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1、电 子 技 术,前 进,（点击进入有关部分）,电 子 技 术,绪 论,返 回,前 进,I. 电子技术发展史,电子技术的出现和应用，使人类进入了高新技术时代。电子技术诞生的历史虽短，但深入的领域却是最深最广，它不仅是现代化社会的重要标志，而且成为人类探索宇宙宏观世界和微观世界的物质技术基础。电子技术是在通信技术发展的基础上诞生的。随着新型电子材料的发现，电子器件发生了深刻变革。自1906年第一支电子器件发明以来，世界电子技术经历了电子管、晶体管和集成电路等重要发展阶段。,返 回,前 进,I. 电子技术发展史,电子技术的出现和应用，使人类进入了高新技术时代。电子技术诞生的历史虽短，但深入的领域却是
2、最深最广，它不仅是现代化社会的重要标志，而且成为人类探索宇宙宏观世界和微观世界的物质技术基础。电子技术是在通信技术发展的基础上诞生的。随着新型电子材料的发现，电子器件发生了深刻变革。1906年第一支电子器件发明以来，世界电子技术经历了电子管、晶体管和集成电路等重要发展阶段。,1.原始通信方式人力、烽火台等,2.横木通信机1791年（法）C.Chappe,3.有线电报1837年（美）S . B . Morse,4.有线电话1875年（苏）A. G. Bell,5.无线电收发报机1895年（意）G.Marconi,通信业务蓬勃发展电子器件产生之后。,一. 通信技术的发展,电子器件是按照“电子管晶体
3、管集成电路”的顺序，逐步发展起来的。,二. 电子器件的产生,1. 真空电子管的发明：,真空二极管1904年（美）Fleming,真空三极管1906年（美）Leede Forest,2.晶体管的产生,晶体管Transistor1947（美） Shockley、 Bardeen、Brattain,集成电路IC(integrate circuit)1959 （美） Kilby、Noyis,二. 电子器件的产生,3.集成电路的出现,集成电路的出现，标志着人类进入了微电子时代。,自电子器件出现至今，电子技术已经应用到了社会的各个领域。,II .电子技术的应用,返 回,前 进,II .电子技术的应用,18
4、75年（苏）,1906年（美）,1925年（美、英）,1946年（美）,1923年（瑞）,1902年（美）,1901年（美）,1934年（俄）,1983年（美）,1961年（美）,III. 课程安排,一. 内容划分,返 回,前 进,二. 时间安排,学习时间1学年,上半年：模拟部分,下半年： 数字部分,三.学习注意事项,课程特点,电路图多、内容分散、误差较大,计算简单、实用性强,学习方法,掌握电路的构成原则、记住几个典型电路,及时总结及练习、掌握近似原则、与实验有机结合,第一编 模拟部分,返 回,前 进,第一章 半导体器件,半导体材料、由半导体构成的PN 结、二极管结构特性、三极管结构特性及 场
5、效应管结构特性。,本章主要内容：,返 回,前 进,1 .1 半导体（Semiconductor）导电特性,根据导电性质把物质分为导体、绝 缘体、半导体三大类。,而半导体又分为本征半导体、杂质 （掺杂）半导体两种。,1 .1 .1 本征半导体,纯净的、不含杂质的半导体。常用的半导体材 料有两种：硅（Si）、锗（Ge）。,硅Si （锗Ge）的原子结构如下：,这种结构的原子利用共价键构成了本征半导体结构。,但在外界激励下，产生电子空穴对（本征激发） ，呈现导体的性质。,这种稳定的结构使得本征半导体常温下不能导电，呈现绝缘体性质。,但在外界激励下，产生电子空穴对（本征激发） ，呈现导体的性质。,这种稳
6、定的结构使得本征半导体常温下不能导电，呈现绝缘体性质。,在外界激励下，产生电子空穴对（本征激发）。,空穴也可移动（邻近电子的依次填充）。,在外界激励下，产生电子空穴对（本征激发）。,空穴也可移动（邻近电子的依次填充）。,在外界激励下，产生电子空穴对（本征激发）。,空穴也可移动（邻近电子的依次填充）。,半导体内部存在两种载流子（可导 电的自由电荷）：电子（负电荷）、空 穴（正电荷）。,在本征半导体中，本征激发产生了 电子空穴对，同时存在电子空穴对 的复合 。 电子浓度 = 空穴浓度 ni = pi,1 .1 .2 杂质半导体,在本征半导体中掺入少量的其他特定元素（称为杂质）而形成的半导体。,根据
7、掺入杂质的不同，杂质半导体又分为N型半导体和P型半导体。,常用的杂质材料有5价元素磷P和3价元素硼B。,N型半导体内部存在大量的电子和少量的空穴，电子属于多数载流子（简称多子），空穴属于少数载流子（简称少子）。 n p N型半导体主要靠电子导电。,一 . N型半导体（电子型半导体）,掺如非金属杂质磷 P的半导体。每掺入一个磷原子就相当于向半导体内部注入一个自由电子。,P型半导体内部存在大量的空穴和少量的电子，空穴属于多数载流子（简称多子），电子属于少数载流子（简称少子）。 p n P型半导体主要靠空穴导电。,二 . P型半导体（空穴型半导体）,掺如非金属杂质硼 B 的半导体。每掺入一个硼原子就
8、相当于向半导体内部注入一个空穴。,杂质半导体导电性能主要由多数载流子决定，总体是电中性的，通常只画出其中的杂质离子和等量的多数载流子。,杂质半导体的简化表示法,1 .2 半导体二极管（Diode）,二极管的主要结构是PN结。,1 .2 .1 PN结（ PN Junction ）,将一块P型半导体和一块N型半导体有机结合在一起，其结合部就叫PN结（该区域具有特殊性质）。,一. PN结的形成,多子扩散（在PN结合部形成内电场EI）。,内电场阻碍多子扩散、利于少子漂移。,当扩散与漂移相对平衡，形成PN结。,PN结别名：耗尽层、势垒区、电位壁垒、阻挡层、内电场、空间电荷区等。,二. PN结性质单向导电
9、性,1. 正向导通 PN结外加正向电压（正向偏置）P接 +、N接 - ，形成较大正向电流（正向电阻较小）。如3mA。,2. 反向截止 PN结外加反向电压（反向偏置）P接 -、N接 +，形成较小反向电流（反向电阻较大）。如10A。,二. PN结性质单向导电性,当电压超过某个值（约零点几伏），全部少子参与导电，形成“反向饱和电流IS”。,反偏电压最高可达几千伏。,1 .2 .2 二极管,用外壳将PN结封闭，引出2根极线，就构成了二极管 。,一二极管伏安特性,正向电流较大（正向电阻较小），反向电流较小（反向电阻较大）。,门限电压（死区电压）V(Si管约为0.5V、Ge管约为0.1V)，反向击穿电压V
10、BR（可高达几千伏）,二极管电压电流方程：,二二极管主要参数,1. 最大整流电流IF,2. 最高反向工作电压UR,3. 反向电流IR,4. 最高工作频率fM,由三块半导体构成，分为NPN型和PNP型两种。三极管含有3极、2结、3区。其中发射区高掺杂，基区较薄且低掺杂，集电区一般掺杂。,1 .3 三极管（Transistor）,1 .3 .1 三极管结构及符号,1 .3 三极管（Transistor）,1 .3 .2 三极管的三种接法（三种组态）,三极管在放大电路中有三种接法：共发射极、共基极、共集电极。,1 .3 三极管（Transistor）,1 .3 .3 三极管内部载流子传输,下面以共发
11、射极NPN管为例分析三极管内部载流子的运动规律，从而得到三极管的放大作用。,为保证三极管具有放大作用（直流能量转换为交流能量），三极管电路中必须要有直流电源，并且直流电源的接法必须保证三极管的发射结正偏、集电结反偏 。,1 .3 .3 三极管内部载流子传输,一.发射区向基区 发射载流子(电子),1 .3 .3 三极管内部载流子传输,一.发射区向基区 发射载流子(电子),二.电子在基区的 疏运输运和复合,1 .3 .3 三极管内部载流子传输,一.发射区向基区 发射载流子(电子),二.电子在基区的 疏运输运和复合,三.集电区收集电子,1 .3 .4 三极管各极电流关系,一. 各极电流关系,IE =
12、 IEN + IBN IEN,IB = IBN ICBO,IC = ICN + ICBO,IE = IC + IB,二. 电流控制作用,=ICN / IBNIC / IB,IC=IB + (1+ )ICBO =IB + ICEO IC,=ICN / IENIC / IE,IC= IE + ICBO IE,1 .3 .5 共射NPN三极管伏安特性曲线,一. 输入特性曲线,IB = f ( UBE ，UCE ),实际测试时如下进行：,IB = f ( UBE )|UCE,UCE 5V的特性曲线基本重合为一条，手册可给出该条曲线。,1 .3 .5 共射NPN三极管伏安特性曲线,二. 输出特性曲线,I
13、C = f ( IB ，UCE ),实际测试时如此进行：,IC = f ( UCE )|IB,1 .3 .5 共射NPN三极管伏安特性曲线,二. 输出特性曲线,IC = f ( IB ，UCE ),实际测试时如下进行：,IC = f ( UCE )|IB,发射结正偏、集电结反偏时，三极管工作在放大区(处于放大状态)，有放大作用：IC =IB + ICEO,两结均反偏时，三极管工作在截至区(处于截止状态) ，无放大作用。IE=IC=ICEO0,发射结正偏、集电结正偏时，三极管工作在饱和区(处于饱和状态) ，无放大作用。IE=IC（较大）,1 .3 .6 三极管主要参数,一. 电流放大系数,1.
14、共发射极电流放大系数 直流IC/IB 交流IC/IB 均用表示。,2. 共基极电流放大系数 直流IC/IE 交流IC/IE 均用表示。,二. 反向饱和电流,1.集电极基极间反向饱和电流ICBO,2.集电极发射极间穿透电流ICEO,ICEO = (1+) ICBO,=/(1) =/(1+),1 .3 .6 三极管主要参数,一. 电流放大系数,IC/IB IC/IE =/(1) =/(1+),二. 反向饱和电流,ICBO ICEO ICEO = (1+) ICBO,三. 极限参数,1. 集电极最大允许电流ICM,2. 集电极最大允许功耗PCM,3. 反向击穿电压U(BR)CEO 、U(BR)CBO
15、,三极管的安全工作区,1 .4 场效应管（Field Effect Transistor ）,场效应管是单极性管子，其输入PN结处于反偏或绝缘状态，具有很高的输入电阻（这一点与三极管相反），同时，还具有噪声低、热稳定性好、抗辐射性强、便于集成等优点。,场效应管是电压控制器件，既利用栅源电压控制漏极电流（iD = gmuGS）这一点与三级管（电流控制器件, 基极电流控制集电极电流,iC = iB）不同，而栅极电流iD为0（因为输入电阻很大）。,场效应管分为两大类:结型场效应管（JFETJunction Field Effect Transistor）、绝缘栅型场效应管（IGFETInsulated Gate Field Effect Transistor）。,1 .4 .1 结型场效应管,一. 结构及符号,N沟道管靠（单一载流子）电子导电，P沟道管靠（单一载流子）空穴导电。场效应管的栅极G、源极S和漏极D与三级管的基极b、发射极e和集电极c相对应。,1 .4 .1 结型场效应管,二.工作原理（栅源电压UGS对漏极电流ID的控制作用）,以N沟道管为例。漏源之间的PN结必须反偏。,N沟道结型场效应管加上反偏的栅源电压UGS (UGS0) ，在漏源之间加上漏源电压UDS(UDS0)，便
