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1、数字电子技术 （3） 主 讲：吴玉新 手 机: 18678786355 时 间：2014-10-16 第1-2章 作业讲评 2 Multisim软件的安装与使用 1、安装 2、画电路图 3、逻辑形式转换 4、Multisim快速入门指南 3 补充知识：半导体器件 一、半导体基础知识 二、半导体二极管 三、双极性三极管（BJT） 四、场效应管(MOS) 一、半导体基础知识 1、本征半导体 2、杂质半导体 3、PN结的形成及单向导电性 4、PN结的电容效应 1、本征半导体 1.1 何为半导体？ 导电性能介于导体和绝缘体之间的物质就是半导体。 导体铁、铝、铜等金属，低价元素。 绝缘体惰性气体、橡胶、
2、塑料等,高价元素。 半导体硅（Si）、锗（Ge），均为四价元素。 导电性是由原子结构决定的。 1.2 何为本征半导体？ 本征半导体是纯净的具有晶体结构的半导体。 导电性能 无杂质稳定的结构 1.3 本征半导体的结构 自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。 一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定； 温度升高，热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由 电子与空穴对的浓度加大。 自由电子空穴 共价键 由于热运动，具有足 够能量的价电子挣脱共价 键的束缚而成为自由电子 自由电子的产生使共 价键中留有一个空位置， 称为空穴 动态平衡 1.4 本征半导体中的两种载流子 运载电荷的粒子称为载流子。 外加电场时
3、，带负电的自由电 子和带正电的空穴均参与导电 ，且运动方向相反。由于载流 子数目很少，故导电性很差。 温度升高，热运动加剧，载流 子浓度增大，导电性增强。 热力学温度为0K时不导电。 为什么要将半导体变成导电性很差的本征半导体？ 自由电子空穴 两种载流子 2、杂质半导体 2.1 N型半导体 空穴比未加杂质时的数目多 了？少了？为什么？ 杂质半导体主要依靠多数载 流子导电。掺入杂质越多， 多子浓度越高，导电性越强 ，实现导电性可控。 +5 自由电子 施主原子 多数载流子 磷（P） 2.2 P型半导体 P型半导体主要依靠空穴导 电，掺入杂质越多，空穴浓 度越高，导电性越强。 在杂质半导体中，温度变
4、化 时，载流子的数目变化吗？ 少子与多子变化的数目相同 吗？少子与多子浓度的变化 相同吗？ +3 受主 原子 空穴 多数载流子 硼（B） 3、PN结的形成及单向导电性 3.1 扩散运动 物质因浓度差而产生的运动称扩散运动，气、液、固均有。 N区自由电 子浓度远高 于P区 P区空穴 浓度远高 于N区 扩散运动 扩散运动使靠近接触面P区的空穴浓度降低，靠近接 触面N区的自由电子浓度降低，产生内电场。 3.2 PN结的形成 由于扩散运动使P区与N区的交界面缺少多数载流子， P区出现负离子区，N区出现正离子区，构成不能移动的空 间电荷区，形成内电场，内电场使空穴从N区向P区，自由 电子由P区向N区运动
5、，从而阻止扩散运动的进行。 漂移运动 因电场作用所产 生的运动称为漂 移运动。 参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同，达到动 态平衡，就形成了PN结。 3.3 PN结的单向导电性 PN结加正向电压导通： 耗尽层变窄，扩散运动 加剧，由于外电源的作用， 形成扩散电流，PN结处于导 通状态。 PN结加反向电压截止： 耗尽层变宽，阻止扩散 运动，有利于漂移运动，形 成漂移电流。由于电流很小 ，故可近似认为其截止。 必要吗？ 4、PN结的电容效应 4.1 势垒电容 PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变化 ，有电荷积累和释放的过程，与电容的充放电相同，其等 效电容称为势垒电容Cb。 4.2
6、扩散电容 PN结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流子的 浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的过程， 其等效电容称为扩散电容Cd。 PN结电容：Cj=Cb+Cd 结电容不是常量！若PN结外加电压频率高到一定程 度，则失去单向导电性！ 思考问题 1、为什么将自然界导电性能中等的半导体材料制成本征 半导体，导电性能极差，又将其掺杂，改善导电性能？ 2、为什么半导体器件的温度稳定性差？是多子还是少子 是影响温度稳定性的主要因素？ 二 、半导体二极管 1、 二极管的组成 2、二极管的伏安特性及电流方程 3、二极管的等效电路 4、二极管的主要参数 1、二极管的组成 将PN结封装，引出两个电极，
7、就构成了二极管。 小功率 二极管 大功率 二极管 稳压 二极管 发光 二极管 1、二极管的组成 （a）点接触型 结面积小，结 电容小，故结允 许的电流小，最 高工作频率高。 （b）面接触型 结面积大，结 电容大，故结允 许的电流大，最 高工作频率低。 （c）平面型 结面积可小可 大，小的工作频 率高，大的结允 许的电流大。 2、二极管的伏安特性及电流方程 二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。 材料开启电电 压压 导导通电电 压压 反向饱饱和 电电流 硅Si0.5V0.5- 0.8V 1 A以下 锗Ge0.1V0.1- 0.3V 几十 A 击穿 电压 反向饱 和电流 开启 电压 i=f(u
8、) 温度的电压当量 2、二极管的伏安特性及电流方程 从二极管的伏安特性可以反映出： 2.1 单向导电性 正向特性为 指数曲线 反向特性为横轴的平行线 2.2 伏安特性受温度影响 温度T=在电流不变情况下管压降u =反向饱和电流Is ,UBR 温度T=正向特性左移，反向特性下移 3、二极管的等效电路 将伏安特性折线化 理想 二极管 导通时i与u 成线性关系 理想开关 导通时UD=0， 截止时Is=0 近似分析 中最常用 导通时UD=Uon 截止时Is=0 应该根据不同情况选择不同的等效电路! 4、二极管的主要参数 1、最大整流电流IF：最大平均值 2、最大反向工作电压UR：最大瞬时值 3、反向电流IR：即IS 4、最高工作频率fM：因PN结有电容效应 23 作业3： Multisim软件的安装及基本操作 学会画电路图 使用逻辑形式转换 学会使用逻辑转换仪、字信号发生器、逻辑分析 仪
