电子技术基础课件素材

第1章半导体器件

1.1半导体基础知识

(a)楮(b)硅(c)简化模堀

图1.1.1倍和硅的原子结构

1.1.1本征半导体

图1.1.2晶体中原子的排列方式

图1.1.4空穴和自由电子

1.1.2杂质半导体

图1.1.6P型半导体的晶体结构

•••OOoo

••••㊀㊀㊀e㊀。

©©®©©©e°ee

••♦•ooo°

©©®©©©oee0

••••0OO

(a)N型半导体(b)P型半导体

图1.1.7杂质半导体的简化表示法

1.1.3PN结及其单向导电性

o

㊀㊀㊀㊀㊀

o

㊉㊉㊉㊉㊉(。㊀㊀㊀㊀

••«^ooo

①㊉①㊉㊉㊀㊀㊀㊀㊀

—O

(a)P型区与N型区中载流子的扩散运动

空间电荷区

(b)平衡卜'的PN结

图1.1.8PN结的形成

耗尽层

P型区N型区

图1.1.10PN结外加反向电压时截止

1.2二极管

1.2.1二极管的结构

阳极引线-口号合金

金属型丝外壳N型楮

PN结

(a)点接触型二极管

阳极口阴极

(c)平面型二极管(d)图形符号

图1.2.1二极管的结构和符号

1.2.2二极管的伏安特性

图1.2.2二极管伏安特性曲线

/=/、（e--1）

1.2.3二极管的主要参数

?-----------------------------O---------[=□--T----------------

D,V

Ui=6sin(o/V〃i=6sinovV

3V+3vi

o-----------------------------------

(b)

图1.2.4例1.2.1波形图

1.2.4稳压管

图1.2.5稳压管的伏安特性和等效电路

我1-2-1稳压詈的主要参数

善散”、、2CU7C2IW7C2IW15I参数意义

心是植不管正南工作时两端的电压值.可根

检定电压Uz/V5~6.56〜6.5440~510

・；；,」..I'1''>•1：

，,是盥不管工作在检压状态时的参考电流.

里琳上hsVI/V/―

b“,是检压管能培正常相压所必缶的最小工作

梅定电流Zz/mA10105

电流♦电流低于此值时怆压效果受坏♦我至不拒玉.

及“，是检压管能够正南检压的最大工作电流，

电流高于此值时会因PN结温度过高而损坏

粒压管的能大工作电流//““与检压菅两端电压

Uz的第枳称为怆梅包的最大耗侬功率FZM.怆

1ft大耗微功率

0.250.210压管的功机「(也压管的工作电;T压管

『小/W

两蜗电压U7的乘积即为三)挑过P7M时会因PN

结温度过高而损坏程不管

粒压管工作在毡玉区内，端电压的变化置与墙

动态电阻，“C3010800电流的变化fiL的比皿?A/厂即为动态电阻rP.

rD越小,即糕小管的特性越好

温度每变化1P引起的检定电压5的变化值.

通雷5•二5V时具有负温度系数.5--7V时具有

电压温度系数正温度系数，「广，2时温度系数最小，所以

一3~十50.0512

a/(10-4/r)一些精密糠压需取Uz-6V左右的Q压管1

正温度系数抑负温度系数的冏肿施不管申联组成

温度补偿除压畲

Ut=Ui-Uz=<10-6)V^IV

心

U|=10V

|，Dz

图1.2.6稳压管稳压电路

b+%

(4V

RM~x267n

•Rmin]5mA

URIV

Kn»n「*111n

1Rrmx35mA

1.3双极型晶体管

(a)(b)(c)(d)

图131晶体管的几种常见外形

1.3.1晶体管的结构和类型

集电区集电区

C

b

图132双极型晶体管的结构示意图和图形符号

3DGfiC

—比格号

1—岸号

"巽件的切能费碘

1-半早体材料利受到

1—晶体百

1.3.2晶体管电流控制作用

图1.3.4基本共射放大电路晶体管内部载流子运动情况的示意图

1.3.3晶体管的共射特性曲线

B

=/<WE)10cl

图1.3.5晶体管输入特性曲线

图1.3.6晶体管输出特性曲线

1.3.4晶体管的主要参数

1.4绝缘栅型场效应晶体管

1.4.1基本结构和工作原理

（a）耗尽型

图1.4.1N沟道绝缘栅型场效应晶体管的结构

⑶N沟道耗尽型（b）N沟道增强型（c）P沟道耗尽型（d）P沟道增强型

图1.4.2MOS管的图形符号

MlRi1q

--礼…

图1.4.3共源极接法电路

1.4.2绝缘栅型场效应晶体管的特性曲线

d恒5V/

rI流4v；,击

'</CS=2V

%S(th)WGs/V

UDS(BR)"【BV

(a)转移特性曲线(b)输出特性曲线

图1.4.4N沟道增强型MOS的转移特性曲线和输出特性曲线

图1.4.5N沟道耗尽型MOS管的转移特性曲线和输出特性曲线

1.4.3绝缘栅型场效应晶体管的主要参数

习题

(b)

图T1-1

an-i

w号Nv9/yI"、’八八工作状态

43

Ti-43310

T»-46

图Tl・5

第2章基本放大电路

2.1共射极放大电路

2.1.1共射极放大电路的组成

图2.1.2单电源供电的基本共射放大电路

2.1.2直流通道和交流通道

«2-1-1直流量和交流■的符号

交流分k

名称直流分量直流+交流

嶙r值有我值

些极电流■1(•

索电极电流1r«/,tc

发射极电流!tvhU

管压降1“■

发射结压降八

(a)直流通道

图2.1.3基本放大电路的直流通道和交流通道

2.2放大电路的静态分析

图2.2.1图解法确定静态工作点

2.3放大电路的动态分析

2.3.1图解法的动态分析

图2.3.1基本共射极放大电路

"HE=UBEQ+U,„sin«>/

皿工-Ure-icRcUcc-</«+G&=(U«MK—iR

UCCQ+/ERCsin(a)t-K)=UCH»+U—sin(<u/_K>—UcF.Q+

图2.3.2图解法分析放大电路的动态工作情况

2.3.2微变等效电路法的动态分析

Wo—」E

(a)双口网络(b)输入特性(c)输出特性

图2.3.5晶体管的输入、输出特性

AABEI

仁=Au|

26(mV)

ru300+(1+5)

hq(mA)

B工

E

(a)晶体管双口网络(b)晶体管微变等效电路

图2.3.6晶体管的微变等效电路

(c)微变等效电路

图2.3.7放大电路动态参数分析

0,=CJi.=Ikrh.

V,=-/r(Rc//Ru)-

立_-跖-R)_一华凡,JR)

“%

Aa=-^-

a.

.•;*._华—)

2.4静态工作点稳定的放大电路

2.4.1温度对静态工作点的影响

图2.4.1温度对静态工作点的影响

2.4.2分压式偏置电路

J八Q

U(IQ=(Jcc，CQ(Ku+K>)

/_"_—#心aR。

/i.,——1---------------------—]

a八七小

K尸U=RJ—.

/.

R°=Rr

(a)

图2.4.3电路的微变等效电路

<匚,"；亿K，>JRk

V./t,n.+d+^)KRt%+"+/?>&

R产与=K/</Ti+(1+/七]

i<

2.5基本共集放大电路

2.5.1电路组成

图2.5.1基本共集放大电路

2.5.2电路分析

Ucc-KH+UHEQ+/EKEJBQRB+UHEQ+《】+何/BQKF

；U，1，LQ一

*RH+<I+^)RE

*CQ=HRQ%，EQ

UCEQ=U(r—

V-/ba.+<l+/?)h-

匕Li4-=(1+^)/h<RE//R.)

A一口_(1+级(氏/阳)

°7?%+(1+级(&RD

。,「h%+(i+/?>1―)

J

"Y><K,K)

u.=U,=Q.

hh+Lu必

n..+<1RB

------------------j-'--------------------=R8//[n„+(1+^)(RE///?!.)]

n.,+<l+p)(RtRt)~

B」Lc

图252计算输出电阻的等效电路

••••••rFi!

I=ht+K+L=/«：+(1+#)八=9+(1+S)-上匕”

KR'•Kg/Kp

U(j]

R0——------------------------：----------------------------------------

I"”R一一3ITTf-!L/1I_____

W八.+%//七

RRR，/‘H

n.«♦K、M

心》1+F

R%%+以KB

n1+g

2.6场效应晶体管基本放大电路

2.6.1电路的组成

图2.6.1场效应晶体管共源电压放大器电路组成

2.6.2静态分析

U（»Q-Ug5。=口丸13-Ms

**G1十K<；2

UDD—/LQRS

R；+R,2

MS（胎"-1

'Vcsith?

UDRQ=Ug，DQ（RD+Rs）

2.6.3动态分析

U-U„

0。=—ia（R>3R）

ijk.R）

gm（即/JRI）

乩一3+—

V

R

RRD

2.7多级放大电路

2.7.1多级放大电路的耦合方式

图2.7.3直接耦合多级放大电路

2.7.2多级放大电路的动态分析

图2.7.4N级放大电路的交流等效电路图

2.8差分放大电路

2.8.1电路组成

2.8.2差分放大电路的分析

/RE=/EI+JE2=2/EQ

/HQRH+UBEQ+2/EQRF/BQKH+UBEQ+2(1+户)/BQKE—

Up:-URE

(2-8-1)

RB+2(1+B)RE

(2-8-2)

U(TQUg-UEQrU(X-fgKc+U皿

一AtwA6_

"一"j—4；ja」tj一%」一m」i一/小卜

\

1nJr，C3f(%1)

(2-8-3)

〃o——4c=(Ug+A«ci>—《Uy+AuQ=2A”

△<E1=—Atra

(a)具有恒流源的差分放大电路(b)简化电路

图284恒流源差分放大电路

_〃，〃，%=〃％

~_2-~_2--

'+"x

(b)任意输入信号的等效替换

图2.8.5任意信号分解

2.9功率放大电路

2.9.1功率放大电路的特点

7-P./PE

2.9.2功率放大器的工作状态

—=78.5%

2.9.3互补对称功率放大电路

图2.9.2OTL电路及电路分析

(a)OCL电路(b)电路分析

图2.9.3OCL电路及电路分析

图2.9.4桥式推挽功率放大电路

2.9.4OCL电路

图2.9.5交越失真的产生

(Ue网_(UHUE-

R2Rt

1%Uns

sirw

_!U<x—UcrsTr12(U(x—UcEs》Ua

JCJoKj.ITK].

Prrr._宛(J(X~UcES

7元-T-R；-

r,_1U(X—U(IS/j,_2U«

It——I-------7i--------SIDwt,(rJcrcacct------5-

icJoKtITK\

p4

7=-j7-十x78.5%

U

Mr=(U«-UCES)由，k~J7'rirW

AL

TJ

sirko/d"

*0.2P

UCKO>2Ucc/a>P〈M>0.2Pa

习题

(d)

图T2-2

图T2-3

图T2-4

图T2-5

图T2-6

图T2-7

an-i

善数变化1人IA.I

R增大

R,增大

区增大

图T2-9

图T2-10

图T2-U

图T2・12

(c)(d)

图T2-13

图T2-14

图T2-16

o-^cc

(h)

图T2・17

图T2-18

(d)

第3章集成运算放大电路

3.1集成运算放大电路

3.1.1集成运放的组成及其各部分的作用

图3.1.1集成运放原理框图

3.1.2集成运放的主要性能指标

3.1.3集成运放的电压传输特性

(a)符号(b)电压传输特性

图3.1.2集成运放的符号和电压传输特性

3.1.4理想集成运放

图3.1.4理想集成运放工作在非线性区的电压传输特性

3.2集成运放在信号运算方面的应用

3.2.1比例运算电路

(a)用F74I接成的反相比例运算电路

图3.2.1反相比例运算电路

R,"R

t)

1朱一0_一UN

乩'

H=(1+即(3-2-1)

(3-2-2)

(3-2-3)

(3-2-4)

图3.2.3电压跟随器1

A

M,O

图3.2.4电压跟随器2

3.2.2加法运算电路

R"一/'RK*•<",1+"e+"«)

=Rie=Ris=RF.4=—(如+“a+uQ

&=Rn///?lt//Rls//RF

〃N—0_Uo_MN

-iT~~Ri-

R

*乩+K产(3-2-5)

”P-(R21,R22)(^-含:(3-2-6)

CRu/®乂&t&)R+R产

"。=(1+曲卜K"乂普+£：

RiR22-R.RF

〃"=M.i+l4fi

Wiio—{=!□-----------------

R、----ouo

Wi2o—CZ^J--------1--------

AQ

图327加减法运算电路

“；=TT11,

~~

W||O—ch-----------------J7-Czh--------------------------------------------------------------------

11

R、AJ^-----OMOR、A^>-----O

「-1—**}---1"2<一~>---1

qq

(a)为单独作用(b)%2单独作用

图3.2.8加减法运算电路

R.

UrMe

他+Rs

"'一(1-KJ"P-(1+K)R+R「

/=14+/=(1+卦)〃p-,〃口+(1+拜\R

)2+R

3.2.3微分和积分运算电路

图3.2.10输入为阶跃信号时输出电压波形

图3.2.12输入为方波时输出电压波形

3.2.4对数和指数运算电路

图3.2.16晶体管对数运算电路

n/se??*

u低阳AIn

4-IRRRls^T

图3.2.17二极管指数运算电路

图3.2.18晶体管指数运算电路

4-hRK/qM?

3.2.55乘法和除法运算电路

图3.2.19利用指数和对数运算电路实现乘法运算的电路框图

图3.2.20乘法运算电路

JRiR2

图3.2.23除法运算电路

3.3理想集成运放的非线性应用——电压比较器

3.3.1单限电压比较器

⑻过零比较器(b)电压传输特性

图3.3.1过零比较器及其电压传输特性

(a)•般单限电压比较器(b)电压传输特性

图3.3.2一般单限电压比较器及其电压传输特性

图3.3.3具有输出限幅功能的电压比较器及其电压传输特性

3.3.2滞回比较器

图334滞回比较器及其电压传输特性

kR

，，RRZ+RF”R-R/

图3.3.5窗口比较器及其电压传输特性

3.3.3窗口比较器

习题

(a)(b)

图T3.2

表B-1

“\,0.10.51.01.5

“01/v

(a)

图T3.3

(c)

图T3.4

(c)(d)

图T3.7

R

图T3.8

图T3.9

Mo=0.1〃x〃Y

图T3,I0

图T3.ll

0.01nF

图T3.12

图T3.13

第4章数字逻辑基础

4.1数制和码制

4.1.1数制

瓦N'<4-1-1)

D=2410'(4-1-2)

(143.65"=1X102+4X101+3X100+6X10-,+5X10-1

&2(4-1-3)

s

(10011.11)B=1X2*+0X2+0X2*+1X2'+1X20+1X2-'+1X2",

<10011.11)B=1X24+0X2J+0X2s+1X2'+1X20+1X2~'+1X2-,

=1X2*+1X2'+1X20+1X2-1+1X2-1=(19.75%

Q-Z九附(4-1-4)

(3D.BE)H=3X161+13X160+11X16T+14X16T

(3D.BE)H=3X16,+13X16"+11X16、+14X16-2k61.74(保留小数点后两位)

4.1.2码制

表4-1-1几种常见的BCD代吗

恒权代码交权代码

吗裨类

十进制遍8421码2421码5211码余3码余3循环码

000000000000000110010

10001""111000101000110

200100010010001010111

30011OOH010101100101

4010001000111oin0100

50101mu100010001100

6011011'HI100110011101

701111101noo10101111

810001110110110111110

910011111lin11001010

杈842124215211

4.2逻辑代数中的基本运算

4.2.1逻辑与

(4-2-1)

Y-A•B•C•-A13CD-

口一Y

(c)(d)

图4.2.1逻辑与

4.2.2逻辑或

Y=A+B(4-2-2)

Y=A+B+C+D+-

(a)

A-f^U-Y

B—

(c)

图4.2.2逻辑或

4.2.3逻辑非

(4-2-3)

A—[>^Y

(d)

4.2.4复合逻辑

A—&

>-Y

B___

(b)

白二E>Y

(c)

图4.2.4逻辑与非

Y=八+B

B-

(b)

合至)-丫

(a)(c)

图4.2.5逻辑或非

Y=AB+AB=A©B

A—

B一

(b)

(C)

图426逻辑异或

Y=AB+AB=A0B-A©B

=1

AB、1o-Y

01

(b)

0°

100

__L_合克AY

(a)(c)

图4.2.7逻辑同或

4.3逻辑代数中的基本定律和常用公式

4.3.1基本定律

A4-B=B+A

A・B=B・A

A+(B+C)=(A+B)+C

A•(B-0=(A*B)•C

A•(B+C)=A•B+A•C

(A+B)•C-A•C+B・C

TFB-T.B

4.3.2基本公式

0•0=00*1=01*1=1

0+0=00+1=11+1=1

0=-1T-0

0•A1•A-A

0+A=A1+A=1

"A•A=0

A4-A=AK+A=l

不A

4.3.3常用公式

(1)A+A・B=A

证：A+A•B=A(1+B)=A

(2)A•B+A•BA

证：A•B+A•B=A•<B+E)=A•1=A

(3)A+K・B=A+B

证：A+耳•B=(A+X)•(A+B)-1•(A+B)A+B

f«l.AB+AB(C+D)-AB+C+D.

A+B+A+B(C+D)-(A+B)+TFB(C+D)-A+B+C+D

<4)AB+a+BC-AB+KC

证：AB+京+BCAB+AC+tA+MBC

-AB+AC+ABC'+ABC

-AB(1+C)+Al：(l+B)

-AB+AC

例.AB+XC+BC(D+E)AB4-M'

4.4逻辑函数及其表示方法

4.4.1逻辑函数的建立

表4・41真值表

ABCY

0000

0010

0100

0111

1000

1011

1101

1111

Y=f(AtB.C-)

4.4.2逻辑函数的表示方法

ZZZMZZZ

Y

B

图4.4.1三地控制一灯示意图

衰三地控制一灯逑辑真值表

AKCY

0000

0011

0101

0110

1001

10