区域称之为死区。外加反向电压超过反向击穿电压UBR时，反向电流突然增大，二极管失去单向导电性，进入反向击穿区。反向击穿区反向截止区内反向饱和电流很小，可近似视为零值。电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件正向导通区和反向截止区的讨论U(V)0.500.8-50-25I(mA)204060(A)4020死区正向导通区反向截止区反向击穿区 当外加正向电压大于死区电压时，二极管由不导通变为导通，电压再继续增加时，电流

38、迅速增大，而二极管端电压却几乎不变，此时二极管端电压称为正向导通电压。硅二极管的正向导通电压约为0.7V，锗二极管的正向导通电压约为0.3V。在二极管两端加反向电压时，将有很小的、由少子漂移运动形成的反向饱和电流通过二极管。反向电流有两个特点：一是它随温度的上升增长很快，二是在反向电压不超过某一范围时，反向电流的大小基本恒定，而与反向电压的高低无关(与少子的数量有限)。所以通常称它为反向饱和电流。电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件3.二极管的主要参数 （1）最大整流电流IDM：指二极管长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。其大小由PN结的结面积和

39、外界散热条件决定。（2）最高反向工作电压URM：指二极管长期安全运行时所能承受的最大反向电压值。手册上一般取击穿电压的一半作为最高反射工作电压值。（3）反向电流IR：指二极管未击穿时的反向电流。IR值越小，二极管的单向导电性越好。反向电流随温度的变化而变化较大，这一点要特别加以注意。（4）最大工作频率fM：此值由PN结的结电容大小决定。若二极管的工作频率超过该值，则二极管的单向导电性将变差。电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件4.二极管的应用举例注意：注意：分析实际电路时为简单化，通常把二极管进行理想化处理，即正偏时视其为“短路”，截止时视其为“开路

40、”。UD=0RD=正向导通时相当一个闭合的开关+D D+D D+D DP PN N+反向阻断时相当一个打开的开关+D DP PN N(1)二极管的开关作用电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件(2)二极管的整流作用 将交流电变成单方向脉动直流电的过程称为整流。利用二极管的单向导电性能就可获得各种形式的整流电路。二极管半波整流电路二极管全波整流电路桥式整流电路简化图B220V RLDIN4001B220V RLD1D2二极管桥式整流电路D4B220V RLD1D2D3B220V RL电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半

41、导体器件(3)二极管的限幅作用+DuS10K IN4148+u0iD 图示为一限幅电路。电源uS是一个周期性的矩形脉冲，高电平幅值为+5V，低电平幅值为-5V。试分析电路的输出电压为多少。uS+5V-5Vt0当输入电压ui=5V时，二极管反偏截止，此时电路可视为开路，输出电压u0=0V；当输入电压ui=+5V时，二极管正偏导通，导通时二极管管压降近似为零，故输出电压u0+5V。显然输出电压u0限幅在0+5V之间。u0电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件半导体二极管工作在半导体二极管工作在击穿区，是否一定被击穿区，是否一定被损坏？为什么？损坏？为什么？

42、你会做吗？何谓死区电压？硅管何谓死区电压？硅管和锗管死区电压的典和锗管死区电压的典型值各为多少？为何型值各为多少？为何会出现死区电压？会出现死区电压？把一个把一个1.5V1.5V的干电池直接的干电池直接正向联接到二极管的两端，正向联接到二极管的两端，会出现什么问题？会出现什么问题？二极管的伏安特性曲线上二极管的伏安特性曲线上分为几个区？能否说明二分为几个区？能否说明二极管工作在各个区时的电极管工作在各个区时的电 压、电流情况？压、电流情况？为什么二极管的反为什么二极管的反向电流很小且具有向电流很小且具有饱和性？当环境温饱和性？当环境温度升高时又会明显度升高时又会明显增大增大？电子技术基础电子技

43、术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件I(mA)40302010 0-5-10-15-20 (A)0.4 0.812 8 4U(V)稳压二极管的反向电压几乎不随反向电流的变化而变化、这就是稳压二极管的显著特性。D 稳压二极管是一种特殊的面接触型二极管，其反向击穿可逆。正向特性与普正向特性与普通二极管相似通二极管相似反向反向IZUZ1.3 特殊二极管特殊二极管1.稳压二极管实物图图符号及文字符号 显然稳压管的伏安特性曲线比普通二极管的更加陡峭。电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件+USDZ使用稳压二极管时应该注意的事项(1)稳压

44、二极管正负极的判别DZ+(2)稳压二极管使用时，应反向接入电路UZ(3)稳压管应接入限流电阻(4)电源电压应高于稳压二极管的稳压值(5)稳压管都是硅管。其稳定电压UZ最低为3V，高的可达 300V，稳压二极管在工作时的正向压降约为0.6V。电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件 二极管的反向击穿特性：当外加反向电压超过击穿电压时，通过二极管的电流会急剧增加。击穿并不意味着管子一定要损坏，如果我们采取适当的措施限制通过管子的电流，就能保证管子不因过热而烧坏。在反向击穿状态下，让通过管子的电流在一定范围内变化，这时管子两端电压变化很小，利用这一点可以达到“

45、稳压”效果。稳压二极管就是工作在反向击穿区。稳压管稳压电路中一般都要加限流电阻R，使稳压管电流工作在Izmax和Izmix的范围内。应用中稳压管要采取适当措施限制通过管子的电流值，以保证管子不会造成热击穿。电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件 发光二极管是一种能把电能直接转换成光能的固体发光元件。发光二极管和普通二极管一样，管芯由PN结构成，具有单向导电性。实物图图符号和文字符号D 单个发光二极管常作为电子设备通断指示灯或快速光源及光电耦合器中的发光元件等。发光二极管一般使用砷化镓、磷化镓等材料制成。现有的发光二极管能发出红黄绿等颜色的光。发光管正常

46、工作时应正向偏置，因死区电压较普通二极管高，因此其正偏工作电压一般在1.3V以上。发光管属功率控制器件，常用来作为数字电路的数码及图形显示的七段式或阵列器件。2.发光二极管电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件 光电二极管也称光敏二极管，是将光信号变成电信号的半导体器件，其核心部分也是一个PN结。光电二极管PN结的结面积较小、结深很浅，一般小于一个微米。D 光电二极管和稳压管类似，也是工作在反向电压下。无光照时，反向电流很小，称为暗电流；有光照射时，携带能量的光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分价电子挣脱共价键的束缚，产生电子空穴对，

47、称为光生载流子。光生载流子在反向电压作用下形成反向光电流，其强度与光照强度成正比。3.光电二极管 光电二极管也称光敏二极管，同样具有单向导电性，光电管管壳上有一个能射入光线的“窗口”，这个窗口用有机玻璃透镜进行封闭，入射光通过透镜正好射在管芯上。实物图图符号和文字符号电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件1.利用稳压管或利用稳压管或普通二极管的正普通二极管的正向压降，是否也向压降，是否也可以稳压？可以稳压？你会做吗？2.现有两只稳压管，它们的稳定电压分别为6V和8V，正向导通电压为0.7V。试问：(1)若将它们串联相接，可得到几种稳压值？各为多少？(2

48、)若将它们并联相接，又可得到几种稳压值？各为多少？3.在右图所示电路中，发光二极管导通电压UD1.5V，正向电流在515mA时才能正常工作。试问图中开关S在什么位置时发光二极管才能发光？R的取值范围又是多少？电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件N NN NP P1.4 双极型三极管双极型三极管 三极管是组成各种电子电路的核心器件。三极管的产生使PN结的应用发生了质的飞跃。1.4.1.双极型三极管的基本结构和类型 双极型晶体管分有NPN型和PNP型，虽然它们外形各异，品种繁多，但它们的共同特征相同：都有三个分区、两个PN结和三个向外引出的电极：发射极发

49、射极e发射结发射结集电结集电结基区基区发射区发射区集电区集电区集电极集电极c基极基极bNPNNPN型型型型PNPPNP型型型型P PP PN N电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件 根据制造工艺和材料的不同，三极管分有双极型和单极型两种类型。若三极管内部的自由电子载流子和空穴载流子同时参与导电，就是所谓的双极型。如果只有一种载流子参与导电，即为单极型。NPN型三极管图符号大功率低频三极管小功率高频三极管中功率低频三极管 目前国内生产的双极型硅晶体管多为NPN型(3D系列)，锗晶体管多为PNP型(3A系列)，按频率高低有高频管、低频管之别；根据功率大小

50、可分为大、中、小功率管。e ec cb bPNP型三极管图符号e ec cb b注意：注意：图中箭头方向为发射极电流的方向。电子技术基础电子技术基础电子技术基础电子技术基础常用的半导体器件常用的半导体器件1.4.2.双极型三极管的电流放大作用晶体管芯结构剖面图晶体管芯结构剖面图e e发发发发射射射射极极极极集电区集电区集电区集电区N N基区基区基区基区P P发射区发射区发射区发射区N Nb b基基基基极极极极c c集集集集电电电电极极极极晶体管实现电流放大作用的内部结构条件内部结构条件(1)发射区掺杂浓度很高，以便有足够的载流子供“发射”。(2)为减少载流子在基区的复合机会，基区做得很薄，一般