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1、电子技术基础课程安排： 理论课72学时 教材：模拟电子技术基础简明教程（第三版） 清华大学电子学教研组 编 高教出版社 参考书：各种模拟电路教材与专著 实验课： 教材：模拟电子技术实验讲义,电子教研室编，修改章节分次分发电子版。 教师：理论课：邓军民 ,耿新玲 实验课（3周开始） ：邓军民,王燕，张海燕,实验室：二教605,612 答疑办公室：二教602，一教458 时间：周三下午3：00（如更改另行通知） 电话：83911550 邮箱：,电子竞赛培训暨课外活动,时间:电子技术实验课程开始后(另行通知); 地点:二教610; 自主报名,选拔参加9月份全国大学生电子设计竞赛。,电子技术就是研究电
2、子器件、电子电路及其应用的科学技术。 电子器件包括：电子管、晶体管和集成电路。 晶体管包括：二极管、三极管、场效应管。 集成电路包括：模拟集成电路、数字集成电路。,电子技术- 绪论,电子元件包括：电阻器（简称电阻）、电容器（简称电容）、电感器（简称电感）、变压器、开关等。这些已经在电路分析中讲过。 由晶体管或电子管以及上述电子元件组成的电子电路称为分立电路。 如果把多个晶体管制作到一块晶体上则称为集成电路。集成电路里可含有电阻和较小的电容（几十几百pF)，电感和较大的电容不能制作到集成电路中。,模拟电子技术(analog),研究对象-随时间连续变化的信号（模拟信号) 研究内容-输入与输出之间的
3、信号大小、相位、效率等。 晶体管的工作状态-放大。,数字电子技术(digital),研究对象-时间上离散的脉冲信号（数字信号） 研究内容-输入和输出之间的逻辑关系。 晶体管的工作状态-饱和或截止。,第1章 半导体器件,1.1半导体的特性 1.2 PN结及半导体二极管 1.3 双极型三极管 1.4 场效应三极管,1.1.1 本征半导体,现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。,1.1 半导体的特性,四价元素原子模型,通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。,完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为本征半导体。,在硅和锗晶体中，每个原子与其相临的原子之间形成共价
4、键，共用一对价电子。,硅和锗的共价键结构,共价键共 用电子对,+4表示除去价电子后的原子,共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子。,形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。,共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。,本征激发和热激发：束缚电子 自由电子,两种载流子：电子和空 穴。（空穴：在一定温 度下，电子脱离束缚， 其留下的空位形成空穴） 电子和空穴成对出现。,在一定温度下，电子-空穴对是不断产生又复 合，相对平衡，维持一定数目。,1.1.2杂质半导体,在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生
5、显著变化。,其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。,N型半导体（主要载流子为电子，电子半导体） P型半导体（主要载流子为空穴，空穴半导体）,N型半导体,在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相临的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个电子，称为施主原子。,硅或锗 +少量磷 N型半导体,N型半导体,多余电子,磷原子,硅原子,P型半导体,在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或铟），晶体点阵中的某些半
6、导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相临的半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。由于硼原子接受电子，所以称为受主原子。,硅或锗 +少量硼 P型半导体,空穴,P型半导体,硼原子,硅原子,空穴被认为带一个单位的正电荷，并且可以移动,杂质半导体的示意表示法,1.2.1 PN 结的形成及单向导电特性,在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和N型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN结。,1.2 PN结及半导体二极管,P型半导体,N型半导体,空间电荷区,PN结处载流子的运动,扩散的结果是使空间电荷区逐渐
7、加宽，空间电荷区越宽。,内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。,所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。,PN结形成(动画),PN结的单向导电性,PN结加上正向电压、正向偏置的意思都是： P区加正电压、N区加负电压。,PN结加上反向电压、反向偏置的意思都是： P区加负电压、N区加正电压。,PN结正向偏置,内电场减弱，使扩散加强， 扩散飘移，正向电流大,P,N,+,_,PN结正向偏置,PN结反向偏置,N,P,+,_,内电场加强，使扩散停止， 有少量飘移，反向电流很小,反向饱和电流 很小，A级,PN结反向偏置,1.2.2
8、半导体二极管(diode)的伏安特性,(1)、基本结构,PN结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。,为了与电子二极管区别，称半导体材料制造的二极管为半导体二极管。,点接触式:接触面积小，通过电流小，节电容小，适合作检波、开关等高频率、小电流的电路。 面接触式:接触面积大，通过电流大，节电容大，适于作整流、阻尼、钳位等大电流，低频率的电路。,(2)、伏安特性,导通压降: 硅管0.60.7V,锗管0.20.3V。,反向击穿电压UBR,1.2.3二极管的主要参数,1、最大整流电流IF 二极管长期运行时，允许通过管子的最大正向平均电流。 （超过易过热损坏） 2、最高反向工作电压UR=1/2UBR 3、
9、反向电流IR 在室温条件下，在二极管两端加上规定的反向电压时，流过管子的反向电流。 4、最高工作频率fM 取决于PN 结结电容大小。结电容越大，fM越低。,1.2.4 二极管的电容效应,1、势垒电容（结电容）,PN结加正向电压 PN结加反向电压,空间电荷区,空间电荷区,势垒电容大小：,S：结面积 l：耗尽层宽度,介电比系数,势垒电容与外加电压的关系,2、扩散电容 由多数载流子在扩散过程中的积累而引起的。,np,2,Q,1,x,O,P区中电子浓度的分布曲线及电荷的积累,PN结的总的结电容Cj= 势垒电容Cb+扩散电容Cd 正向偏置时，扩散电容Cd起主要作用。 反向偏置时，势垒电容Cb起主要作用。
10、,1.2.5二极管的应用,在整流电路的应用,这是单相半波二极管整流电路。 所谓单相，就是变压器初级（也叫一次侧）的一端接交流电源的相线，另一端接交流电源的零线。所谓半波，就是只在交流电的正半周或负半周有电流从负载流过。,半波整流电路的工作波形图,单相全波桥式整流电路,与单相半波整流电路不同，单相全波桥式整流电路在交流电的正负半周都有电流从负载流过。,全波桥式整流电路的工作波形,二极管在检波电路中的应用,二极管在限幅电路中的应用,单向限幅电路,电路中的二极管为理想二极管，假设导通电压忽略不计。可得输出波形如下图所示,另一种二极管限幅电路,分析方法：把二极管看成理想二极管，导通电压忽略不计，先计算
11、二极管未导通前的正向偏置电压，看其是否能导通，然后再分别计算二极管导通时和截止时的输出电压，最后画出输出波形图。 左图中的二极管VD1的正向电压为 VD1导通，此时的输出电压为 VD1截止，此时的输出电压为 由于电阻中没有电流，所以电阻上没有电压降。,例1：二极管：死区电压=0 .5V，正向压降 为0.7V(硅二极管) 理想二极管：死区电压=0 ，正向压降=0,二极管半波整流,1.2.6 稳压管,当稳压二极管工作在反向击穿状态下,当工作电流IZ在Izmax和 Izmin之间时,其两端电压近似为常数,正向同二极管,稳定电流,稳定电压,主要参数： 1、稳定电压Uz-工作在反向击穿区时的稳定工作电压
12、。 2、稳定电流IZ- 使稳压管正常工作时的参考电流。 3、动态电阻rZ- 稳压管两端电压和电流的变化量之比，即 （越小越好） 4、电压的温度系数 U -稳压管电流保持不变时，环境温度每变化1度所引起的稳定电压变化的百分比。 5、额定功耗PZ、最大稳定电流IZM IZM= PZ/UZ,稳压管组成的最简稳压电路,电路要求: 1,外加电源的正极接管子的N区,电源的负极接P区,保证稳压管工作在反向击穿区; 2,稳压管应该与负载电阻并联,与分压电阻串联; 3,必须限制流过稳压管的电流IZ,不能超过规定值.,根据欧姆定律可得以下公式：,稳压电路能够正常工作的条件是：稳压管中能维持正常的稳定电流IZ。 这
13、涉及到三个问题： 1.输入电压是否足够大。一般Ui最少应大或等于Uo+3V。 2.限流电阻R和负载电阻RL的比例是否能使稳压管反向击穿并工作于稳压状态。 3. 稳压管中的稳定电流不能超过最大值IZM和最小值。,例：稳压二极管的应用,稳压二极管技术数据为：稳压值UZW=10V，Izmax=12mA，Izmin=2mA，负载电阻RL=2k，输入电压ui=12V，限流电阻R=200 。若负载电阻变化范围为1.5 k 4 k ，是否还能稳压？,UZW=10V ui=12V R=200 Izmax=12mA Izmin=2mA RL=2k (1.5 k 4 k),iL=uo/RL=UZ/RL=10/2=
14、5（mA） i= （ui - UZ）/R=（12-10）/0.2=10 （mA） iZ = i - iL=10-5=5 （mA） RL=1.5 k , iL=10/1.5=6.7（mA）, iZ =10-6.7=3.3（mA） RL=4 k , iL=10/4=2.5（mA）, iZ =10-2.5=7.5（mA）,发光二极管和红外接收二极管,发光二极管主要有红、黄、绿、蓝、橙几种颜色和红外发光二极管。 红外发射接收二极管可用于多种近距离遥控。如门的开关；水龙头开关；防盗报警.等。,LED 原理： 正向偏压下的载流子注入、复合辐射和光能传输。微小的半导体晶片被封装在洁净的环氧树脂物中，当电子经
15、过该晶片时，带负电的电子移动到带正电的空穴区域并与之复合，电子和空穴消失的同时产生光子。电子和空穴之间的能量(带隙)越大，产生的光子的能量就越高。光子的能量反过来与光的颜色对应，可见光的频谱范围内，蓝色光、紫色光携带的能量最多，桔色光、红色光携带的能量最少。由于不同的材料具有不同的带隙，从而能够发出不同颜色的光。,优点： 高节能：节能能源无污染即为环保。直流驱动，超低功耗(单管0.03-0.06瓦)电光功率转换接近100%，相同照明效果比传统光源节能80%以上。 寿命长：LED光源有人称它为长寿灯，意为永不熄灭的灯。固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、
16、光衰等缺点，使用寿命可达6万到10万小时，比传统光源寿命长10倍以上。 多变幻：LED光源可利用红、绿、篮三基色原理，在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合，即可产生256256256=16777216种颜色，形成不同光色的组合变化多端，实现丰富多彩的动态变化效果及各种图像。,利环保：环保效益更佳，光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，眩光小，而且废弃物可回收，没有污染不含汞元素，冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源。 高新尖：与传统光源单调的发光效果相比，LED光源是低压微电子产品，成功融合了计算机技术、网络通信技术、图像处理技术、嵌入式控制技术等，所以亦是数字信息化产品，是半导体光电器件“高新尖”技术，具有在线编程，无限升级，灵活多变的特点。,