第1章緒論+半導(dǎo)體器件

電子技術(shù)主講教師：李彥旭江蘇大學(xué)電氣信息工程學(xué)院Email:

billlyx@前言一、電子技術(shù)

是指研究含有電子器件(二極管、三極管、電阻、電容、電感等)電路的一門(mén)學(xué)科，亦稱(chēng)電子線路。電子技術(shù)可以分為：模擬和數(shù)字(按信號(hào)特點(diǎn))

高頻和低頻(按信號(hào)頻率)二、怎樣才能學(xué)習(xí)好該課程？

1.重視課堂教學(xué)和自學(xué)；2.注重理論與實(shí)踐；

3.抓住基本概念、基本原理和基本分析方法；

4.及時(shí)做好復(fù)習(xí)，自己完成作業(yè)，適量做一些課外習(xí)題；選適量的參考書(shū)，做適當(dāng)?shù)墓P記。三、本課程考核方式

1.統(tǒng)一考試，統(tǒng)一閱卷；2.卷面成績(jī)80%，平時(shí)成績(jī)20%；

3.平時(shí)成績(jī)由出勤和作業(yè)組成，各占10%。參考書(shū)目：[1]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)[2]童詩(shī)白,華成英.電子技術(shù)基礎(chǔ)(第三版)

第1

章半導(dǎo)體器件第1章半導(dǎo)體器件

第1節(jié) 半導(dǎo)體基礎(chǔ)第2節(jié) 半導(dǎo)體二極管第3節(jié) 穩(wěn)壓二極管第4節(jié) 晶體三極管

第5

節(jié) 場(chǎng)效應(yīng)管第1章重點(diǎn)PN結(jié)的形成及其單向?qū)щ娦远O管的伏安特性和應(yīng)用電路三極管的工作原理與伏安特性場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理、特性曲線第1節(jié)半導(dǎo)體基礎(chǔ)一、半導(dǎo)體導(dǎo)體：很容易導(dǎo)電的物質(zhì)。如：金屬等絕緣體：幾乎不導(dǎo)電的物質(zhì)。如：橡皮、陶瓷、塑料、石英等半導(dǎo)體：導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)。如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等當(dāng)受外界熱和光等作用時(shí)，它的導(dǎo)電能力明顯提高。往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會(huì)使它的導(dǎo)電能力顯著改變。現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們的最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)。Ge1.本征半導(dǎo)體Si通過(guò)一定的工藝過(guò)程，可以將半導(dǎo)體制成晶體。完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體，稱(chēng)為本征半導(dǎo)體。在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點(diǎn)陣，每個(gè)原子都處在正四面體的中心，而四個(gè)其它原子位于四面體的頂點(diǎn)，每個(gè)原子與其相臨的原子之間形成共價(jià)鍵，共用一對(duì)價(jià)電子。硅和鍺的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵共用電子對(duì)+4+4+4+4+4表示除去價(jià)電子后的原子Si硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中，稱(chēng)為束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價(jià)鍵成為自由電子，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。形成共價(jià)鍵后，每個(gè)原子的最外層電子是八個(gè)，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。共價(jià)鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。+4+4+4+4本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理+4+4+4+4空穴吸引臨近的電子對(duì)中的電子來(lái)填補(bǔ)，這樣的現(xiàn)象，結(jié)果相當(dāng)于空穴的遷移，而空穴的遷移相當(dāng)于正電荷的移動(dòng)，因此可以認(rèn)為：空穴也是載流子。載流子：自由電子，空穴。成對(duì)出現(xiàn)，成對(duì)消失?？昭ㄗ杂呻娮邮`電子熱激發(fā)2.雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加。使自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體稱(chēng)為N型半導(dǎo)體（電子半導(dǎo)體），使空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體稱(chēng)為P型半導(dǎo)體（空穴半導(dǎo)體）。+4+4+5+4N型半導(dǎo)體多余電子磷原子P型半導(dǎo)體+4+4+3+4空穴硼原子雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法++++++++++++++++++++++++N型半導(dǎo)體－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半導(dǎo)體1、本征半導(dǎo)體中為什么成對(duì)產(chǎn)生自由電子和空穴?2、N型半導(dǎo)體中的載流子是什么？自由電子稱(chēng)為多數(shù)載流子（多子），空穴稱(chēng)為少數(shù)載流子（少子）。3、P型半導(dǎo)體中的載流子是什么？自由電子稱(chēng)為少數(shù)載流子（少子），空穴稱(chēng)為多數(shù)載流子（多子）。4、多數(shù)載流子由什么決定？少數(shù)載流子由什么決定？？多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)少子漂移運(yùn)動(dòng)空間電荷區(qū),耗盡層,阻擋層二、PN結(jié)的形成結(jié)合→濃差→多子擴(kuò)散→界面復(fù)合,空間電荷區(qū)→形成內(nèi)電場(chǎng)E方向(N→P)靜電場(chǎng)作用a.阻礙多子擴(kuò)散,但是擴(kuò)散愈多E愈強(qiáng);b.利于少子漂移,但漂移愈多，E愈弱。最終→動(dòng)態(tài)平衡,穩(wěn)定.耗盡,阻擋層,空間電荷區(qū)→PN結(jié)

PN結(jié)++++P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體++++++++++++++++++++－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－內(nèi)電場(chǎng)E擴(kuò)散的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬，空間電荷區(qū)越寬。漂移運(yùn)動(dòng)P型半導(dǎo)體－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半導(dǎo)體++++++++++++++++++++++++擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)E內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，就使漂移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。PN結(jié)正向偏置－－－－++++內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)變薄PN+_內(nèi)電場(chǎng)被削弱，多子的擴(kuò)散加強(qiáng)能夠形成較大的擴(kuò)散電流，PN結(jié)導(dǎo)通。三、PN結(jié)的單向?qū)щ娦訮N結(jié)反向偏置－－－－++++內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)變厚NP+_內(nèi)電場(chǎng)被加強(qiáng)，多子的擴(kuò)散受抑制。少子漂移加強(qiáng)，但少子數(shù)量有限，只能形成較小的反向電流，PN結(jié)截止。正向偏置 PN結(jié)導(dǎo)通反向偏置 PN結(jié)截止少子漂移電流(微)(P區(qū)高電位、N區(qū)低電位)(P區(qū)低電位、N區(qū)高電位)多子擴(kuò)散電流（大）引線外殼線觸絲線基片點(diǎn)接觸型第2節(jié)半導(dǎo)體二極管一、結(jié)構(gòu)和類(lèi)型PN結(jié)加上引線和管殼，就成為半導(dǎo)體二極管。符號(hào)陽(yáng)極正極陰極負(fù)極PN結(jié)面接觸型二、伏安特性UI導(dǎo)通壓降:硅管0.6~0.7V,鍺管0.2~0.3V。反向擊穿電壓U(BR)線性工作區(qū)門(mén)坎區(qū)(死區(qū))反向飽和區(qū)反向擊穿區(qū)死區(qū)電壓硅管0.7V鍺管0.3V三、主要參數(shù)1、最大整流電流IF長(zhǎng)期使用時(shí)，允許流過(guò)二極管的最大正向平均電流。2、最高反向工作電壓URM允許施加的最高反向電壓，為擊穿電壓UBR的一半左右。3、反向電流

IR指二極管加反向工作電壓時(shí)的反向電流。反向電流越小越好。受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流要大幾十到幾百倍。4、最高工作頻率fMrd勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容的綜合效應(yīng)四、理想二極管含義：正偏時(shí)，二極管完全導(dǎo)通（死區(qū)電壓為零，正向管壓降為零，正向?qū)娮铻榱悖?，相?dāng)于開(kāi)關(guān)閉合導(dǎo)通；

反偏時(shí)，二極管完全截止（反向電流為零，反向電阻為無(wú)窮大），相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)、開(kāi)路。相當(dāng)于理想的開(kāi)關(guān)。二極管的應(yīng)用是主要利用它的單向?qū)щ娦?。包括整流、限幅、保護(hù)、檢波、開(kāi)關(guān)、信號(hào)處理等等。五、主要應(yīng)用例1：二極管的應(yīng)用例2：二極管的應(yīng)用：假設(shè)截止法(反證,定二極管通斷)1.斷開(kāi)V,2.繪V+,V-波形,3.比較,V+>V-二級(jí)管導(dǎo)通(短路處理)V+<V-二級(jí)管截止(斷開(kāi)處理)

例3：二極管的應(yīng)用：求ID1.判斷二極管是否導(dǎo)通？方法：先斷開(kāi)二極管，再求電壓U。2.求ID例4：二極管的應(yīng)用：2.7已知兩個(gè)二極管的管壓降均為0.7V，求UF

。搶先導(dǎo)通第3節(jié)穩(wěn)壓二極管U穩(wěn)壓誤差I(lǐng)UZIZIZmaxUZIZ+-曲線越陡，電壓越穩(wěn)定。特點(diǎn)：1、通常工作在反向擊穿區(qū)；2、反向擊穿特性較陡。伏安特性主要參數(shù)1、穩(wěn)定電壓UZ；2、穩(wěn)定電流IZ；最大穩(wěn)定電流IZM；3、電壓溫度系數(shù)CTU（±%/℃）；4、最大允許功耗PZM=UZIZM；5、動(dòng)態(tài)電阻RZ；越小輸出電壓越穩(wěn)定。IRLR整流濾波電路~220VUZIILIZUi限流電阻R=？I并聯(lián)穩(wěn)壓電路電流調(diào)節(jié)：DZ電壓調(diào)節(jié)：R光電二極管反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而上升。IU照度增加發(fā)光二極管有正向電流流過(guò)時(shí)，發(fā)出一定波長(zhǎng)范圍的光，目前的發(fā)光管可以發(fā)出從紅外到可見(jiàn)波段的光，它的電特性與一般二極管類(lèi)似。正向電壓比較大光電耦合器電光電特點(diǎn)：輸入與輸出電氣絕緣作用：抗干擾、隔噪聲應(yīng)用舉例：~220V+5V思考題1、本征半導(dǎo)體是如何導(dǎo)電的？2、N型半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子是什么？P型半導(dǎo)體呢？3、多數(shù)載流子與什么有關(guān)？少數(shù)載流子呢？4、PN結(jié)加什么電壓使空間電荷區(qū)變窄？有利于什么運(yùn)動(dòng)？5、穩(wěn)壓二極管與普通二極管的區(qū)別在哪里？6、二極管的死區(qū)電壓是什么的反映？7、半導(dǎo)體器件的性能為什么受溫度的影響比較大？8、什么叫PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕?、怎樣用萬(wàn)用表判斷二極管的極性？10、二極管能否起穩(wěn)壓作用？如能，舉例說(shuō)明。P22：1.3；1.4；1.5

1.6；1.7;1.9第4節(jié)晶體三極管一.基本結(jié)構(gòu)、分類(lèi)、符號(hào)BECNNP基極發(fā)射極集電極NPN型PNP集電極基極發(fā)射極BCEPNP型晶體管放大的外部條件：發(fā)射結(jié)加正向電壓；集電結(jié)加反向電壓。晶體管放大的內(nèi)部條件：BECNNP基極發(fā)射極集電極基區(qū)：較薄，摻雜濃度低集電區(qū)：面積較大發(fā)射區(qū)：摻雜濃度較高集電結(jié)發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴(kuò)散，形成發(fā)射極電流IE。進(jìn)入P區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成電流IB，多數(shù)擴(kuò)散到集電結(jié)。二.晶體管的電流放大作用BECNNPEcIEIBEEBRBICIB從基區(qū)擴(kuò)散來(lái)的電子作為集電結(jié)的少子，漂移進(jìn)入集電結(jié)而被收集，形成IC。IC/IB=β=β

IB+IC=IEBECIBIEICPNP型三極管BECIBIEICNPN型三極管放大區(qū)電壓和電流實(shí)際方向三、晶體管的特性曲線

實(shí)驗(yàn)線路工作壓降：硅管UBE0.6~0.7V鍺管UBE-0.2~-0.3V

死區(qū)電壓，硅管0.7V，鍺管0.3V。1、輸入特性（同二極管）IB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1V當(dāng)UCE大于一定的數(shù)值時(shí)，IC基本只與IB有關(guān)，IC=IB。2、輸出特性條件：發(fā)射結(jié)正偏,集電結(jié)反偏。功能：放大

IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A線性放大區(qū)IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域中UCEUBE,集電結(jié)正偏，IB>IC，UCES0.3V稱(chēng)為飽和區(qū)。條件：發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)正偏功能：RCE≈0近似電子開(kāi)關(guān)接通

飽和區(qū)IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域中:IB=0,IC=ICEOUBE<死區(qū)電壓，稱(chēng)為截止區(qū)。條件：發(fā)射結(jié)反偏集電結(jié)反偏I(xiàn)B=0功能：RCE≈

∞

近似電子開(kāi)關(guān)斷開(kāi)

截止區(qū)求：1）IB

，IC.

判斷三極管是否處于放大狀態(tài).2）當(dāng)RB=100kΩ時(shí)，三極管是否處于放大狀態(tài)？例1.已知EC=10V,EB=5V,UBE=0.7V,RC=3kΩ，RB=200kΩ,β

=100，解：1）IB=EB－UBERB5－0.7200＝＝21.5μA

0.0215mA＝Ic≈β

IB2.15mA＝UCE=EC–ICRC＝10－2.15×3＝3.55V>UBE=0.7V,說(shuō)明發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，故三極管處于放大狀態(tài)。2).集電極臨界飽和電流：ICS=EC－UCESRCECRC≈0.33mA＝基極臨界飽和電流：IB=EB－UBERBIBS

≈I

c/β=33μA

當(dāng)RB=100kΩ時(shí)，基極電流：＝43μA

>IBS故三極管處于飽和狀態(tài)。例2.測(cè)得在放大狀態(tài)的兩個(gè)三極管的電位分別為：2.5V、3.2V、9V和－0.7V、－1V、－6V，試判斷這兩個(gè)三極管的類(lèi)型和管腳。解：三極管在放大狀態(tài)。說(shuō)明發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。對(duì)NPN：UBE>0、UBC<

0。說(shuō)明

VC>VB

>

VENPN型三極管一般為硅管UBE=0.7V，PNP型三極管一般為鍺管UBE=－0.3VBECBEC對(duì)PNP：UBE<

0、UBC>

0。則為

VC<VB

<

VE四、主要參數(shù)1.電流放大系數(shù)β=Ic/Ib=IC/IB (一般40-200)2.集-基反向飽和電流ICBO (CB之間PN結(jié)反向電流)3.穿透電流ICEO=(1+β)ICBO

ICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作區(qū)4.集電極最大電流 ICM5.集射反向擊穿電壓 UCEO6.集電極最大耗散功率 PCM五.溫度對(duì)三極管參數(shù)影響P34：1.6.9;1.6.14第5節(jié)場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管與雙極型晶體管不同，它是多子導(dǎo)電，稱(chēng)為單極型晶體管，是電壓控制電流器件。輸入阻抗高，溫度穩(wěn)定性好。一、場(chǎng)效應(yīng)管的基本結(jié)構(gòu)、分類(lèi)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管JFET絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管MOSPGSDNNPNNNNPN+GSDBN+PNNGSD金屬鋁導(dǎo)電溝道GSDN溝道增強(qiáng)型N溝道耗盡型GSDPNNGSD予埋了導(dǎo)電溝道NPPGSDGSDP溝道增強(qiáng)型P溝道耗盡型GSDNPPGSD予埋了導(dǎo)電溝道PNNGSDUDSUGSUGS=0時(shí)D-S間相當(dāng)于兩個(gè)PN結(jié)ID=0對(duì)應(yīng)截止區(qū)