电子技术基础电子教案

第一章半导体的基础知识

第一节半导体二极管

教学目的：1、了解半导体材料

2、知道PN结的特性

3、了解晶体二极管的结构和工作原理

4、掌握基本二极管电路的分析方法

教学重点：1、PN结导电特性

2、二极管的导电特性及主要参数

教学难点：1、PN结导电特性

2、二极管伏安特性

教学方法及手段：1、教师讲授及学生练习、实验实训相结合。

2、板书及多媒体课件相结合。

课时计划：4课时

一、本征半导体

纯净的半导体称为本征半导体。

1）半导体的特性

按导电能力物质划分为:导体、绝缘体、半导体。

半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间。

半导体的导电特性：有热敏性、光敏性和掺杂性。

本征激发：我们把在热或光的作用下，本征半导体中产生电子空穴对的现象,称为本征激发，又称为热激

发。本征激发产生了电子一空穴对。

二、杂质半导体

1）N型半导体

在纯净的半导体硅（或楮）中掺入微量五价元素（如磷）后，就可成为N型半导体，在这种半导体中，自

由电子数远大于空穴数,导电以电子为主,故此类半导体亦称电子型半导体。

自由电子一多数载流子（简称多子），空穴一少数载流子（简称少子）

2）P型半导体

在硅（或错）的晶体内掺入少量三价元素杂质，如硼（或锢）等，就构成了P型半导体，在这种半导体

中，自由电子数远小于空穴数，导电以空穴为主，故此类半导体亦称为空穴型半导体。

三、PN结

1）PN结的形成

在一块完整的晶片上,通过一定的掺杂工艺，一边形成P型半导体，另一边形成N型半导体。在交界面

两侧形成•个带异性电荷的离子层,称为空间电荷区，并产生内电场,其方向是从N区指向P区，内电场的建

立阻碍了多数载流子的扩散运动，随着内电场的加强，多子的扩散活动逐步减弱，直至停止，使交界面形成一

个稳定的特殊的薄层，即PN结.因为在空间电荷区内多数截流子已扩散到对方并复合掉了，或者说消耗尽了，

因此空间电荷区又称为耗尽层。

PN结合因多子浓度差多子的扩散空间电荷区

形成内电场阻止多子扩散，促使少子漂移。

2）PN结的单向导电特性

偏置电压：在PN结两端外加电压,称为给PN结以偏置电压。

（1）P\结正向偏置

正向偏置:给PN结加正向偏置电压，即P区接电源正极,N区接电源负极,此时称PN结为正向偏置（简称正偏）,

此时PN结处于正向导通状态。

如I二图所示。由于外加电场及内电场的方向相反,因而削弱了内电场，使BN结变窄，促进了多臼勺扩散

运动。形成了较大的正向电流。

（2）PN结反向偏置

反向偏国：给PN结加反向偏置电压，即N区接电源正极,P区接电源负极,称PN结反向偏置（简称反偏）。只

有少数我流子形成的很微弱的电流，称为反向电流。

如上图所示。由于外加电场及内电场的方向一致,因而加强了内电场，使PN结加宽，阻碍了多子的扩散

运动。在外电场的作用下,应当指此少数载流子是由于热激发产生的，因而PN结的反向电流受温度影响很

大。结论：PN结具有单向导电性。即加正向电压时导通，加反向电压时截止。

四、半导体二极管

一）、二极管的结构

二极管的结构外形及在电路中的文字符号如图4.7所示,

（a）结构；（b）符号；（c）外形

在图所示电路符号中，箭头指向为正向导通电流方向。

类型：

(D按材料分:有硅、褚二极管和碑化钱二极管等。

(2)按结构分:有点接触型、面接触型二极管、平面型二极管。

(3)按用途分:有整流、稳压、开关、发光、光电等二极管。

(4)按封装形式分:有塑封及金属封等二极管。

(5)按功率分:有大功率、中功率及小功率等二极管。

二)、二极管的伏安特性

二极管伏安特性曲线

若以电压为横坐标，电流为纵坐标，用作图法把电压、电流的对应值用平滑的曲线连接起来，就构成二

极管的伏安特性曲线，如上图所示(图中虚线为褚管的伏安特性,实线为硅管的伏安特性)。下面对二极管伏

安特性曲线加以说明。

1.正向特性：二极管两端加正向电压时，就产生正向电流，当正向电压较小时，正向电流极小(几乎为零)，

这一部分称为死区,相应的AS')点的电压称为死区电压或门槛电压(也称阈值电压。如上图中OA(OA')段。

死区电压：硅管约为0.5V,错管约为0.IV

当正向电压超过门槛电压时，正向电流就会急剧地增大,二极管呈现很小电阻而处于•导通状态。正向导

通压降：硅管的正向导通压降约为0.6F.7V,错管约为0.2~0.3V,如图4.8中AB(A'B')段。二极管正向

导通时，要特别注意它的止向电流不能超过最大值，否则将烧坏PN结。

2.反向特性：二极管两端加上反向电压时,在开始很大范围内，二极管相当于非常大的电阻,反向电流很小，

且不随反向电压而变化。此时的电流称之为反向饱和电流IR,见上图中OC(OC)段。

3、二极管的击穿特性

反向击穿：二极管反向电压加到一定数值时，反向电流急剧增大，这种现象称为反向击穿。此时对应的

电压称为反向击穿电压，用UBR表示，如C'D')段。

第二节半导体三极管

教学目的：了解半导体三极管结构、输入输出特性曲线、主要参数。

教学重点：r解半导体三极管结构、输入输出特性曲线、主要参数。

教学难点：输入输出特性曲线、电流放大作用。

教学方法及手段：教师讲授及学生练习、实验实训相结合：板书及多媒体课件相结合。

课时计划：4课时

一.晶体三极管的结构

结构组成：由两个PN结、3个杂质半导体区域和三个电极组成，杂质半导体有P、N型两种。

三个区：基区--很薄＜一般仅有】微米至几卜微米厚.

发射区--发射区浓度很高。

集电区--集电结截面积大于发射结截面积。

两个PN结：发射结一-为发射区及基区之间的PN结。

集电结--为集电区及基区之间的PN结。

三个电极；发射极e、基极b和集电极c;分别从这三个区引出的电极。

三个区组成形式：有\PN型和PNP型两种。结构和符号如图5.1.1所示。

NPN型晶体三极管的结构图及表示符号PNP型

三极管种类：

按基片材料分--硅管，目前国内生产硅管多为NPN型（3D系列）；

褚管，目前国内生产褚管多为PNP型（3A系列）。

按频率特性分-一高频管和低频管。

按功率大小分---大功率管、中功率管和小功率管等。

按组成形式分■一有NPN型和PNP型两种。实际应用中采用NPN型三极管较多。

PNP型和NPN型三极管表示符号的区别是发射极的箭头方向不同，这个箭头方向表示发射结加正向

偏置时的电流方向。

二、电流放大原理

（1）产生放大作用的条件

内部：a）发射区杂质浓度〉〉基区〉集电区

b）基区很薄

外部：发射结正偏，集电结反偏

（2）三极管内部载流子的传输过程

a）发射区向基区注入电子，形成发射极电流iE

b）电子在基区中的扩散及复合，形成基极电流iB

c）集电区收集扩散过来的电子，形成集电极电流h

（3）电流分配关系:

IE=Ic+IH1C

D发射区向基区发射电子的时!

N勺

2）电子在基区的扩散和复合过年

.1Tr1rT1T1T1

3）电子被集电区收集的i士][[[]]P

三极管的电流放大作用:

RB

N

实验表明h比k大数十举［数百p—八上1有控制作用，1,随L的改变而改变,

即基极电流较小的变化可以引晒电极电流较大色变化,表明基极电*i对集电极具有小量控制大量的作用,

0BB），E

这就是三极管的电流放大作用。力I皿川以•也略M，上式司曲化为把集旭极电流的变化量及基极电流的变化

量之比定义为三极管的共发射极交流电流放大系数B,其表达式为:

三、晶体三极管的特性曲线

三极管的特性曲线是指各电极间电压和电流之间的关系曲线。

（-）输入特性曲线

三极管的输入特性曲线如图下图所示。

1.当UCE=0时

从输入端看进去，相当于两个PN结并联且正向偏置.，此时的特性曲线类似于二极管的正向伏

安特性曲线。

2.当sNIV时

图中可见,的曲线比u“=0V时的曲线稍向右移

移动。但当us》2V后，曲线基本重合。

（二）输出特性曲线

（1）放大区：发射极正向偏置，集电结反向偏置。

（2）截止区：发射结反向偏置，集电结反向偏置.。

（3）饱和区：发射结正向偏置，集电结正向偏置。

四、晶体三极管的主要参数

1、三极管为共发射极接法

静态（宜流）,在集电极-发射极电压UCE•定的条件下，由基

极直流电流TB所引起的集电吸直流电流及基极电流之比，称为共发射极静态（直流）电流放大系数，记

作:

动态（交流）电流放大系数B：当集电极电压加为定值时，集电极电流变化量及基极电流变化量AIB

之比,即:

（二）极间反向截止电流

1、发射极开路，集电极一基极反向截止电流1皿。

2、基极开路，集电极一发射极反向截止电流105n。I6是当三极管基极开路而集电结反偏和发射结正偏

时的集电极电流。也叫穿透电流。

Im=（1+B）I⑻，他们均随温度的上升而增大。

（三）极限参数

1、集电极最大允许电流I皿当I『超过一定数值时B下降，B下降到正常值的2/3时所对应的L值为1皿

当IDL时，可导致三极管损坏。

2、集电极最大耗散功率Po,集电极最大耗散功率是指三极管正常工作时最大允许消耗的功率。致击穿，施

加在集电极一发射极之间允许的最高反向电压。U网,为发射极开路时集电结不致击穿，施加在集电极一基

极之间允许的最高反向电压。Uw为集电极开路时发射结不致击穿，施加在发射极一基极之间允许F勺最高

UcE"~Z）U（3/?）C£O

反向电压。使用中取：2J

本课小结

1.三极管有硅管和错管两种，硅管和错管均有NPN型和PNP型诙类。

2.为使三极管具有放大作用，必须满足的加电原则。

3.三极管放大作用的主要公式:

4.三极管的特性曲线：是指各电极间电压和电流之间的关系曲线。

5.三极管的三种工作状态：1）放大：2）截止：3）饱和

6.三极管的极限参数：1）集电极最大允许电流1皿

2）集电极最大耗散功率生

3）反向击穿电压

练习及作业:《电子技术基础》教材P21161-7、1-8、1-9、1-10。

c.l第三节

Q

教学目的：1、了解场效应管的结耳d

符号：2、掌握声效应管的可原理。

教学重点：绝缘栅柳滋应管中忖翼理。

教学难点；绝缘栅型场效应管温邺向理。

教学方法及手段：1、教师讲授及学号相结合。

2、板书及多媒体课件用腐。

课时计划：3课时。c

一、场效应管的特点及分类。s衬底b

1、特点

场效应管（FieldEffectTransistor简称FED是一种电压控制器件，工作时，只有一种载流子参

及导电，因此它是单极型器件。FET因其制造工艺筒单，功耗小，温度特性好，输入电阻极高等优点，得

到了广泛应用。

2、分类

绝缘棚场效应管沟道

，增强型

沟道

FET分类：I

二、绝缘栅场效应管的涌及工作原理u沟道

I结型场效应管『沟道沟道

1、结构

绝缘栅型场效应管（MetalOxideSemiconductorFET）,简称MOSFET。分为：增强型：N

沟道、P沟道

耗尽型：N沟道、P沟道

1.N沟道增强型MOS管

（1）结构

4个电极：漏极D,

源极S,栅极G和衬底B。

(2)工作原理

①栅源电压小的控制作用

当UFOV时，漏源之间相当两个背靠背的二极管，在d、s之间加上电压也不会形成电流，即管子截

止。当Uc.s>OV时一纵向电场一将靠近栅极下方的空穴向下排斥一耗尽层。再增加k-纵向电场t―将P

区少了•电广聚集到P区表面一形成导电沟道，如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流

定义:

开启电压(UT)一一刚刚产生沟道所需的

栅源电压L-iso

\沟道增强型MOS管的基本特性:

3<Ur,管子截也

叱>Ur>管子导nJ变电阻区

u®越大，沟道泰！

②漏源电压UH对漏极电流i局

当叱>5,且固定为某一值时,」

压加对漏极电流ID的影响。(设U

(a)3产。时,id=0o

(b)Ud%t-*idt：

同时沟道靠漏区变窄。

(c)当u也增加到使u“=Ur时，

沟道靠漏区夹断，称为预夹断。“DS(V)

(d)%再增加，预夹断区

加长，LU增加的部分基本降落/断沟道上,id基本不变。

(3)特性曲线

①输出特性曲线：

四个区：

可变电阻区(预夹断前)。

tn流区也称饱和区(预央断后)。

夹断区(截止区)。

击穿区。

②转移特性曲线：

可根据输出特性曲线作出移特性曲线。

例：作u(>s=10V的一条转移特性曲线:

一个重要参数一一跨导g.：

gm=ii>/UGSUi>s=const(单位mS)

法的大小反映了栩源电压对漏极电流的控制作用。

在转移特性曲线上，岛,为的曲线的斜率。

在输出特性曲线上也可求出g”

2、N沟道耗尽型MOSFET

在栅极下方的Si02层中掺入了大量的金属正离子。所以W形成

了沟道。

特点：

当u1s=0时，就有沟道，加入u淤,就有片。

当%>0时,沟道增宽，h进一步增加。

当itoVO时,沟道变窄，正减小。

定义：夹断电压（U.）一一沟道刚刚消失所锯的栅源电压叱。iD（mA）

iD(mA)

4勾道耗尽型MOSFET的特•帙曲第

出特性

3

u

GS

2

3P沟道耗尽型MOSFET

1GS（V）

PMOSFET的工作原理殂N沟谟MQS臼洱，完全和皿不过导电的4院子京同。供他电磁性不同而已。

逮丽极型上假曾冉阳里俾。・

in.s^irrT(V)

10VGS=-2V=UP

4.MOS管的主要参数

1）开启电压5

（2）夹断电压加

⑶跨导gr,：gr=i（l/u（sUD5=const

（4）宜流输入电阻电一一栅源间的等效电阻。由于-VOS管栅源间有sio2绝缘层，输入电阻可达109〜1015。

二、结型场效应管的结构及工作原理（同学们自己分析）

本课小结:

1、FET分为川ET和MOSFET两种。

2、工作时只有一种截流子参及导电，因此称为单极性晶体管。

3、FET是一种电压控制电流型器件。改变其栅源电压就可以改变其漏极电流。

源/s棚疑碣极d

4、FET的特性可用转移特制坪和输出特性曲线来描珥其性能叫用一系列算数来表征。

本课小结：1、场效管有两种，结型及绝缘栅型。

2、您缘栅型啊效k管的结构及工修

符号

3、冕绥栅邛牛融节的特点及参罂N

《电子技术扁一一

练习及作业:^l1P211-

ob第二章

整流及滤波电路――

R衬底

教学目的:「解整流、徙波、稔乐的工作ML

教学重点:单相桥整流电弓输工作原理、电容沌波、二极管稳压।曲r讥

村底b

教学难点：单相桥式整流电路。

教学方法及手段：教师讲授及学生练习、实验实训相结合：板书及多媒体课件相结合。

课时计划：3课时

第一节单相整流电路

整流电路：利用具有单向导电性能的整流元件如二极管等，将交流电转换成单向脉动直流电的电路称为整

流电路。整流电路按输入电源相数可分为单相整流电路和三相整流电路，按输出波形又可分为半波整流电

路和全波整流电路。目前广泛使用的是桥式整流电路。

当佻为负半周时，二极管D承受反向电压而做止。此时负载上无电流流过，输出电压1=0,变压器副边电

压U2全部加在二极管D上。

3、负载两端电压、流过负载的电流及二极管两端最高反相电压及流过二极管的平均电流。

单相桥式整流电路

单相半波整流电压的平均值为：

1.

Uo=­[41U.sin(Oid(a)t)=—U.=0.45U,

2TT071■

1.流过负载电阻％的电流平均值为：

工0.452民受反向电压而截止。

出流经二极管的电流平均值与负载电流平均值相等，即：

/D=/°=0,45?民受反向电压而截止。

卜

二极管截止时承受的最高反向电库为小的最大值，即:

URM=U2M=&02

3、负载两端电压、流过负载的电流及二极管两端最高反相电压及流过二极管的平均电流。

二、单相全波整流电路的工作原理由同学们自行分析

第二节滤波电路

教学目的：了解滤波常用的元件及工作原理。

教学重点：单相桥整流电路电容滤波电路。

教学难点单相桥式整流电路电容滤波电路。

教学方法及手段：教师讲授及学生练习相结合：板书及多媒体课件相结合。

课时计划：3课时

滤波的概念：整流电路可以将交流电转换为直流电，但脉动较大.在某些应用中如电镀、蓄电池充电等可

直接使用脉动直流电源。但许多电子设备需要平稳的直流电源。这种电源中的整流电路后面还需加源波电

路将交流成分滤除，以得到比较平滑的输出电压。滤波通常是利用电容或电感的能量存储功能来实现的。

一、电容漉波器

组成：电容器及负载并联，是一个最简单的滤波器。

原理:

单相半波整流电容滤波电路的输出特性曲线如图所示。从图中可见，电容滤波电路的输出电压在负载变

化时波动较大，说明它的带负载能力较差，只适用于负我较轻旦变化不大的场合。

桥式整流电容漉波电路的工作原理及半波相似，只不过是一个短期充放电两次，波形更加平稔。

体积大、笨重且存在电磁干扰。

）般常用如下经验公式估停电容滤波时的输出电压平均值。

全波：4=1.2%

为了获得较平滑的输出电压，一般要求凡2（10~15）」，即：

（oC

T

L.LIR

教cT电

高

教0

J（a）LC滤波电路（b）CLC滤波电路（c）CRC滤波电路的

数［冲击电流（ic+i。），为了保证二极管的安全，选管时应放宽裕量。

力单相半波整流、电容滤波电路中，二极管承受的反向电压为实训相结合，

=MC+U-,,当负载开路时，承受的反风电压为最高，为：

URM=2

、稳压二极管

稳压管是一种用特殊工艺制造的半导体二极管，稳压管的稳定电压就是反向击穿电压。稳压管的稳压作

用在于：电流增量很大，只引起很小的电压变化。

稳压管的主要参数:

(1)稳定电压U,。反向击穿后稳定工作的电压。

的被流，工作切靖定电电时的的版

(2)

动态电阻口。稳定工•作范围内，管子两端电压的变化量及相应电流的变化量之比。即：rz=AU/AI”

额定功率巴和最大稳定电流［总额定功率化是在稳压管允许结温下的最大功率损耗。最大稳定电流

L是指稳压管允许通过的最大电流。它们之间的关系是:

P产UzL

二、简阻撤压髓耻阴极

0--------------^|-------------O

稳压二极管正常工作电压为：反向击穿电压。

工作原理:

输入电压口波动时会引起输出电压U.波动。如U，升高将引起随之升高，导致稳压管的电流1,急剧增加,

使得电阻R上的电流I和电压U迅速增大，从而使IL基本上保持不变。反之，当U减小时，U相应减小,

仍可保持U“基本不变。

当负载电流L1发生变化引起输出电压工发生变化时，同样会引起L的相应变化，使得山保持基本稳定。如

当L增大时，I和L均会随之增大使得U。下降，这将导致I”急剧减小，使I仍维持原有数值保持U.不变,

使得L得到稳定。

力

三、发光二极管

LED

当发光：极管的PN湘芯.正向电压时，电子及青。

阳极©------Y-----------0阴极

不同材料制成的发光会发出不同颜色的光。

E

R

发光二极管具有亮度高、消晰度高、电压低（1.E而、寿命长等特点，是

一种很有用的半导体器常用于信号指示、数字和字符显示。（b）

四、光电二极管

光电二极管的正常工作电压为：反向电压。

光电二极管的又称为光敏二极管，其工作原理恰好及发光二极管相反。当光线照射到光电二极管的

PN结时，能激发更多的电子，使之产生更多的电子空穴对，从而提高了少数载流子的浓度。在响结两端加

反向电压时反向电流会增加，所产生反向电流的大小及光的照度成正比，所以光电二极管正常工作时所加

的电压为反向电压。为使光线能照射到PN结匕在光电二极管的管壳H殳有•个小的通光窗口。

本课小结：1、稳压二极管的特性曲线及参数。

2、简单硅稳压管的稳压电路的工作原理。

3、发光二极管及光电二极管的工作原理。

练习及作业:《电子技术基础》教材P362-12、2T3、2-14.2-15、2-16

第三章低频小信号放大电路

第一节放大器概述

教学目的：了解放大的概念、对放大器的基本要求

教学重点：对放大器的基本要求。

教学难点放大器的输入、输出。

教学方法及手段：教师讲授及学生练习相结合：板书及多媒体课件相结合。

课时计划：1课时

一、放大的概念

将微弱的电信号进行有限的放大得到所需要的信号。

放大器的方框图如下：

输入放大器输出

放大器满足的两个条件：

1、输出信号的功