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1、电子技术,电 工 学,下册,本学期：40学时 要求：每周交作业一次，4 次不交者取消期末考试资格；无故旷课4次者取消期末考试资格。作业要抄题，用专用本做作业。,电子技术是与电子学有关的理论和技术，是研究电子器件和电子电路的工作原理及其应用的一门科学技术，是高等院校理工科学生必修的技术基础课程。,电子技术几乎深入到国民经济的所有行业，电子技术与其他技术的交叉融合，也产生了许多新兴学科。电子信息类产业已经成为增长最快的产业之一。,绪论,学习方法： 课堂+课后复习+课后作业+网络资源,1、电子技术发展概况,1883年美国发明家爱迪生发现了热电子效应,1904年弗来明利用这个效应制成电子二极管并证实了
2、电子管的阀门作用它首先被用于无线电检波,1906年美国的德福雷斯在弗来明的二极管中放入了第三个电极栅极而发明了电子三极管建立了早期电子技术上最重要的里程碑,到了20世纪中期1948年美国贝尔实验室发明了晶体管，称作半导体器件。它的体积小、寿命长、功率转换、效率高。晶体管的出现为电子技术领域一个新的天地，从此电子技术的应用进入了一个高速发展的时代。,1958年集成电路问世。,1969年大规模集成电路问世。,1975年超大规模集成电路问世。,2009刚刚开始，Intel总裁兼CEO Paul Otellini就展示了世界上第一块基于22nm工艺的晶圆，并宣布将于2011年下半年发布相应的处理器产品
3、，开发代号Ivy Bridge。据透露，该晶圆上的每个指甲盖大小的单独硅片内都集成了多达29亿个晶体管(是32nm处理器的大约两倍)和3.64亿比特SRAM存储，其中SRAM单元包括有两种：面积0.108平方微米的针对低压操作而优化，面积0.092平方微米的则针对高密度优化，并再次刷新了SRAM单元面积的世界记录。,2009年intel处理器：超大规模集成电路线宽是45nm，2011年下半年将实现22nm。,英特尔将在2013年完成15nm芯片封装,摩尔定律是由英特尔（Intel）创始人之一戈登摩尔（Gordon Moore）提出来的。其内容为：当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每
4、隔18个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。换言之，每一美元所能买到的电脑性能，将每隔18个月翻两倍以上。这一定律揭示了信息技术进步的速度。 未来半导体将朝着哪个方向发展呢？量子理论,电工学,电工技术（上册）,电子技术（下册）,电路、磁路,模拟、数字,学习电路理论,应用电路理论,线性元器件,非线性器件,无源器件,有源器件,掌握有关电子技术的基本概念，基本电路，基本分析方法，基本实验技能,课程目的,第14章 半导体器件,主要内容：,半导体的导电特性,PN结的构成和导电原理,半导体二极管,双极型晶体管（半导体三极管）,光电器件,14.1 半导体的导电特性,导体：一般为低价元素，如铜、铝、铁,绝缘体：
5、一般为高价元素，如惰性气体；或高分子物质，如塑料、橡胶。,半导体：,导电能力介乎导体与绝缘体之间。常用的半导体材料：硅Si和锗Ge，它们均为四价元素。,特点：,1. 热敏特性；,2. 光敏特性；,3. 掺杂特性；,具有特殊的内部结构、,导电机理。,1411 本征半导体,硅Si(14),锗Ge(32),1411 本征半导体,本征半导体就是完全纯净的、具有晶体结构的半导体。,半导体也称为晶体。,1411 本征半导体,1411 本征半导体,本征激发,两部分电流：,(1) 电子电流,自由电子作定向 运动形成的；,(2) 空穴电流,价电子递补空穴 形成的。,自由电子和空穴都称为载流子。,1411 本征半
6、导体,本征半导体中自由电子和空穴总是成对出现、,(电子空穴对),复合。,达到动态平衡,温度愈高，,载流子数目愈多，,导电性能愈好，,所以,温度对半导体器件性能的影响很大。,了解下列名词： 共用电子与共价键 自由电子与空穴 热运动与动态平衡 复合 载流子,本征半导体在不同的温度下，自由电子和空穴的浓度不同，所以导电性能也不同，当绝对温度等于0度（摄氏-273.15）时，为绝缘体。,结论：,1412 N型半导体和P型半导体,纯净半导体,本征半导体,导电性能很低,利用扩散工艺掺入少量杂质,杂质半导体,导电性能大大增强,杂质半导体,N型半导体,P型半导体,掺入五价元素,磷P(15),+,本征激发,空穴
7、,电子,电子,正离子,少子,多子,1. N型半导体(电子半导体）负Negative,电离,1412 N型半导体和P型半导体,在N型半导体中，自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。,N型半导体中主要靠自由电子导电，掺入P元素越多，导电性越强。,结论：,1412 N型半导体和P型半导体,2. P型半导体(空穴半导体）正Positive,掺入三价元素,硼B(5),-,本征激发,空穴,电子,空穴,负离子,少子,多子,电离,在P型半导体中，空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。,P型半导体中主要靠空穴导电，掺入B元素越多，导电性越强。,结论：,142 PN结及其单向导电性,1421 PN结的形成,扩
8、散运动：物质总是从浓度高的地方向浓度低的地方运动，称为扩散运动。,结论：,自由电子从N区向P区扩散，空穴从P区向N区扩散。,142 PN结及其单向导电性,1421 PN结的形成,(1) 多数载流子从高浓度区向低浓度区扩散；,(2) 形成电荷区；,(3) 电荷区的内电场阻碍多数载流子的扩散运动；,(4) 电荷区的内电场推动少数载流子作漂移运动；,142 PN结,1421 PN结的形成,(5) 扩散运动和漂移运动一定程度上达到动态平衡，交界面形成空间电荷区，即PN结。也称为阻挡层或耗尽层。,多数载流子扩散运动的方向,少数载流子漂移运动的方向,了解下列名词：,扩散运动 漂移运动 动态平衡 空间电荷区
9、（PN结） 阻挡层 耗尽层,1422 PN结的单向导电性,1、在PN结上加正向电压,P接正，N接负。,外电场与内电场的方向相反,空间电荷区变窄,多数载流子的扩散运动加强， 由于电源的作用，扩散运动不断地进行。,正向电流 I,方向：从P区流向N区,PN结的正向电阻很低（相当于导体）,1422 PN结的单向导电性,2、在PN结上加反向电压,P接负，N接正。,外电场与内电场的方向相同,空间电荷区变宽,少数载流子的漂移运动加强，由于电源的作用，漂移运动不断地进行,反向电流 I，其值非常小（uA级），可忽略。,方向：从N区流向P区,PN结的反向电阻很高（相当于绝缘体）,1422 PN结的单向导电性,PN
10、结加正向电压时：,正向电阻很低,正向电流很大,正向导通状态,PN结加反向电压时：,反向电阻很高,反向电流很小,反向截止状态,故，PN结具有单向导电性,扩散电容 势垒电容,补充：PN结的电容效应,结电容 最高工作频率,143 半导体二极管,将PN结用外壳封装引出电极，就构成半导体二极管。,143 半导体二极管,1431 基本结构,1、点接触型,结面积小,结电容小,高频性能好,工作电流小,功率小,2、面接触型,结面积大,工作电流大,功率大,结电容大,工作频率低,3、平面型,图形符号,1432 伏安特性 I=f(U),2CP10硅二极管,1、正向特性,正向,(1) 当外加正电压很低时,正向电流很小,
11、(2) 当正向电压超过一定数值,电流增长很快-导通,死区 电压,死区电压,硅管0.5V,锗管0.1V,正向压降,硅管0.60.8V,锗管0.20.3V,死区,1432 伏安特性,2、反向特性,反向,(1) 当外加反向电压不太大时,反向电流很小，当U增大I不变时，,称反向饱和电流,与温度有关，,(2) 当反向电压超过一定数值,反向电流突然增大,反向击穿,击穿电压 U(BR),击穿类型,电击穿（可逆击穿）,热击穿（不可逆击穿）,齐纳击穿,雪崩击穿,2CP10硅二极管,Is：反向饱和电流 U：管压降 UT：温度的电压当量（常温下为26mV）,当U0V，且U比UT大得多时，,当U0V，且U的绝对值比U
12、T大得多时，,1433 主要参数,1、最大整流电流IOM,二极管长期使用时，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,为保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压。,3、反向峰值电流IRM,二极管加上反向工作峰值电压的反向电流值。,二极管的主要特性：单向导电性,1. 二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负 ）时， 二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正向电流较大。,2. 二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正 ）时， 二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反向电流很小。,3. 外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。,4. 二极管
13、的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。,二极管的用途： 整流、检波、限幅、钳位、开关、元件保护、温度补偿等。,二极管电路分析举例,定性分析：判断二极管的工作状态,导通截止,分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位 的高低（或所加电压UD的正负）。,若 V阳 V阴或 UD为正( 正向偏置 )，二极管导通 若 V阳 V阴或 UD为负( 反向偏置 )，二极管截止,若二极管是理想的： 正向导通时管压降为零（相当于短路）， 反向截止时电流为零（相当于断路）。,电路如图，求：UAB,若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB = 6V (否则， UAB低于6V一个管压降，为6.3或6.7V),例1：
14、,取 B 点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。,在这里，二极管起钳位作用。,V阳 =6 V V阴 =12 V,V阳V阴 二极管导通,解：,两个二极管的阴极接在一起 取 B 点作参考点，断开二极管，分析二极管两极的电位。,V1阳 =6 V，V2阳=0 V，V1阴 = V2阴= 12 V UD1 = 6V，UD2 =12V UD2 UD1 D2 优先导通， D1截止。 若忽略管压降，二极管D2可看作短路，UAB = 0 V,例2:,D1承受反向电压为6 V,流过 D2 的电流为,求：UAB,D2 起钳位作用 D1起隔离作用,解：,结论：,对于共阴连接的二极管，看阳极电位，谁高谁导通
15、。 对于共阳极连接的二极管，看阴极电位，谁低谁导通。 换句话说，不管是共阴还是共阳连接的二极管，谁的压差大（阳极到阴极之间的电压），谁就导通,ui 8V，二极管导通，可看作短路 uo = 8V,已知： 二极管是理想的，试画出 uo 波形。,8V,例3：,二极管阴极电位为 8 V,uo,ui 8V，二极管截止，可看作开路 uo = ui,解：,作业：,14.3.6 14.3.8 14.3.9,144 稳压二极管,稳压二极管是一种面接触型的半导体硅二极管，也称齐纳二极管。,图形符号,稳压管工作于反向击穿区具有稳压特性,IZ,UZ,主要参数,2、稳定电压UZ,3、电压温度系数U,4、动态电阻,rZ=
16、,UZ,IZ,1、稳定电流IZ,最大稳定电流IZM,5、最大允许耗散功率PZM,例题,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？,解：,IZ=,20,12,1.6,103,=5 10-3 A,=5mA,IZIZM,电阻合适,一.三极管的结构简介 二.三极管的电流放大作用 三.三极管的共射特性曲线 四.三极管的主要参数,145 半导体三极管,(简称双极型晶体管),放大是对模拟信号最基本的处理,话筒（传感器）,扬声器（执行机构）,145 半导体三极管,(简称双极型晶体管),1451 基本结构,NPN型,PNP型,硅管,锗管,三极管有：,三个极：E、B、C 三个区：发射区 基区 集电区 两个结：发射结和集电结,内部结构特点,发射区小，掺杂浓度高(多数载流子的浓度
