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1、电工技术 电路理论： 直流、交流、暂态、非正弦。 磁路和电机： 变压器、电磁铁、 三相异步电动机及控制。 电子技术 模拟电子线路： 半导体器件、分离件放大器、 集成运放、电源 数字电路： 各种门电路、组合电路、 时序电路及 555的应用电路。 学习要求： 每 2周交作业一次， 3次不交者及无故旷课 3次以上者取消平时成绩，平时成绩占 30，期末成绩占 70。 电工学 之 电子技术 一、本课程研究内容 1.两种电信号 当今存在的最基本的电信号有两类： 数字信号 模拟信号 （ 1）模拟信号： 是指在时间和数值上均连续变化的电信号。 例如，正弦波 u=Uimsint 序 论 u随 t永不间断地变化着
2、。 一切物理量都可以转换成模拟电信号。 （ 2）数字信号： 是指在时间和数值上离散（断续）变化的电信号。 例如 矩形波 ut时有时无序 论 2.两种基本电路 （ 1） 模拟电路 ：处理模拟信号的电子电路。 （ 2） 数字电路 ：处理数字信号的电子电路。 本课程研究模拟电路和数字电路的基础知识。 3.模拟电路部分课程学习内容 （ 1）常用的 半导体器件 和 集成电路 的特性与使用。 （ 2）各种典型模拟电路的 组成 、 工作原理 、 电性能 、 分析方法 、 简单设计 。 二极管 稳压管 三极管 运算放大器 稳压块 序 论 第 14 章 二极管和晶体管 14.3 二极管 14.4 稳压二极管 1
3、4.5 晶体管 14.1 半导体的导电特性 14.6 光电器件 14.2 PN节及其单向导电性 半导体 ： 导电能力介乎于导体和绝缘体之 间 的物质。 半导体特性 ： 热敏特性、光敏特性、掺杂特性 一、什么叫半导体（ Semiconductors） 如： 硅、锗、硒、砷化镓 以及 大多数金属氧化物 和硫化物 等。 1、温度特性 2、光照特性 3、电磁特性 利用这些特性可做成不同类型的传感器 14.1 半导体的导电特性 14.1 半导体的导电特性 本征半导体 就是完全纯净的、具有晶体结构的半导体。 14.1.1 本征半导体 自由电子 空穴 共价键 Si Si Si Si 本征半导体中自由 电子和
4、空穴的形成 用得最多的半导体是 硅 或 锗 ,它们都是四价元素 。 将硅或锗材料提纯并形成单晶体后 ， 便形成 共价键结构 。在获得一定能量 (热 、 光等 )后 ， 少量价电子即可挣脱 共价键的束缚成为 自由电子 ， 同时在共价键中就留下一个空位 ， 称为 空穴 。 自由电子和空穴总是成对出现 ， 同时又不断复合 。 两种载流子 在外电场的作用下 ， 自由电子逆着电场方向定向运动形成 电子电流 。 带正电的空穴吸引相邻原子中的价电子来填补 ， 而在该原子的共价键中产生另一个空穴 。 空穴被填补和相继产生的现象 ，可以看成空穴顺着电场方向移动 ， 形成 空穴电流 。 可见在半导体中有 自由电子
5、 和 空穴 两种 载流子 ，它们都能参与导电 。 空穴移动方向 电子移动方向 外电场方向 Si Si Si Si Si Si Si 14.1.2 N 型半导体和 P 型半导体 1、 N 型半导体 在硅或锗的晶体中掺入 五价元素磷 ， 当某一个硅原子被磷原子取代时 ， 磷原子的五个价电子中只有四个用于组成共价键 ， 多余的一个很容易挣脱磷原子核的束缚而成为自由电子 。 因而自由电子的数量大大增加 ， 是多数载流子 ， 空穴是少数载流子 ， 将这种半导体称为 N 型半导体 。 Si Si Si Si Si Si Si P 多余价电子 本征半导体中由于载流子数量极少 ， 导电能力很低 。 如果在其中
6、参入微量的杂质 (某种元素 )将使其导电能力大大增强 。 2、 P 型半导体 在硅或锗的晶体中掺入 三价元素硼 ， 在组成共价键时将因缺少一个电子而产生一个空位 ， 相邻硅原子的价电子很容易填补这个空位 ， 而在该原子中便产生一个空穴 ， 使空穴的数量大大增加 ， 成为多数载流子 ， 电子是少数载流子 ， 将这种半导体称为 P 型半导体 。 Si Si Si Si Si Si B空位 空穴 价电子填补空位 注意： 不论 N型半导体还是 P型半导体，虽然它们都有一种载流子占多数，但是整个晶体仍然是 不带电的 。 14.2 PN 结及其单向导电性 1. PN 结的形成 用专门的制造工艺在同一块半导
7、体单晶上 ， 形成 P 型半导体区域和 N 型半导体区域 ， 在这两个区域的交界处就形成了一个特殊的薄层 ， 称为 PN 结 。 P 区 N 区 N区的电子向 P区扩散并与空穴复合 PN 结 内电场方向 PN结的形成 2. PN 结的单向导电性 (1) 外加正向电压 内电场方向 E 外电场方向 R I P 区 N 区 外电场驱使 P区的空穴进入空间 电荷区抵消一部分负空间电荷 N区电子进入空间电荷区 抵消一部分正空间电荷 空间电荷区变窄 扩散运动增强，形 成较大的正向电流 P 区 N 区 内电场方向 E R 空间电荷区变宽 外电场方向 IR 2. 外加反向电压 外电场驱使空间电荷区两侧的空穴和
8、自由电子移走 少数载流子越过 PN 结形成很小的反向电流 多数载流子的扩散运动难于进行 PN结 的单向导电性 一、 PN结的形成 在 N型半导体和 P型半导体交界面处形成的带电薄层。又称空间电荷区、阻挡层。 2.PN结的形成过程 是电子和空穴不断运动的综合结果。 多子 扩散 建立内电场（空间电荷区） 阻扩散 生漂移 (少子 ) 动态平衡 扩散数 = 漂移数 空间电荷区宽度一定 PN结形成了 14.3 二极管 14.3.1 基本结构 将 PN 结加上相应的电极引线和管壳，就成为半导体二极管。按结构分，有点接触型和面接触型两类。 点接触型 表示符号 正极 负极 金锑合金 面接触型 N型锗 正极引线
9、 负极引线 PN 结 底座 铝合金小球 引线 触丝 N 型锗 外壳 14.3.2 伏安特性 二极管和 PN 结一样 ， 具有单向导电性 ， 由伏安特性曲线可见 ， 当外加正向电压很低时 ， 电流很小 ， 几乎为零 。 正向电压超过一定数值后 ， 电流很快增大 ， 将这一定数值的正向电压称为死区电压 。 通常 ， 硅管的死区电压约为 0.5V， 锗管约为0.1V。 导通时的正向压降 ， 硅管约为 0.6 0.7V， 锗管约为 0.2 0.3V。 60 40 20 0.02 0.04 0 0.4 0.8 25 50 I / mA U / V 正向特性 硅管的伏安特性 死区电压 击穿电压 U(BR)
10、 反向特性 I / mA U / V 0.2 0.4 25 50 5 10 15 0.01 0.02 锗管的伏安特性 0 在二极管上加反向电压时 ， 反向电流很小 。 但当反向电压增大至某一数值时 ， 反向电流将突然增大 。 这种现象称为击穿 ， 二极管失去单向导电性 。 产生击穿时的电压称为反向击穿电压 U(BR)。 14.3.3 主要参数 1. 最大整流电流 IOM 最大整流电流是指二极管长时间使用时 ， 允许流过二极管 的最大正向平均电流 。 2. 反向工作峰值电压 URWM 它是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压 ， 一般是 反向击穿 电压的一半或三分之二。 3. 反向峰值电流 I
11、RM 它是指二极管上加反向工作峰值电压时的反向电流值。 例 1 在图中，输入电位 VA = + 3 V， VB = 0 V， 电阻 R 接负电源 12 V。求输出端电位 VY。 解 因为 VA 高于 VB ， 所以 DA 优先导通 。 如果二极管的正向压降是 0.3 V， 则 VY = + 2.7 V。 当 DA 导通后 , DB 因反偏而截止 。 在这里 ， DA 起钳位作用 ， 将输出端电位钳制在 + 2.7 V。 二极管的应用范围很广 ， 主要都是利用它的单向导电性 。 它可用与整流 、 检波 、 限幅 、 元件保护以及在数字电路中作为开关元件 。 DA 12V Y VA VB DB R
12、 返回 【 例 2】 试分析图 (1)所示的限幅电路 ,输入电压的波形为图(2),画出它的限幅电路的波形 . 解：状态 输出值 条件 D导通， uo=E， uiE D截止， uo=ui, uiE D截止， uo=ui, uiE 瞬态抑制二极管（ Transient Voltage Suppressor）简称 TVS，是一种二极管形式的 高效能保护器件 。 当TVS 二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，它能以 10的负 12次方秒量级的速度，将其两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于一个预定值，有效地保护电子线路中的精密元 器件，免受各种浪涌脉冲的损坏。 特点
13、： 响应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差 、箝位电压较易控制、无损坏极限、体积小等优点。 广泛应用于 计算机系统、通讯设备、交 /直流电源、汽车、电子镇流 器、家用电器、仪器仪表 （电度表）、 RS232/422/423/485、 I/O、 LAN、 ISDN、 ADSL、 USB、 MP3、PDAS、 GPS、 CDMA、 GSM、数字照相机的保护、共模 /差模保护、 RF 耦合 /IC 驱动接收保护、电机电磁波干扰抑制、声频 /视频输入、传感器 /变速 器、工控回路、继电器、接触器噪音的抑制 等各个领域。 补充知识：特殊二极管 14.4 稳压二级管 稳压管是一种特殊的面接触型半导
14、体硅二极管 。 其表示符号如下图所示 。 稳压管 工作于 反向击穿区 。从反向特性曲线上可以看出 ， 反向电压在一定范围内变化时 ， 反向电流很小 。 当反向电压增高到击穿电压时 ， 反向电流突然剧增 ，稳压管 反向击穿 。 此后 ， 电流虽然在很大范围内变化 ， 但 稳压管两端的电压变化很小 。 利用这一特性 ， 稳压管 在电路中能起作用 。 I/mA U/V O UZ IZ IZM + 正向 + 反向 UZ IZ 稳压管的主要参数有下面几个： 1. 稳定电压 UZ 4. 稳定电流 IZ 3. 动态电阻 rZ 2. 电压温度系数 U说明稳压管受温度变化影响的系数 5. 最大允许耗散功率 PZM ZZZ IUr例 1 图中通过稳压管的电流 IZ 等于多少？ R 是限流电阻，其值是否合适？ IZ DZ +20 R = 1.6 k UZ = 12V IZM = 18 mA IZ 例 1 的图 IZ IZM ，电阻值合适。 解 mA5A105A106.1 1220 33Z I
