《电子电路辅导》ppt课件

1、模模 拟电子技术拟电子技术 电子技术由模拟电子技术和数字电子技术由模拟电子技术和数字电子技术两部分构成。两者的区别电子技术两部分构成。两者的区别在于所处置的信号不同：前者处置在于所处置的信号不同：前者处置的是模拟信号在时间上或数值上的是模拟信号在时间上或数值上延续变化的信号，相应的电路称延续变化的信号，相应的电路称为模拟电路；后者处置的是数字信为模拟电路；后者处置的是数字信号在时间上或数值上都是不延续号在时间上或数值上都是不延续的，即所谓离散的信号，相应的的，即所谓离散的信号，相应的电路称为数字电路。电路称为数字电路。1. 半导体根本知识和半导体根本知识和PN结结1 导体、半导体和绝缘体导体、

2、半导体和绝缘体 物质按其导电性能分类物质按其导电性能分类,可分为导体、绝缘可分为导体、绝缘体和半导体。体和半导体。 半导体的导电才干介于导体和绝缘体之半导体的导电才干介于导体和绝缘体之间。其内部存在有两种载流子：自在电子和间。其内部存在有两种载流子：自在电子和空穴。在常态下，它们的导电才干很弱，更空穴。在常态下，它们的导电才干很弱，更接近于绝缘体；但在掺入杂质接近于绝缘体；但在掺入杂质(其它元素其它元素)、受热、光照或遭到其它条件影响后，它的导受热、光照或遭到其它条件影响后，它的导电才干将明显加强而接近于导体。电才干将明显加强而接近于导体。一、一、 半导体根底和常用半导体器件半导体根底和常用半

3、导体器件 半导体的导电机理不同于其它物质，所半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。比如：以它具有不同于其它物质的特点。比如：当受外界热和光的作用时，它的导当受外界热和光的作用时，它的导电才干明显变化。电才干明显变化。往纯真的半导体中掺入某些杂质其往纯真的半导体中掺入某些杂质其它元素，会使它的导电才干明显改它元素，会使它的导电才干明显改动。动。经过一定的工艺过程，可以将半导体经过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。制成晶体。完全纯真的、构造完好的半导体晶体，完全纯真的、构造完好的半导体晶体，称为本征半导体。称为本征半导体。在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成在硅和锗晶

4、体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间构成共价键，它们共用一与其相临的原子之间构成共价键，它们共用一对价电子。对价电子。硅和锗的共价键构造硅和锗的共价键构造共价键共共价键共用电子对用电子对+4+4+4+4+4+4表示除表示除去价电子去价电子后的原子后的原子共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自在电子，因此本征半

5、导体脱离共价键成为自在电子，因此本征半导体中的自在电子很少，所以本征半导体的导电中的自在电子很少，所以本征半导体的导电才干很弱。才干很弱。构成共价键后，每个原子的最外层电构成共价键后，每个原子的最外层电子是子是8个，构成稳定构造。个，构成稳定构造。共价键有很强的结合力，共价键有很强的结合力，使原子规那么陈列，构成晶体。使原子规那么陈列，构成晶体。+4+4+4+4+4+4+4+4本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理自在电子自在电子空穴空穴被束缚电子被束缚电子本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理本征半导体中存在数量相等的两种载流本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自在电子和空穴。子，即

6、自在电子和空穴。温度越高，载流子的浓度越高。因此本温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电才干越强，温度是影响半导征半导体的导电才干越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部要素，这是半导体体性能的一个重要的外部要素，这是半导体的一大特点。的一大特点。本征半导体的导电才干取决于载流子的本征半导体的导电才干取决于载流子的浓度单位体积内的载流子数量。浓度单位体积内的载流子数量。2 杂质半导体杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质，在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。就会使半导体的导电性能发生显著变化。其缘由是掺杂半导体的某种载流子浓度其缘由是掺杂半导体

7、的某种载流子浓度大大添加。大大添加。使自在电子浓度大大添加的杂质半导体使自在电子浓度大大添加的杂质半导体称为称为N型半导体电子型半导体，使空穴型半导体电子型半导体，使空穴浓度大大添加的杂质半导体称为浓度大大添加的杂质半导体称为P型半导体型半导体空穴型半导体。空穴型半导体。N型半导体型半导体N型半导体中的载流子是什么？型半导体中的载流子是什么？1、由磷原子提供的电子，浓度与磷原子一样。、由磷原子提供的电子，浓度与磷原子一样。2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。、本征半导体中成对产生的电子和空穴。3、掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，、掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自在电子浓度

8、远大于空穴浓度。自在电所以，自在电子浓度远大于空穴浓度。自在电子称为多数载流子多子，空穴称为少数载子称为多数载流子多子，空穴称为少数载流子少子。流子少子。P型半导体型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼硼B或铟或铟In，晶体点阵中的某些半导体原，晶体点阵中的某些半导体原子被硼原子或铟原子杂质所取代；硼原子子被硼原子或铟原子杂质所取代；硼原子的最外层有三个价电子，与相临的半导体原子的最外层有三个价电子，与相临的半导体原子构成共价键时，产生一个空穴。这个空穴能够构成共价键时，产生一个空穴。这个空穴能够吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能挪吸引束缚电子来

9、填补，使得硼原子成为不能挪动的带负电的离子。动的带负电的离子。总总 结结1、N型半导体中电子是多子，其中大部分是所掺杂型半导体中电子是多子，其中大部分是所掺杂质提供的电子，本征半导体产生的电子只占少数。质提供的电子，本征半导体产生的电子只占少数。 N型半导体中空穴是少子，少子的迁移也能构成型半导体中空穴是少子，少子的迁移也能构成电流，由于数量的关系，起导电作用的主要是多电流，由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近似以为多子与杂质浓度相等。子。近似以为多子与杂质浓度相等。2、P型半导体中空穴是多子，电子是少子。型半导体中空穴是多子，电子是少子。3 PN结结PN 结的构成结的构成 在同一片半导

10、体基片上，采用半导在同一片半导体基片上，采用半导体工艺分别制造体工艺分别制造P型半导体型半导体P区和区和N型半导体型半导体N区，经过多数载流子区，经过多数载流子的分散运动，在它们的交界面处就构的分散运动，在它们的交界面处就构成了成了 PN结。结。+空间空间电荷电荷区区N N型区型区P P型区型区 内电场内电场 PN结的单导游电性结的单导游电性PN结加上正向电压、正向偏置的意思结加上正向电压、正向偏置的意思都是：都是： P区加正、区加正、N区加负电压区加负电压(P+, N-)。PN结加上反向电压、反向偏置的意思结加上反向电压、反向偏置的意思都是：都是： P区加负、区加负、N区加正电压区加正电压(

11、P- , N+)。结论：u所谓所谓PN结的单导游电性是指：结的单导游电性是指：u1. PN结外加正向电压正向偏置，即结外加正向电压正向偏置，即P+， N-时时PN结导通，其正导游通电阻很结导通，其正导游通电阻很小，有较大的正向电流经过主要由多数小，有较大的正向电流经过主要由多数载流子组成；载流子组成；u2. PN结外加反向电压反向偏置，即结外加反向电压反向偏置，即P-，N+时时PN结截止，其反向电阻很大，结截止，其反向电阻很大，只流过很小的反向电流主要由少数载流只流过很小的反向电流主要由少数载流子组成；此电流很小，常可视为子组成；此电流很小，常可视为0。2. 半导体二极管半导体二极管(1)、根

12、本构造、根本构造PN结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。引线引线外壳外壳触丝线触丝线基片基片点接触型点接触型PN结结面接触型面接触型PN阳极阴极(2)、伏安特性、伏安特性UI门槛电压死区电压门槛电压死区电压Uth Uth 硅管硅管 0.5V, 0.5V,锗管锗管 0.2V 0.2V。导通电压压降导通电压压降UDonUDon硅管硅管 0.60.7V, 0.60.7V,锗管锗管 0.20.3V 0.20.3V。反向击穿电反向击穿电压压U(BR)(3)、主要参数、主要参数 1额定正向平均电流最大整流电流额定正向平均电流最大整流电流 IF二极管长期运用时，允许流

13、过二极管的最大正二极管长期运用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。向平均电流。2最高反向任务电压最高反向任务电压UR 保证二极管平安任务时允许外加的最高反向保证二极管平安任务时允许外加的最高反向电压值。普通取电压值。普通取UR=(1/22/3)U(BR) 。3反向电流反向电流 IR指二极管外加最高反向任务电压时的反向电指二极管外加最高反向任务电压时的反向电流。反向电流大，阐明管子的单导游电性差，因流。反向电流大，阐明管子的单导游电性差，因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，温度越高反向电流越大。硅管的反

14、向电流较小，锗管的反向电流要大几十到几百倍。锗管的反向电流要大几十到几百倍。以上均是二极管的直流参数。二极管的运用主要以上均是二极管的直流参数。二极管的运用主要是利用它的单导游电性是利用它的单导游电性, 包括整流、限幅、维护等。包括整流、限幅、维护等。4) 最高任务频率最高任务频率fM保证二极管的单导游电作用的最高任务频率。保证二极管的单导游电作用的最高任务频率。(4)二极管的运用举例 二极管是电子线路中常用的根本半导体器件之一。它被广泛运用于整流、检波、箝位、限幅以及数字开关电路中。例 二极管箝位电路右图电路中，设DA、DB 都是硅二极管；求以下几种 情况下电路输出端的电位VF。 1) VA

15、= VB= 0V; 2) VA= 3V, VB=0V; 3) VA= VB =3VVF+5VVAVBRDADB解：1此时DA, DB均导通， VF=0+0.6=0.6V2此时DB导通，DA截止， VF=0+0.6=0.6V3此时DA, DB均导通， VF=3+0.6=3.6V 电路中，利用二极管正导游通压降很小的特点，使输出端F的电位维持在一个不变的数值上，这就是二极管的箝位作用。在第2题中，DB就起着箝位作用，而DA那么起着隔离作用。VF+5VVAVBRDADB u例 二极管限幅电路u右示电路中,uui=5sint V,uD为理想二u极管,E=2V;u试画出uo波形。u解u当uiE时，D导通

16、，uo=ui；u当uiE时，D截止，uo=E。u因此可画得uo波形如右。u本例中，利用二极管的单导游u电特性，使uoE，这就是二u极管的限幅作用。ui/V0tEu0/VEt52-5520DRE+_+_uiuo+_特殊二极管特殊二极管 稳压二极管稳压二极管UIUZIZIZmax UZ IZ稳压误差稳压误差曲线曲线越陡，越陡，电压电压越稳越稳定。定。+-符号及伏安特性符号及伏安特性稳压稳压任务区任务区稳压二极管的参数稳压二极管的参数1稳定电压稳定电压 UZ2电压温度系数电压温度系数CT(U)%/稳压值受温度变化影响的的系数。稳压值受温度变化影响的的系数。3动态电阻动态电阻ZZIUZr 4稳定电流稳

17、定电流IZ； 最大、最小稳定电流最大、最小稳定电流Izmax、 Izmian。5最大允许功耗最大允许功耗maxZZZMIUP 光电二极管光电二极管反向电流随光照强度的添加而上升。反向电流随光照强度的添加而上升。IV照度添加照度添加 发光二极管发光二极管有正向电流流有正向电流流过时，发出一定过时，发出一定波长范围的光，波长范围的光，目前的发光管可目前的发光管可以发出从红外到以发出从红外到可见波段的光，可见波段的光，它的电特性与普它的电特性与普通二极管类似。通二极管类似。3. 双极型晶体管双极型晶体管(半导体三极管半导体三极管)1 根本构造根本构造BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极NPN

18、型型PNP集电极集电极基极基极发射极发射极BCEPNP型型BECIBIEICNPN型三极管型三极管BECIBIEICPNP型三极管型三极管1输入特性输入特性IB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1V 死区电压死区电压:硅管硅管0.5V，锗管锗管0.2V。导通电压导通电压UBE(on)： 硅管硅管UBE(on) 0.60.7V,锗管锗管UBE(on) 0.20.3V。2输出特性输出特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域此区域满足满足IC=IB称为称为线性区线性区放大放大区；区；发射结发射结正偏，正偏，集电结集电结反偏。反偏

19、。当当UCE大于大于一定的数值一定的数值时时IC只与只与IB有关，有关，IC=IB。IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域中此区域中UCEUBE,发射结、集电结均正偏，发射结、集电结均正偏，IBIC，UCE0.3V称为饱和区。称为饱和区。IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域中此区域中 : IB=0,IC=ICEO,UBE 死区电压，死区电压，称为截止区。称为截止区。此时，发射此时，发射结、集电结结、集电结均反偏。均反偏。小结：小结：1.1.三极管有三个任务区：放大区、饱和区和截三极管有三个

20、任务区：放大区、饱和区和截 止区；止区；2.2.三极管任务在放大区时：发射结正偏，集电三极管任务在放大区时：发射结正偏，集电结反偏；对结反偏；对NPNNPN管，集电极管，集电极c c的电位最高，的电位最高，基极基极b b电位其次，发射极电位其次，发射极e e电位最低；电位最低；对对PNPPNP管，集电极管，集电极c c的电位最低，基极的电位最低，基极b b电位其次，发射极电位其次，发射极(e)(e)电位最高；电位最高；3.三极管任务在饱和区时：发射结和集电结都正偏；对NPN管，基极b的电位最高，集电极c和发射极e的电位都低于基极b的电位；对PNP管，基极b的电位最低，集电极c和发射极(e)电位

21、都高于基极b的电位；4.三极管任务在截止区时：发射结和集电结都反偏；对NPN管，基极b的电位最低，集电极极c c和发射极和发射极e e的电位都高于基极的电位都高于基极b b的电位；对的电位；对PNPPNP管，基极管，基极b b的电位最高，集的电位最高，集电极电极c c和发射极和发射极(e)(e)电位都低于基极电位都低于基极b b的电位。的电位。三极管任务于放大区时各极电位情况三极管任务于放大区时各极电位情况becIBIEIC+ +_becIBIEIC_ _+NPNPNP3主要参数主要参数前面的电路中，三极管的发射极是输前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的公共点，称为共射接法，相应地入输出的

22、公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共集接法。还有共基、共集接法。共射直流电流放大系数：共射直流电流放大系数：BC_II 1.电流放大系数电流放大系数和和 _任务于动态的三极管，真正的信号任务于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为的变化量为 IB，相应的集电极电流变，相应的集电极电流变化为化为 IC，那么交流电流放大系数为：，那么交流电流放大系数为：BIIC 例：例：UCE=6V时：时：IB=40A, IC=1.5mA； IB=60 A, IC=2.3mA。5 .3704. 05 . 1IIBC_ 4004. 006. 05

23、. 13 . 2IIBC 在以后的计算中，普通作近似处置：在以后的计算中，普通作近似处置：= 留意：前提是三极管任务在放大区。留意：前提是三极管任务在放大区。2.集集-基极反向截止电流基极反向截止电流ICBO AICBOICBO是集电是集电结反偏结反偏时由少时由少子漂移子漂移构成的构成的反向电反向电流，它流，它受温度受温度变化的变化的影响。影响。3.集集-射极反向截止电流射极反向截止电流ICEO穿透电流穿透电流 AICEOICEO= (1+)ICBO4.集电极最大电流集电极最大电流ICM集电极电流集电极电流IC上升会导致三极管的上升会导致三极管的值的下降，当值的下降，当值下降到正常值的三值下降

24、到正常值的三分之二时的集电极电流即为分之二时的集电极电流即为ICM。所以集电极电流应为：所以集电极电流应为：IC= IB+ICEO而而ICEO受温度影响很大，当温度上受温度影响很大，当温度上升时，升时，ICEO添加很快，所以添加很快，所以IC也相应也相应添加。三极管的温度特性较差。添加。三极管的温度特性较差。以下三个参数为极限参数：5.集集-射极反向击穿电压射极反向击穿电压当集当集-射极之间的电压射极之间的电压UCEUCE超越一定的数超越一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是是2525C C、基极开路时的击穿电压、基极开路时的击穿电压U(BR

25、)CEOU(BR)CEO。6.集电极最大允许功耗集电极最大允许功耗PCM集电极电流集电极电流IC流过三极管，所发出的流过三极管，所发出的焦耳热为：焦耳热为：PC=ICUCE必定导致结温上升，所以对必定导致结温上升，所以对PC有限制。有限制。PC PCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO平安任务区平安任务区4. 单极型三极管场效应管单极型三极管场效应管 FET 场效应晶体管场效应晶体管Field Effect Transistor缩写缩写FET简称场效应管。由一种多数载简称场效应管。由一种多数载流子参与导电流子参与导电,也称为单极型晶体管。也称为单极型晶体管。 它是根据三极管的原理开发出的新一代它是根据三极管的原理开发出的新一代放大元件，有放大元件，有3个电极个电极栅极，漏极，栅极，漏极，源极，它的特点是栅极的输入电阻极高，源极，它的特点是栅极的输入电阻极高，采用二氧化硅资料的可以到达几百兆欧，采用二氧化硅资料的可以到达几百兆欧，它属于电压控制型电场效应控制型半它属于电压控制型电场效应控制型半导体器件。导体器件