数字电子电路

1、数字电子电路，唐景新，2003，论文，1。研究对象和应用领域2。设备开发概述3。模拟电子电路和数字电子电路的异同。课程要求。这学期的教学进度。参考书1。研究对象和应用领域。研究对象：器件、电路和系统应用领域：通信控制计算机文化生活，第二，器件和发展概述，二极管1904 (1911)晶体管1948(1951)小型集成电路1960 MSI(中型集成电路)1966大规模集成电路1969超大规模集成电路1975 1976单片机问世MCS-48系列(1976) MCS-51系列(1980) 96第四，课程要求，理论课与实践课并重，课内与课外相结合，课时比为1:2；第五，这学期的教学进度；第六，参考书。数

2、字电子电路清华大学唐景新清华出版社数字电子技术基础(数字部分)清华大学阎石主编高等教育出版社电子技术基础华中科技大学康高等教育出版社数字电子技术解题指南清华大学唐景新清华出版社半导体器件基础1.1半导体基础知识1.2半导体二极管1.3稳压器1.4半导体三极管，半导体器件基础，主要内容：PN结原理二极管特性(伏安特性)三极管特性1.1基础知识典型的材料为InSign半导体、硅、硅和锗，ge编号14 32。2.8.4外层电子层的排列。2.8.18.4最外层的电子数是4 4。原子模型：由内核和外电子组成。硅锗电子分层排列，占据不同能级的电子获得足够的能量跃迁。当晶体从内层到外层(低能量)(高能量)形

3、成时，能级分裂成能带。2，2。晶体结构。以硅晶体为例，四个相邻原子的最外层的四个电子和最外层的一个电子形成共价键结构。共价键上的电子可以获得足够的能量脱离轨道，成为自由电子，在原来的位置留下“空穴”。电子和空穴成对出现。在室温下，能跃迁的电子数量很少。3.能带图，能带由大量能级组成，相邻能级之间的能差可以近似视为连续的。能带之间有一个带隙，带隙宽度由下式表示。带隙硅锗1.21eV 0.785eV 0 1.1eV 0.71eV 300，4，载流子数，当纯半导体为0时，价带全是电子(全带)，导带无电子(空带)，本征半导体中的载流子数(浓度：载流子数/单位体积)K:玻尔兹曼常数，5，本征半导体特性，

4、在300 K时，其导电性是铜的两倍。掺杂是提高其导电性的方法。第二，掺杂半导体，五价元素：砷(As)，锑(Sb)，磷(p)-n型(施主型)，三价元素：镓(ga)，硼(b)，铝(al)-p型(受主型)，1。晶体结构图，n型和p型，2。g，I，e ev，e ev，=，=，1.1，0.045，g，I，e ev，e ev，=，=，300，k，3。多数派和少数派。对于N型半导体，大多数载流子是电子，简称为多重态。少数载流子是空穴，称为少数载流子。对于P型半导体，大多数载流子是空穴；少数载流子是电子，这意味着半导体中的多重态和少数载流子的数量随着掺杂的增加而增加。一般来说，多重态比少数载流子大得多，但是它

5、们的乘积满足P型N型和是本征半导体中空穴和电子数的要求。4.掺杂半导体是包含两个导电粒子的多个载流子和少数载流子的产物，它的特性在一定温度下是恒定的。本征半导体中电子和空穴的乘积等于掺杂半导体的乘积，无论是p型还是n型，都是电中性掺杂，这提高了半导体的导电性。3.PN结原理，扩散和漂移运动，空间电荷层正向偏压下的空间电荷层电容效应，1。扩散和漂移运动，载流子浓度差引起的运动称为扩散，电场引起的载流子运动称为漂移。以PN结为例。侧孔扩散到N侧，而右侧带正电，左侧带负电。在空间层有一个从右向左指向的内置电场。内建的场方向指向N，这将阻碍大多数载流子的通过，但是可以将空间电荷层中的少数载流子(区域中

6、的电子和N区域中的空穴)扫向另一侧。当浓度差引起的扩散运动和内建场的存在引起的漂移运动趋于平衡时，N结界面两侧载流子的浓度不再变化，这称为动态平衡。2。空间电荷层，空间电荷层的特点：它是一种高阻抗离子层。中间一侧带负电，n侧带正电。正负电的总量是相等的，所以量是电中性的。因此，对于结，主要扩展到N区域一侧的内建场的方向从N3指向。正向偏置空间电荷层是平衡条件下多重态和少数载流子的数量。在穿过界面的另一侧后，多路复用器随着距离的增加而逐渐减少，这可以近似为指数函数衰减定律。在正偏压作用下，多载流子交叉减弱，非平衡载流子积累。等效于变薄，扩散漂移产生正向电流，结论：在正向偏置条件下，PN结导通。4

7、。反向偏置空间电荷层。在反向偏置条件下，提高多子交叉难度更大。与平衡条件相比，漂移扩散相当于加宽少数载流子，更容易被拉到另一侧形成反向电流。结论：在反向偏置条件下，PN结被阻断。5。电容效应，扩散电容：多子交叉，由不平衡载流子引起。势垒电容：由空间电荷层中离子层的变化引起。结电容：当PN结由反向变为正向时，当PN结由正向变为反向时，1.2半导体二极管，1 .二极管类型，结构和符号类型(生产工艺)PN结外壳引线符号，2 .二极管伏安特性两条线：正向曲线，指数反向曲线，线性两点：死区时间电压击穿电压静态电阻动态电阻，k玻尔兹曼常数参数(漏电流)A结面积，n .它与少数载流子浓度，扩散系数和结面积有

8、关。3。二极管电流方程，正向偏置电压和反向偏置电压下的动态电阻推导，4。二极管开关特性，当正向电压突然变为反向电压时，反向恢复时间开关管2CK15的存在会影响二极管的使用频率，最大平均整流电流由结面积和散热条件决定。最大反向电压反向电流。越小，单边电导率越好，它受温度影响很大。工作频率主要取决于：5。主要参数：1.3稳压器；1.原理、特性和符号：在二极管特性曲线的反向击穿区，流过管的电流变化很大，两端电压几乎不变，稳定的电压充当阴极-阳极；1.雪崩击穿和齐纳击穿：载流子在电场中高速移动，撞击晶体中的外层电子，使它们成为自由电子。雪崩击穿期间的电压稳定值相对较高。一般来说，2。齐纳击穿：在强电场

9、的直接作用下破坏共价键，产生大量电子和空穴对的击穿模式，通常发生在空间电荷层较薄(PN结两侧掺杂浓度较大)且稳压值相对较低时。一般来说，2。击穿模式和温度系数，基于雪崩击穿的稳压管，通常具有正温度系数和上升温度，温度系数表示为。原因分析：随着温度的升高，晶格中原子的振幅和热运动增加，从而影响电子在电场中的速度。通过增加反向偏置电压来增加电场强度。基于齐纳击穿的电压调节器具有负温度系数。随着温度的升高，稳压值降低，即原因分析：温度升高，晶体的带隙变小，较小的电场强度会破坏共价键，产生电子-空穴对。一般来说，三个主要参数：稳定电压、稳定电流、额定功耗、温度系数，动态电阻越小，稳压效果越好；四个应用

10、实例，1晶体管结构，分类，符号结构分类符号NPN PNP，1.4半导体三极管，三层，三个电极，两个PN结发射极区是高掺杂的，载流子浓度大，发射极基极区掺杂低于发射极区，基极区薄。只有集电极区是低掺杂的，以便从发射极区收集大量载流子。第二，晶体管的放大发射极结E的正向偏置和集电极结C的反向偏置是三极管放大的必要条件。1.该电路连接be之间的正偏置电压和CB之间的反向偏置电压。发射极e是基极电路和集电极电路的公共接地端，这被称为公共发射极连接方法。、2。实验现象，3。放大分析，区域正向偏压发射多个电子进入基极区域B，形成发射极电流。少数电子与基极区的多个电子结合形成基极电流。大多数未复合的过渡基极

11、区到达C结，并被扫入集电极区N以形成电流。4、解释电流方向的几个要点，发射电子。负电源为电子流提供向上的方向，这相当于空穴流的向下方向。并且基部在基部区域中提供重新结合的孔。方向流入底部。集电器收集电子流，集电器向内发射空穴以保持电中性，方向是流入方向。电流的大小表明基极区域B非常薄，从该区域发射的电子非常少且复杂，因此形成非常小。并且彼此大致相等。发射区发射的所有电子都进入集电极区，只有极少量的复合在基极区，所以它们大致相等。总电流表明，对于NPN管，在讨论中忽略了p区空穴注入到该区。实际上，总电流应该是两种载流子运动的总和。，三。三极管的输入和输出特性-研究电流和电压的关系，1。输入特性共发射极电路(CE)，当该曲线类似于二极管正向特性曲线时，一系列指数函数曲线(对应于不同的值)增加，并且该曲线向右移动。原因分析：在相同的数值下，画一条垂直线，那么，图中基带展宽效应的含义是：2。输出特性，当相似二极管的反向特性曲线的不同值对应于一组具有相似形状的曲线，并且这些曲线略微向上(恒定)时。原因分析：用基底加宽效应解释，三个区域解释截止区放大区的饱和区；4.三极管状态判断法，PN结偏置(理论)管压降测量(测试)电流关系(计算):三极管处于临界饱和时的基极注入电流值，该值随输出回路参数而变化。5.三极管的开关特性，通常三极管脱离饱和的时间比