电子电路辅导精选文档.ppt

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1、电子电路辅导课件1本讲稿第一页，共五十二页 电子技术由电子技术由模拟电子技术模拟电子技术和和数数字电子技术字电子技术两部分构成。两者的两部分构成。两者的区别在于所处理的信号不同：前区别在于所处理的信号不同：前者处理的是模拟信号（者处理的是模拟信号（在时间上在时间上或数值上连续变化的信号或数值上连续变化的信号），相应），相应的电路称为模拟电路；后者处理的的电路称为模拟电路；后者处理的是数字信号（是数字信号（在时间上或数值上都在时间上或数值上都是不连续的，即所谓离散的信号是不连续的，即所谓离散的信号），相应的电路称为数字电路。，相应的电路称为数字电路。2本讲稿第二页，共五十二页1.半导体基本知识和

2、半导体基本知识和PN结结1）导体、半导体和绝缘体导体、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,可分为可分为导体导体、绝缘体绝缘体和和半导体半导体。半导体半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间。的导电能力介于导体和绝缘体之间。其内部存在有两种载流子：其内部存在有两种载流子：自由电子自由电子和和空穴空穴。在。在常态下，它们的导电能力很弱，更接近于绝缘体；常态下，它们的导电能力很弱，更接近于绝缘体；但在掺入杂质但在掺入杂质(其它元素其它元素)、受热、光照或受到其它、受热、光照或受到其它条件影响后，它的导电能力将明显增强而接近于导条件影响后，它的导电能力将明显增强而接近于导体。体。一、

3、一、半导体基础和常用半导体器件半导体基础和常用半导体器件3本讲稿第三页，共五十二页 半导体的导电机理不同于其它物质，所以它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：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，它的导电能当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。力明显变化。往纯净的半导体中掺入某些杂质（往纯净的半导体中掺入某些杂质（其它元其它元素素），会使它的导电能力明显改变。），会使它的导电能力明显改变。4本讲稿第四页，共五十二页通过一定的工艺过程，可以将半导体制成通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体晶体。完全纯净的、结构完整的半导体晶体，完全纯

4、净的、结构完整的半导体晶体，称为称为本征半导体本征半导体。在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体在硅和锗晶体中，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，而四个点阵，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，每个原子与其相临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形成的原子之间形成共价键共价键，它们共用一对价电子。，它们共用一对价电子。5本讲稿第五页，共五十二页硅和锗的共价键结构硅和锗的共价键结构共价键共共价键共用电子对用电子对+4+4+4+4+4+4表示除去表示除去价电子后的价电子后的原子原子6本讲稿第六页，共五十二页共价键中的两个电子被紧

5、紧束缚在共价键共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为中，称为束缚电子束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共，常温下束缚电子很难脱离共价键成为价键成为自由电子自由电子，因此本征半导体中的自由电，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。形成共价键后，每个原子的最外层电子是形成共价键后，每个原子的最外层电子是8个，构成稳定结构。个，构成稳定结构。共价键有很强的结合力，使共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。原子规则排列，形成晶体。+4+4+4+47本讲稿第七页，共五十二页+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

6、由电子自由电子空穴空穴被束缚电子被束缚电子8本讲稿第八页，共五十二页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子，本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即即自由电子自由电子和和空穴空穴。温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。点。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度（单位体积内的载流子数量）。（单位体积内的载流子数量）。9本讲

7、稿第九页，共五十二页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，就会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。使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。大增加。使自由电子浓度大大增加的杂质半导体称为使自由电子浓度大大增加的杂质半导体称为N型半导体型半导体（电子型半导体），使空穴浓度大（电子型半导体），使空穴浓度大大增加的杂质半导体称为大增加的杂质半导体称为P型半导体型半导体（空穴型（空穴型半导体）。半导体）。10本讲稿第十页，共五十二页N型半导体型半导体N型半导体中的载流子是什么？型

8、半导体中的载流子是什么？1、由磷原子提供的电子，浓度与磷原子相同、由磷原子提供的电子，浓度与磷原子相同。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，所以，、掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载多数载流子流子（多子多子），空穴称为），空穴称为少数载流子（少子）。少数载流子（少子）。11本讲稿第十一页，共五十二页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（或铟铟In），晶体点阵

9、中的某些半导体原子被硼），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；硼原子的最外层原子或铟原子（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形成共价键有三个价电子，与相临的半导体原子形成共价键时，产生一个时，产生一个空穴空穴。这个空穴可能吸引束缚电子。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动的来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离带负电的离子子。12本讲稿第十二页，共五十二页总总 结结1、N型半导体型半导体中中电子电子是是多子多子，其中大部分是所掺杂质提，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。供的电子，本征半导体产生的电

10、子只占少数。N型半型半导体导体中中空穴空穴是是少子少子，少子的迁移也能形成电流，由于数，少子的迁移也能形成电流，由于数量的关系，量的关系，起导电作用的主要是多子起导电作用的主要是多子。近似认为多子与近似认为多子与杂质浓度相等。杂质浓度相等。2、P型半导体型半导体中中空穴空穴是是多子多子，电子电子是是少子少子。13本讲稿第十三页，共五十二页3）PN结结PN 结的形成结的形成 在同一片半导体基片上，采用半导体在同一片半导体基片上，采用半导体工艺分别制造工艺分别制造P型半导体（型半导体（P区）和区）和N型型半导体（半导体（N区），经过多数载流子的扩散区），经过多数载流子的扩散运动，在它们的交界面处就

11、形成了运动，在它们的交界面处就形成了 PN结。结。14本讲稿第十四页，共五十二页+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15本讲稿第十五页，共五十二页 PN结的单向导电性结的单向导电性PN结结加上正向电压加上正向电压、正向偏置正向偏置的意思都的意思都是：是：P区加正、区加正、N区加负电压区加负电压(P+,N-)。PN结结加上反向电压加上反向电压、反向偏置反向偏置的意思都是：的意思都是：P区加负、区加负、N区加正电压区加正电压(P-,N+)。16本讲稿第十六页，共五十二页结论：u所谓所谓PN结的单向导电性结的单向导电性是指：是指：1.PN结外加正向电压（正向偏置，即结外加

12、正向电压（正向偏置，即P+，N-）时）时PN结导通结导通，其正向导通电阻很小，有，其正向导通电阻很小，有较大的正向电流通过（主要由多数载流子组成）较大的正向电流通过（主要由多数载流子组成）；2.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结截止结截止，其反向电阻很大，只流过很，其反向电阻很大，只流过很小的反向电流（主要由少数载流子组成）；此电小的反向电流（主要由少数载流子组成）；此电流很小，常可视为流很小，常可视为0。17本讲稿第十七页，共五十二页2.半导体二极管半导体二极管(1)、基本结构、基本结构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

13、，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18本讲稿第十八页，共五十二页PN结结面接触型面接触型PN阳极阴极19本讲稿第十九页，共五十二页(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 硅管硅管 0.5V,锗管锗管 0.2V。导通电压（压降）导通电压（压降）UDon硅管硅管 0.60.7V,锗管锗管 0.20.3V。反向击穿电压反向击穿电压U(BR)20本讲稿第二十页，共五十二页(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二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向二极管长期使用

14、时，允许流过二极管的最大正向平均电流。平均电流。2）最高反向工作电压最高反向工作电压UR 保证二极管安全工作时允许外加的最高反向电压保证二极管安全工作时允许外加的最高反向电压值。一般取值。一般取UR=(=(1/22/3)U(BR)。21本讲稿第二十一页，共五十二页3）反向电流）反向电流 IR指二极管外加最高反向工作电压时的反向电流。指二极管外加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向反向电流越小越好电流越小越好。反向电流受温度的影响，。反向电流受温度的影响，温度越高反温度越高反向电流越大向电流越大。硅管的反向电流较小硅管

15、的反向电流较小，锗管的反向电锗管的反向电流要大几十到几百倍流要大几十到几百倍。以上均是二极管的直流参数。二极管的应用主要是以上均是二极管的直流参数。二极管的应用主要是利用它的单向导电性利用它的单向导电性,包括整流、限幅、保护等。包括整流、限幅、保护等。4)最高工作频率最高工作频率fM保证二极管的单向导电作用的最高工作频率。保证二极管的单向导电作用的最高工作频率。22本讲稿第二十二页，共五十二页(4)二极管的应用举例 二极管是电子线路中常用的基本半导体器件之一。二极管是电子线路中常用的基本半导体器件之一。它被广泛应用于它被广泛应用于整流整流、检波、检波、箝位、限幅箝位、限幅以及数字开以及数字开关

16、电路中。关电路中。u例 二极管箝位电路u右图电路中，设DA、DB 都是硅二极管；求下列几种 情况下电路输出端的电位VF。1)VA=VB=0V;2)VA=3V,VB=0V;3)VA=VB=3VVF+5VVAVBRDADB23本讲稿第二十三页，共五十二页解：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，利用二极管正向导通压降很小的特点，使电路中，利用二极管正向导通压降很小的特点，使输出端输出端F F的电位维持在一个不变的数值上，这就是的电位维持在一个不变的数值上，这就是二极管的

17、二极管的箝位箝位作用。在第作用。在第2 2）题中，）题中，D DB B就起着就起着箝位箝位作作用，而用，而D DA A则起着则起着隔离隔离作用。作用。VF+5VVAVBRDADB24本讲稿第二十四页，共五十二页 u例 二极管限幅电路右示电路中,ui=5sint V,D为理想二极管,E=2V;试画出uo波形。u解当uiE时，D导通，uo=ui；当uiE时，D截止，uo=E。因此可画得uo波形如右。本例中，利用二极管的单向导电特性，使uoE，这就是二极管的限幅作用。ui/V0tEu0/VEt52-5520DRE+_+_uiuo+_25本讲稿第二十五页，共五十二页特殊二极管特殊二极管 稳压二极管稳压

18、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工作区工作区26本讲稿第二十六页，共五十二页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 UZ（2）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（4）稳定电流）稳定电流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27本讲稿第二十七页，共五十二页 光电二极管光电二极管反向电流随光照强度的增加而上升。反向电流随

19、光照强度的增加而上升。IV照度增加照度增加28本讲稿第二十八页，共五十二页 发光二极管发光二极管有正向电流流过有正向电流流过时，发出一定波长时，发出一定波长范围的光，目前的范围的光，目前的发光管可以发出从发光管可以发出从红外到可见波段的红外到可见波段的光，它的电特性与光，它的电特性与一般二极管类似。一般二极管类似。29本讲稿第二十九页，共五十二页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）基本结构）基本结构BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极NPN型型PNP集电极集电极基极基极发射极发射极BCEPNP型型30本讲稿第三十页，共五十二页BECIBIEICNPN型三极管型三

20、极管BECIBIEICPNP型三极管型三极管31本讲稿第三十一页，共五十二页（1）输入特性）输入特性IB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1V 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。32本讲稿第三十二页，共五十二页（2）输出特性）输出特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域满此区域满足足IC=IB称为线性称为线性区（放大区（放大区）；区）；发发射结正射结正偏，集偏，集电结反电结反偏。偏。当

21、当UCE大于一大于一定的数值时定的数值时IC只与只与IB有关，有关，IC=IB。33本讲稿第三十三页，共五十二页IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中UCE UBE,发射结、发射结、集电结均正偏集电结均正偏，IBIC，UCE 0.3V称为饱和区。称为饱和区。34本讲稿第三十四页，共五十二页IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中:IB=0,IC=ICEO,UBE 死区电死区电压，称为截止压，称为截止区。此时，区。此时，发发射结、集电射结、集电结均反偏。结

22、均反偏。35本讲稿第三十五页，共五十二页小结：小结：1.1.三极管有三个工作区：放大区、饱和区和截三极管有三个工作区：放大区、饱和区和截 止区；止区；2.2.三极管工作在放大区时：发射结正偏，集电三极管工作在放大区时：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；36本讲稿第三十六页，共五十二

23、页3.三极管工作在饱和区时：发射结和集电结都三极管工作在饱和区时：发射结和集电结都正偏；对正偏；对NPNNPN管，基极（管，基极（b b）的电位最高，集电）的电位最高，集电极（极（c c）和发射极（）和发射极（e e）的电位都低于基极（）的电位都低于基极（b b）的电位；对的电位；对PNPPNP管，基极（管，基极（b b）的电位最低，集）的电位最低，集电极（电极（c c）和发射极）和发射极(e)(e)电位都高于基极（电位都高于基极（b b）的电位；的电位；4.三极管工作在截止区时：发射结和集电结都三极管工作在截止区时：发射结和集电结都反偏；对反偏；对NPNNPN管，基极（管，基极（b b）的电

24、位最低，集电）的电位最低，集电37本讲稿第三十七页，共五十二页极（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。三极管工作于放大区时各极电位情况三极管工作于放大区时各极电位情况becIBIEIC+_becIBIEIC_ _+NPNPNP38本讲稿第三十八页，共五十二页（3）主要参数）主要参数前面的电路中，三极管的发射极是输入输前面的电路中，三极管的发射极是输入

25、输出的公共点，称为共射接法，相应地还有共基、出的公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共集接法。共集接法。共射共射直流电流放大系数直流电流放大系数：1.电流放大系数电流放大系数和和 _39本讲稿第三十九页，共五十二页工作于动态的三极管，真正的信号是叠工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为为 IB，相应的集电极电流变化为，相应的集电极电流变化为 IC，则，则交流电流放大系数交流电流放大系数为：为：40本讲稿第四十页，共五十二页例：例：UCE=6V时：时：IB=40 A,IC=1.5mA；IB=60 A,IC=2.3mA。在

26、以后的计算中，一般作近似处理：在以后的计算中，一般作近似处理：=注意：前提是三极管工作在放大区。注意：前提是三极管工作在放大区。41本讲稿第四十一页，共五十二页2.集集-基极反向截止电流基极反向截止电流ICBO AICBOICBO是集是集电结反电结反偏时由偏时由少子漂少子漂移形成移形成的反向的反向电流，电流，它受温它受温度变化度变化的影响。的影响。42本讲稿第四十二页，共五十二页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+)ICBO43本讲稿第四十三页，共五十二页4.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

27、管的上升会导致三极管的 值的值的下降，当下降，当 值下降到正常值的三分之二时的集值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为电极电流即为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，当温度上升时，受温度影响很大，当温度上升时，ICEO增加很快，所以增加很快，所以IC也相应增加。也相应增加。三极管三极管的温度特性较差的温度特性较差。以下三个参数为极限参数：44本讲稿第四十四页，共五十二页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UCE超过一定的数值时，超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是三极管

28、就会被击穿。手册上给出的数值是2525 C C、基基极开路时的击穿电压极开路时的击穿电压U(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，所发出的焦耳流过三极管，所发出的焦耳热为：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 PCM45本讲稿第四十五页，共五十二页ICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区安全工作区46本讲稿第四十六页，共五十二页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

29、写缩写FET）简称场效应管。由一种多数载流子参与导）简称场效应管。由一种多数载流子参与导电电,也称为也称为单极型晶体管单极型晶体管。它是它是根据三极管的原理开发出的新一代放大元件，根据三极管的原理开发出的新一代放大元件，有有3个电极个电极栅极，栅极，漏极漏极，源极，源极，它的特点是栅，它的特点是栅极的输入电阻极高，采用二氧化硅材料的可以达到极的输入电阻极高，采用二氧化硅材料的可以达到几百兆欧，几百兆欧，它属于电压控制型（电场效应控制型）它属于电压控制型（电场效应控制型）半导体器件。半导体器件。47本讲稿第四十七页，共五十二页特点特点:具有输入电阻高（具有输入电阻高（100M1 000M）、噪）

30、、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽、热稳定性好等优点穿现象、安全工作区域宽、热稳定性好等优点,现已成现已成为为双极型晶体管双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者和功率晶体管的强大竞争者.分类：分类：场效应晶体管可分为结型场效应管和场效应晶体管可分为结型场效应管和MOS型场效型场效应管。而应管。而MOS场效应管又分为场效应管又分为N沟道耗尽型和增强沟道耗尽型和增强型、型、P沟道耗尽型和增强型四大类。沟道耗尽型和增强型四大类。48本讲稿第四十八页，共五十二页49本讲稿第四十九页，共五十二页参阅教材参阅教材p.4244

31、表表2.2.150本讲稿第五十页，共五十二页1.模拟电路中的工作信号是（模拟电路中的工作信号是（）。）。（a a）随时间连续变化的电信号）随时间连续变化的电信号 （b b）不随时间连续变化的电信号）不随时间连续变化的电信号（c c）持续时间短暂的脉冲信号）持续时间短暂的脉冲信号 （d d）任意信号）任意信号 例：例：2.测得一只在放大电路中正常工作的晶体管的三个电测得一只在放大电路中正常工作的晶体管的三个电 极极的电位分别是的电位分别是4V，9V,3.4V；则该管是（；则该管是（）。）。(a)NPN型硅管型硅管 （b）NPN型锗管型锗管 （c）PNP型硅管型硅管 （d）PNP型锗管型锗管 51

32、本讲稿第五十一页，共五十二页3.3.半导体的导电机理与金属导体不同。它在工作时，半导体的导电机理与金属导体不同。它在工作时，有两种载流子同时参与导电，它们是有两种载流子同时参与导电，它们是 和和 。4.4.已知一只已知一只MOSMOS管的转移特性如管的转移特性如右图。试画出这只右图。试画出这只MOSMOS管的符号，管的符号，并指出图中的并指出图中的M M点和点和N N点这两个参点这两个参数的名称。数的名称。5.右示二极管限幅电路中，设右示二极管限幅电路中，设D为理想元件，为理想元件，E=2.5V(EU),则输出电压则输出电压 的最大值的最大值=V;=V。最小值最小值52本讲稿第五十二页，共五十二页