低频第一章(1).

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1、本课程概述课程性质： 是电气、电子信息类专业一门重要的技术基础理论课程， 同时也是该专业的必修课（3学分）。 课程任务： 使学习者熟悉并掌握基本模拟电子电路的器件知识、放大器 的工作原理和分析方法。 要求能对主要功能电路进行分析和设计；具备根据实践的具 体要求，运用所学知识构成实用模拟电子电路的能力；为后续 专业课打下坚实地基础。 授课学时：48学时（课堂讲授40学时+课堂讨论6学时） 期末考试：2 学时 考试成绩：平时成绩10%+期中20%+期末70% 信 心 理 想 毅 力 方 法 兴 趣?责 任 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 绪 论 绪 论 1.1906

2、年发明了真空三极管 第一代电子器件诞生。 2.1948年研制出晶体三极管 第二代电子器件出现。 3.50年代末研制出集成电路 第三代电子器件出现。 4.近几十年来集成电路发展成小规模、中规模、大规模及超 大规模（几十平方毫米的片子上，可集成上百万个元件） 5.电子技术学科可划分为两类： (1).模拟电子技术：可细分为模拟电子技术基础、通信电子电 路，主要研究对模拟信号的处理。 (2).数字电子技术：研究逻辑电路，对数字信号进行处理。 电子技术与日常生活息息相关、其发展随器件的发展经历了 以下几个阶段： 集 成 电 路 电 子 管 晶 体 管 分 立 元 件 （ （ SSI（100以下） MSI

3、（103） LSI（104） 超大规模 VLSI （105以上） 1906年，福雷斯特等发明了电子管；电子管体 积大、重量重、耗电大、寿命短。世界上第一 台计算机用了1.8万只电子管，占地170平方米， 重30吨，耗电150W。目前在一些大功率发射 装置中使用。 1948年，肖克利等发明了晶体管，其 性能在体积、重量方面明显优于电子 管，但器件较多时由分立元件组成的 分立电路体积大、焊点多、电路的可 靠性差。 1960年集成电路出现，成 千上万个器件集成在一块 芯片，大大促进了电子学 的发展，尤其促进数字电 路和微型计算机的飞速发 展。 芯片中集成上万个等效门 ，目前高的已达上百万门 。 3C

4、 （控制、计算机、通信 ） 第1章 绪论 概述电子器件的发展 电子电路分类 模拟电路与数字电路的区别 模拟电路：处理的信号是时间上连续的信号 数字电路：处理的信号是离散的信号 第1章 绪论 概述 电子电路可分为： 数字电路：主要研究、处理 数字信号。（门电路、触发器） 模拟电路： 通信电子电路：围绕通信（收、发）来讲。 模拟电子基础：基本器件、放大器、分析方法 1992年美国Lattice公司发明了在系统可编程技术（In- System Programmability），彻底改变了传统数字电子系 统的设计和实现方法，开创了数字系统设计的里程碑。 在21世纪来临的前夕，1999年11月，Latt

5、ice公司又推出 了在系统可编程模拟电路（In-System Programmability Programmable Analog Circuits），翻开了模拟电路设计 方法的新篇章。（相应的开发软件PAC Designer ） 最新信息： 国家选择了十所院校作为投资的重点。 在5年内培养出4万人的集成电路设计人才。 15年内，使我国的集成电路生产初具规模。 第二章 半导体器件基础 半导体的基础知识 PN结 半导体二极管 双极型晶体管 场效应晶体管 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 主要问题 为什么采用半导体材料作电子器件？ 空穴是一种载流子吗？空穴导电时电子运动吗？ 什么是N型半导

6、体？什么是P型半导体？将 两种半导体制作在一起时会产生什么现象？ 在N P结加反向电压时真没有电流吗？ 一、半导体的特性： 1.什么是导体、绝缘体、半导体： (1).导体：导电性能良好的物质。 (3).半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间。 第一节 半导体基础知识 2.半导体的特性： (1).掺杂特性。(掺入杂质则导电率激增) (2).热敏特性。(温增则导电率显增) (3).光敏特性。(光照可增加导电率、产生电动势) 导电率为105s.cm-1 量级，如：金、 银、铜、铝。 (2).绝缘体：几乎不导电的物质。 导电率10-22-10-14 s.cm-1 量级，如：橡胶、云母、 塑料等。 导电率

7、为10-9-102 s.cm-1 量级，如：硅、锗、 砷化镓等。 二、本征半导体： (一)硅和锗晶体的共价健结构 1.硅和锗均为4价元素。 2.晶体中晶格决定原子间按一 定规律排列得紧密。（四面 体结构） 3.外层电子成为共价键。 +4+4+4 +4+4+4 +4+4+4 本征半导体：完全纯净、 结构完整的半导体晶体。 （二）两种载流子电子和空穴 T=300K 时: 少数载流子获得能量,从价带导 带自由电子，(本正激发) 自由电子 导带 禁带Eg 价带 空穴 载流子的能带图 动画一 T=0K 时: 价电子被束缚在价带内，晶体中 无自由电子. 1.电子空穴对： 电子和空穴是成对产生的. 价电子

8、在原位置留下空位空穴。 两种载流子电子和空穴 2.自由电子载流子： 在外电场作用下形成电子流（在 导带内运动）， 方向与电场方向相反。 外电场E 的方向 电子流 空穴流 E 载流子的能带图 3.空穴载流子： 在外电场作用下形成空穴流（在价 带内运动）， 方向与电场方向相同 4.漂移运动： 载流子在电场作用下的定向运动。 导带 禁带 价带 自由电子 空穴 （三）载流子的浓度 A0与材料有关的常数。 EG0禁带宽度。 T绝对温度。 K玻尔兹曼常数。 ni 与温度T和禁带宽度EGO有关。 本征半导体 中电子的浓度 p(空穴浓度):表示单位体积的空穴数。 (pi) n(电子浓度):表示单位体积的自由电

9、子数。（ni） (1-1) 本征半导体 中空穴的浓度 当材料一定时： 载流子的浓度主要取决于温度； 温度增加使导电能力激增。 温度可人为控制 。 (四)载流子的产生与复合 ni（电子浓度）：是动态平衡值。 g(载流子的产生率):每秒成对产生的电子空穴的浓 度。 R(载流子的复合率)：每秒复合的载流子的浓度。 当g=R时(平衡时)： R=rnipi (1-2) 其中r是和材料有关的系数 三、杂质半导体 3.在N型半导体中： 自由电子为多数载流子 空穴为少数载流子 +4+4+4 +4+5+4 +4+4+4 （一）N型半导体 1.在四价元素中掺入五价元素砷， 五价元素与周围四个原子形成共价 健，余下

10、一个电子成为自由电子。 2.砷原子贡献一个电子（在电场 作用下成为自由电子） 施主杂质（正离子） 杂质半导体 3.在P型半导体中： 空穴为多数载流子 自由电子为少数载流子 +4+4+4 +4+3+4 +4+4+4 （二）P型半导体 1.在四价元素中掺入三价元素铟： 三价元素与周围四原子形成共价健 ，因缺少一个电子形成“空穴”。 2.铟原子在电场作用下接受一个 电子受主杂质（负离子） 在杂质半导体中，尽管杂质含量很少，但提供的载流子以数 量计算仍远大于本征半导体中载流子的数量。 例如：T=300k时，锗本征半导ni=2.51013/cm3,锗原子密度为 4.41022/cm3,若掺入砷原子是锗原

11、子密度的万分之一。 则施主杂质浓度为： ND=10-44.41022=4.41018/cm3 （比ni大十万倍） （三）、杂质半导体的载流子浓度 在杂质型半导体中： 多子浓度比本征半导体的浓度大得多； 载流子的浓度主要取决于多子（即杂质），故使 导电能力激增 。 结 论 半导体的热敏性； 半导体的光敏性特性； 半导体的掺杂特性； 是可人为控制的。 结论 为什么采用半导体材料作电子器件？ 空穴是一种载流子吗？空穴导电时电子运动吗？ 第二节 PN 结 (1).两种半导体结合后，由于浓度差产 生载流子的扩散运动 结果产生空 间电荷区耗尽层（多子运动）。 + + + + + + + + + P N 载

12、流子要从浓度大 区域向浓度小的区域 扩散,称载流子的扩散 的运动 (2).空间电荷区产生建立了内电场 产生载流子定向运动（漂移运动） (3).扩散运动产生扩散电流；漂移运 动产生漂移电流。 动态平衡时：扩散电流=漂移电流。 PN结内总电流=0。 PN结的宽度一定 。 把载流子在电场作 用下的定向移动称 为漂移运动 动画三 一.PN结的基本原理： （一）.PN结的形成： 当扩散运动内电场漂移运 动扩散运动动态平衡。 自由电子 空穴 + + + + + + PN + + + (2).接触电位 V决定于材 料及掺杂浓度： 硅： V=0.7 锗： V=0.2 + + + + + + PN PN结的接触

13、电位 V (二)PN结的接触电位： (1).内电场的建立，使PN结 中产生电位差。从而形成接 触电位V(又称为位垒)。 (3).其电位差用 表示 + + + (1).Uq(V-U)位垒高度 耗 尽层变薄扩散运动(多子) 扩散电流 1.PN结加正向电压时： ( 内电场)与U方向相反 + PN + Q(V-U) 扩散 U 动画四 （三）PN结的单向导电性 (2).位垒高度 漂移运动 （少子） 漂移电流 (3).正向电流决定于扩散电流。 此时PN结导通。 I 漂移 (1).Uq(V-U)位垒高度 耗尽层变厚扩散运动(多子) 扩散电流 2.PN结加反向电压时： ( 内电场)与U方向相同 + PN +

14、Q(V+U) 扩散 U 动画五 (2).位垒高度 漂移运动（少 子） 漂移电流 (3).反向电流决定于漂移电流此时 PN结截止。 I 漂移 Is 饱和电流; UT=kT/q 为温度电压当量 。 k 波尔兹曼常数； (T=300k;时 UT=26mv) 二.PN结的电流方程： 由半导体物理可推出： 当加正向电压时： 当加反向电压时： I-Is I U Is 播放动画（1，2，3，4，5） 什么是N型半导体？什么是P型半导体？ 将两种半导体制作在一起时会产生什么现象？ N P结上所加端电压与电流符合欧姆定律吗？ 为什么具有单向导电性？ 两种半导体制作在一起时会产生电流吗？ 在N P结加反向电压时真

15、没有电流吗？ 一. 二极管的结构类型: 第三节、半导体二极管第三节、半导体二极管 在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管 二极管按结构分 点接触型 面接触型 平面型 PN结面积小，结电容小， 用于检波和变频等高频电路 PN结面积大，用 于工频大电流整流电路可用于集成电路制造工艺中。 PN 结面积可大可小，常用于 高频整流和开关电路中。 二. 二极管的理想伏安特性： 是指二极管两端电压和流过二极管电流之间的关系。 由PN结电流方程求出理想的伏安特性曲线 I U 1.当加正向电压时 PN结电流方程为： 2.当加反向电压时 I 随U，呈指数规率 I = - Is 基本不变 1.正向起始部分存在一个死 区或门坎，称为门限电压 。 硅：Ur=0.5-0.7v; 锗：Ur=0.1-0.2v 2.加反向电压时相同温度下 ： Is硅(nA,10-9)EG(Ge) 3.当反压增大UB时再增加，反 向激增，发生反向击穿， UB称为反向击穿电压。 三