電子技術(shù)基礎(chǔ)課件

常用半導(dǎo)體器件

一、半導(dǎo)體導(dǎo)體絕緣體半導(dǎo)體：硅（Si）鍺（Ge）二、本征半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)圖1.1.1

本征半導(dǎo)體中的兩種載流子載流子：自由電子空穴圖1.1.2四、本征半導(dǎo)體中載流子的濃度本征激發(fā)、復(fù)合、動態(tài)平衡ni、pi:自由電子與空穴濃度（）；T：熱力學(xué)溫度；k：玻爾茲曼常數(shù)（）；EGO:熱力學(xué)零度時(shí)破壞共價(jià)鍵所需的能量；K1：與半導(dǎo)體材料載流子有效質(zhì)量、有效能級密度有關(guān)的常量。在常溫下，即T=300K時(shí)，硅材料的本征載流子濃度鍺材料的本征載流子濃度1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體一、N型半導(dǎo)體純凈硅晶體中摻入五價(jià)元素（如磷），使之取代晶格中硅原子的位置。雜質(zhì)原子提供電子，所以稱之為施主原子。自由電子為多數(shù)載流子，空穴為少數(shù)載流子，簡稱多子和少子。圖1.1.3二、P型半導(dǎo)體純凈硅晶體中摻入三價(jià)元素（如硼），使之取代晶格中硅原子的位置。雜質(zhì)原子提供空穴，所以稱之為受主原子。空穴為多數(shù)載流子，自由電子為少數(shù)載流子，簡稱多子和少子。圖1.1.41.1.3PN結(jié)一、PN結(jié)的形成圖1.1.5濃度差—擴(kuò)散運(yùn)動復(fù)合—空間電荷區(qū)內(nèi)電場—漂移運(yùn)動多子擴(kuò)散=少子漂移達(dá)到動態(tài)平衡，形成PN結(jié)。

在空間電荷區(qū)內(nèi)自由電子和空穴都很少，所以稱為耗盡層。二、PN結(jié)的單向?qū)щ娦?、外加正向電壓時(shí)PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)圖1.1.6PN結(jié)處于正向偏置。外電場將多數(shù)載流子推向空間電荷區(qū)，使其變窄，削弱了內(nèi)電場，破壞了原來的平衡，使擴(kuò)散運(yùn)動加劇，漂移運(yùn)動減弱。由于電源的作用，擴(kuò)散運(yùn)動將源源不斷地進(jìn)行，從而形成正向電流，PN結(jié)導(dǎo)通。因?yàn)镻N結(jié)正向?qū)妷褐挥辛泓c(diǎn)幾伏，所以在回路中串聯(lián)電阻以限制電流。2、外加反向電壓時(shí)PN處于截止?fàn)顟B(tài)PN結(jié)處于反向偏置狀態(tài)。外電場使空間電荷區(qū)變寬，加強(qiáng)了內(nèi)電場，阻止擴(kuò)散運(yùn)動的進(jìn)行，加劇漂移運(yùn)動的進(jìn)行，形成反向電流，也稱為漂移電流。因?yàn)樯僮拥臄?shù)目極少，即使都參與漂移，反向電流也非常小，認(rèn)為PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。圖1.1.7三、PN結(jié)的電流方程IS:反向飽和電流；q：電子的電量；k：玻爾茲曼常數(shù)；T：熱力學(xué)溫度。;將式中的kT/q用UT取代，則得四、PN結(jié)的伏安特性圖1.1.10

u＞0,稱為正向特性；

u＜0,稱為反向特性；當(dāng)反向電壓大于U(BR)

后，反向電流急劇增加，稱

為反向擊穿。在高摻雜情況下，耗盡

層很窄，不大的反向電壓可

在耗盡層產(chǎn)生很大的電場，

直接破壞共價(jià)鍵，產(chǎn)生電子-空穴對，稱為齊納擊穿；如果摻雜濃度較低，當(dāng)反向電壓較大時(shí)，耗盡層的電場使少子加快漂移速度，把價(jià)電子撞出共價(jià)鍵，產(chǎn)生電子-空穴對，又撞出價(jià)電子，稱為雪崩擊穿。在擊穿時(shí)，若不限制電流，則會造成永久性損壞。五、PN結(jié)的電容效應(yīng)1、勢壘電容耗盡層的寬窄隨外加電壓的變化而變化，這相當(dāng)于電容的充、放電，其所等效的電容稱為勢壘電容Cb。見圖1.1.11所示。圖1.1.112、擴(kuò)散電容

PN結(jié)處于平衡狀態(tài)時(shí)的少子稱為平衡少子。PN結(jié)處于正向偏置時(shí)，從P區(qū)擴(kuò)散到N區(qū)的空穴和從N區(qū)擴(kuò)散到P區(qū)的自由電子均稱為非平衡少子。當(dāng)外加正向電壓一定時(shí)，靠近耗盡層交界面的地方非平衡少子的濃度高，而遠(yuǎn)離交界面地方的非平衡少子的濃度低。且濃度自高到低逐漸衰減，直到零，形成一定的濃度梯度（濃度差），從而形成擴(kuò)散電流。當(dāng)外加正向電壓增大時(shí)，非平衡少子的濃度增大且濃度梯度也增大，從外部看正向（擴(kuò)散）電流增大。當(dāng)外加正向電壓減小時(shí)，與上述變化情況相反。擴(kuò)散區(qū)內(nèi)，電荷的積累和釋放過程與電容的充放電過程相同，這種電容效應(yīng)稱為擴(kuò)散電容Cd。見圖1.1.12所示。圖1.1.12PN結(jié)的結(jié)電容Cj是勢壘電容Cb和擴(kuò)散電容Cd之和，即

Cj=Cb+Cd1.2半導(dǎo)體二極管圖1.2.11.2.1半導(dǎo)體二極管的常見結(jié)構(gòu)圖1.2.2(a)是點(diǎn)接觸型；(b)是面接觸型；(c)是平面型；(d)是二極管的符號。1.2.2二極管的伏安特性一、二極管和PN結(jié)伏安特性的區(qū)別由于存在半導(dǎo)體體電阻和引線電阻，在電流相同的情況下，二極管的端電壓比PN結(jié)上的壓降大。如圖1.2.3所示。使二極管開始導(dǎo)通的臨界電壓稱為開啟電壓Uon。圖1.2.3二、溫度對二極管特性的影響如圖1.2.3虛線所示，在溫度升高時(shí)，二極管的正向特性曲線將左移，在室溫附近，溫度每升高1，正向壓降減小2～2.5mV;溫度每升高10,反向電流約增大一倍。1.2.3二極管的主要參數(shù)1、最大整流電流IF：二極管長期運(yùn)行時(shí)允許通過的最大正向平均電流。2、最高反向工作電壓UR：二極管工作時(shí)允許外加的最大反向電壓。3、反向電流IR：二極管未擊穿時(shí)的反向電流。4、最高工作頻率fM：二極管工作的上限頻率。1.2.4二極管的等效電路二極管是非線性器件，在一定條件下用線性元件構(gòu)成的電路來近似模擬二極管的特性，并取代二極管，稱為等效電路或等效模型。一、伏安特性折線化等效電路圖1.2.4折線化等效電路（a）理想二極管；（b）正向?qū)〞r(shí)端電壓為常量；（c）正向?qū)〞r(shí)端電壓與電流成線性關(guān)系圖（a）表明二極管導(dǎo)通時(shí)正向壓降為零，截止時(shí)反向電流為零，稱為“理想二極管”。圖（b）表明二極管導(dǎo)通時(shí)正向壓降為一個(gè)常量Uon，截止時(shí)反向電流為零，等效電路為理想二極管串聯(lián)電壓源Uon。圖（c）表明當(dāng)二極管正向電壓大于Uon后其電流i和電壓u成線性關(guān)系，直線斜率為1/rD。二極管截止時(shí)反向電流為零。等效電路為理想二極管串聯(lián)電壓源Uon和電阻rD，且rD=△U/△I。二、二極管的微變等效電路二極管外加直流正向偏置電壓時(shí)的靜態(tài)工作點(diǎn)Q，若在Q點(diǎn)基礎(chǔ)上外加微小的變化量，則可以用以Q點(diǎn)為切點(diǎn)的切線來近似微小變化時(shí)的曲線。如圖1.2.7（a）所示。圖1.2.7二極管的微變等效電路（a）動態(tài)電阻的物理意義（b）動態(tài)電阻動態(tài)電阻rd=△uD/△iD，圖（b）即為二極管的微變等效電路。rd也可由二極管的電流方程求出：1.2.5穩(wěn)壓二極管一、穩(wěn)壓二極管的伏安特性

圖1.2.10穩(wěn)壓管的伏安特性和等效電路（a）伏安特性（b）等效電路二、二極管的主要參數(shù)1、穩(wěn)定電壓UZ:在規(guī)定電流下穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓。2、穩(wěn)定電流IZ(Izmin)：穩(wěn)壓管保證穩(wěn)壓效果的最小電流。3、額定功耗PZM：穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ和最大穩(wěn)定電流IZM(Izmax)的乘積?？梢酝ㄟ^PZM求出IZM的值。4、動態(tài)電阻rZ：穩(wěn)壓管在穩(wěn)壓區(qū)內(nèi)，端電壓變化量△UZ與其電流變化量△IZ

之比，即△UZ/△IZ

。

rZ愈小則穩(wěn)壓特性愈好。rZ的值一般是幾歐到幾十歐。5、溫度系數(shù)α：溫度每變化1oC穩(wěn)壓值的變化量。由于穩(wěn)壓管的正常工作電流是大于Izmin，小于Izmax。所以在穩(wěn)壓管電路中要串聯(lián)一個(gè)限流電阻R。例1.2.2在圖1.2.11所示穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中，已知穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值UZ=6V，最小穩(wěn)定電流IZmin=5mA，最大穩(wěn)定電流IZmax=25mA；負(fù)載電阻R=600Ω。求解限流電阻R的取值范圍。圖1.2.11解：IR=IDz+IL；IDz=(5~25)mA,IL=UZ/RL=6V/600Ω=10mA,所以，IR=（15~35）mA。R上的電壓UR=UI－UZ=4VRmax=UR/IRmin=4V/15mA=227Ω;Rmin=UR/IRmax=4V/35mA=114Ω。故限流電阻R的取值范圍為114~227Ω。1.2.6其它類型二極管一、發(fā)光二極管圖1.2.12發(fā)光二極管（a）外形（b）符號包括可見光、不可見光、激光等不同類型。對于可見光的發(fā)光二極管，當(dāng)外加正向電壓使得正向電流足夠大時(shí)才發(fā)光。開啟電壓較大，紅色的在1.6~1.8V之間，綠色的約為2V。發(fā)光二極管驅(qū)動電壓低、功耗小、壽命長、可靠性高，廣泛用于顯示電路之中。二、光電二極管圖1.2.13光電二極管（a）外形（b）符號光電二極管是遠(yuǎn)紅外線接收管，是光能與電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換的器件。PN結(jié)型光電二極管利用PN結(jié)的光敏特性，將接收到的光的變化轉(zhuǎn)換成電流的變化。幾種常見外形如圖1.2.13（a）所示。圖1.2.14（a）為光電二極管的伏安特性。在無光照時(shí)，與普通二極管一樣，具有單向?qū)щ娦?。反向電流稱為暗電流，通常小于0.2μA。圖1.2.14光電二極管的伏安特性（a）伏安特性（b）工作在第一象限的等效電路（c）工作在第一象限的等效電路（d）工作在第一象限的等效電路在有光照時(shí)，特性曲線下移，它們分布在第三、四象限內(nèi)。在反向電壓的一定范圍內(nèi)，即第三象限，特性曲線是一組橫軸的平行線，光電流受入射光照度的控制。照度一定時(shí)，光電二極管等效為恒流源。照度愈大，光電流愈大。在光電流大于幾十微安時(shí)，與照度成線性關(guān)系。此特性廣泛用于遙控、報(bào)警及光電傳感器之中。在第四象限時(shí)呈光電池特性，如圖（d）表示，入射照度愈大，i愈大，R上獲得的能量也愈大，此時(shí)光電二極管作為微型光電池。由于光電流較小，所以將其用于測量及控制等電路中時(shí)，需首先進(jìn)行放大和處理。除此之外，還有利用PN結(jié)勢壘電容制成的變?nèi)荻O管，可用于電子調(diào)諧、頻率的自動控制、調(diào)頻調(diào)幅、調(diào)相和濾波等電路之中。利用高摻雜材料形成PN結(jié)的隧道效應(yīng)制成的隧道二極管，可用于振蕩、過載保護(hù)、脈沖數(shù)字電路之中。利用金屬與半導(dǎo)體之間的接觸勢壘而制成的肖特基二極管，正向?qū)妷盒?，結(jié)電容小，常用于微波混頻、檢測、集成化數(shù)字電路等場合。1.3雙極型晶體管雙極型晶體管(BJT)又稱晶體三極管、半導(dǎo)體三極管等，簡稱晶體管。圖1.3.1所示為幾種常見外形。圖（a）、（b）為小功率管，圖（c）為中功率管，圖（d）為大功率管。圖1.3.1晶體管的幾種常見外形1.3.1晶體管的結(jié)構(gòu)及類型根據(jù)不同的摻雜方式在同一個(gè)硅片上制造出三個(gè)摻雜區(qū)域，并形成兩個(gè)PN結(jié)，就構(gòu)成晶體管。圖1.3.2（a）為平面型NPN型硅材料晶體管的結(jié)構(gòu)圖，上層區(qū)是發(fā)射區(qū)（e），摻雜濃度很高；中層的區(qū)稱為基區(qū)（b），它很薄且雜質(zhì)濃度很低；下層的區(qū)是集電區(qū)（c），集電結(jié)面積很大。引出的三個(gè)電極分別是發(fā)射極e、基極b和集電極c。圖1.3.2晶體管的結(jié)構(gòu)和符號（a）結(jié)構(gòu)（b）示意（c）符號圖（b）為NPN型管的結(jié)構(gòu)示意圖，發(fā)射區(qū)與基區(qū)間的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)，基區(qū)與集電區(qū)間的PN結(jié)稱為集電結(jié)。圖（c）為NPN型管和PNP型管的符號。下面以NPN型硅管為主講述晶體管的放大作用、特性曲線和主要參數(shù)。1.3.2晶體管的電流放大作用圖1.3.3基本共射放大電路圖1.3.3所示為基本放大電路，△uI為輸入電壓信號，它接入基極—發(fā)射極回路（輸入回路）；放大后的信號在集電極—發(fā)射極回路（輸出回路）。發(fā)射極是兩個(gè)回路的公共端，故稱其為共射放大電路。為保證發(fā)射結(jié)正向偏置、集電結(jié)反向偏置以使晶體管工作在放大狀態(tài)。所以要加VBB和VCC。

一、晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動

圖1.3.4在圖1.3.3中△uI=0時(shí)，晶體管內(nèi)部載流子運(yùn)動示意圖如圖1.3.4所示。1、發(fā)射結(jié)加正向電壓，擴(kuò)散運(yùn)動形成發(fā)射極電流IE；2、擴(kuò)散到基區(qū)的自由電子與空穴的復(fù)合運(yùn)動形成基極電流IB；3、集電結(jié)加反向電壓，漂移運(yùn)動形成集電極電流IC。二、晶體管的電流分配關(guān)系IEN:發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散所形成的電子電流；IEP:基區(qū)向發(fā)射區(qū)擴(kuò)散所形成的空穴電流；IBN:基區(qū)內(nèi)復(fù)合運(yùn)動所形成的電流；ICN:基區(qū)內(nèi)非平衡少子（發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)但未被

復(fù)合的自由電子）漂移到集電區(qū)所形成的電流；ICBO:平衡少子在集電區(qū)與基區(qū)之間漂移運(yùn)動所形成的電流。IE=IEN+IEP=ICN+IBN+IEPIC=ICN+ICBOIB=IBN+IEP－ICBO=I’B－ICBO從外部看

IE=IC+IB三、晶體管的共射電流放大系數(shù)共射直流電流放大系數(shù)整理可得上式中ICEO稱為穿透電流，物理意義為當(dāng)基極開路（IB=0）時(shí),在VCC作用下c和e之間形成的電流。ICBO是e開路時(shí)集電結(jié)的反向飽和電流。一般情況，IB≥ICBO，，所以在圖1.3.3中，當(dāng)有輸入電壓△uI作用時(shí)，在IB和IC基礎(chǔ)上將迭加動態(tài)電流△iB和△iC，△iC和△iB之比為共射交流電流放大系數(shù)β若在△uI作用下β基本不變，則集電極電流

因而當(dāng)以發(fā)射極電流作為輸入電流，以集電極電流作為輸出電流時(shí)，ICN與IE之比稱為共基直流電流放大系數(shù)

根據(jù)IC=ICN+ICBO

可得由IE=IC+IB

可得或共基交流電流放大系數(shù)的定義為1.3.3晶體管的共射特性曲線輸入特性曲線和輸出特性曲線用與晶體管的性能、參數(shù)和晶體管電路的估算一、輸入特性曲線圖1.3.5當(dāng)UCE=0,集電極和發(fā)射極短路,發(fā)射結(jié)和集電結(jié)并聯(lián),輸入特性與PN結(jié)的伏安特性相類似,呈指數(shù)關(guān)系.當(dāng)UCE增大時(shí),特性曲線右移,這是因?yàn)橛砂l(fā)射區(qū)注入基區(qū)的非平衡少子有一部分越過基區(qū)和集電結(jié)形成iC,而另一部分在基區(qū)參與復(fù)合運(yùn)動的非平衡少子將隨UCE的增大而減小.因此,要獲得同樣的iB就必須加大uBE,使發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入更多的電子.實(shí)際上,對于確定的UBE當(dāng)UCE增大到一定值(如1V)以后,集電結(jié)的電場已足夠強(qiáng),可以將發(fā)射區(qū)注入基區(qū)的絕大部分非平衡少子都收集到集電區(qū),因而再增大UCE,iC也不可能明顯增大,即iB已基本不變.因此,當(dāng)UCE超過一定數(shù)值后,輸入特性曲線不再右移，曲線基本重合。對于小功率晶體管，可近似地用UCE>1V的來代替UCE>1V的所有曲線。二、輸出特性曲線圖1.3.6三個(gè)工作區(qū)域：1、截止區(qū)uBEUonuCE>uBEIB=0,iCICEOICEO在幾十甚至1微安以下，所以可近似認(rèn)為iC02、放大區(qū)

uBE>Uon,且uCEuBE即發(fā)射結(jié)處于正向偏置，集電結(jié)處于反向偏置。iC僅與IB有關(guān)，而與uCE無關(guān)。3、飽和區(qū)uBE>Uon,且

uCE<uBE即發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均處于正向偏置。uCE=uBE,即uCB=0iC不隨IB變化而變化。當(dāng)uBE=uCE時(shí)，是臨界飽和（臨界放大）狀態(tài)。飽和區(qū)的重要標(biāo)志是UCE約等于0。在模擬電路中，絕大多數(shù)情況下應(yīng)保證晶體管工作在放大狀態(tài)。1.3.4晶體管的主要參數(shù)一、直流參數(shù)1、共射直流電流放大系數(shù)2、共基電流放大系數(shù)3、極間反向電流ICBO、ICEO硅管的極間反向電流比鍺管的小2~3個(gè)數(shù)量級，且其溫度穩(wěn)定性也比鍺管的好。二、交流參數(shù)1、共射交流電流放大系數(shù)β2、共基交流電流放大系數(shù)α近似分析可以認(rèn)為3、特征頻率fT

使β的數(shù)值下降到1的信號頻率稱為特征頻率fT。三、極限參數(shù)1、最大集電極耗散功率PCM圖1.3.72、最大集電極電流ICM3、極間反向擊穿電壓

UCBO>UCEX>

UCES>

UCER>

UCEO1.3.5溫度對晶體管特性及參數(shù)的影響一、溫度對ICBO的影響溫度每升高10oC，ICBO增加約一倍。二、溫度對輸入特性的影響圖1.３.８溫度每升高１oC,|UBE|大約下降２～２.５mV。具有負(fù)溫度系數(shù)。三、溫度對輸出特性的影響圖1.3.9溫度升高時(shí)，晶體管的β值，ICEO值都增大，且輸入特性左移，所以導(dǎo)致集電極電流增大。如圖中虛線所示。1.3.6光電三極管圖1.3.10圖1.3.11基極電流IB——入射光照度EE為1000時(shí)，光電流從1mA到幾mA不等1.4場效應(yīng)管1.4.1結(jié)型場效應(yīng)管一、結(jié)型場效應(yīng)管的工作原理圖1.4.1在同一塊N型半導(dǎo)體上制作兩個(gè)高摻雜的P區(qū),并將它們連接在一起，形成柵極g，N型半導(dǎo)體的兩端分別引出兩個(gè)電極，一個(gè)稱為漏極d，一個(gè)稱為源極s。P區(qū)與N區(qū)交界面形成耗盡層,漏極與源極間的非耗盡層區(qū)域稱為導(dǎo)電溝道。圖1.4.2圖1.4.31、當(dāng)uDS=0時(shí)，uGS對導(dǎo)電溝道的控制作用uGS=0,耗盡層窄，導(dǎo)電溝道很寬；

|uGS|增大時(shí)，耗盡層加寬，溝道變窄，大到一定值時(shí)，耗盡層閉合，溝道消失，此時(shí)的電壓稱為夾斷電壓UGS(off)。分別如圖1.4.3中的（a）、（b）、（c）所示。正常工作時(shí)，uGS<0。2、當(dāng)uGS為UGS(off)~0中某一固定的負(fù)電壓值時(shí)，uDS對漏極電流iD的影響當(dāng)uDS=0時(shí)，不會產(chǎn)生多子的定向移動，所以漏極電流iD=0。

若uDS>0,則有電流iD,如圖1.4.4（a）所示。因?yàn)闁拧╇妷簎GD=uGS-uDS，所以當(dāng)uDS從零逐漸增大時(shí)，uGD逐漸減小,靠近漏極一邊的溝道變窄，到UGD=UGS(off)時(shí)稱為預(yù)夾斷。如圖1.4.4（b）所示。在預(yù)夾斷前，iD隨uDS的增大而增大，D-S間呈電阻特性。預(yù)夾斷后，若uDS繼續(xù)增加，則uGD夾斷區(qū)加長，如圖1.4.4（c）所示。夾斷區(qū)加長將使iD減小，但uDS增大使電場增強(qiáng)，從而又使iD增大，所以導(dǎo)致iD基本不變，呈恒流特性。這時(shí)uGD=uGS-uDS<UGS(off),即uDS>uGS-UGS(off)時(shí)，當(dāng)uDS為一常量UDS時(shí)，對于確定的uGS就有確定對應(yīng)的iD。此時(shí)通過改變uGS的大小來控制iD的大小。漏極電流受柵—源電壓的控制，故稱場效應(yīng)管為電壓控制元件。

用低頻跨導(dǎo)gm來描述柵—源電壓ugs對漏極電流iD的控制作用gm=3、當(dāng)uGD<UGS(off)時(shí)，uGS對iD的控制作用二、結(jié)型場效應(yīng)管的特性曲線1、輸出特性曲線圖1.4.5可變電阻區(qū)（非飽和區(qū)）恒流區(qū)（飽和區(qū)）夾斷區(qū)2、轉(zhuǎn)移特性圖1.4.6(UGS(off)<uGS<0)1.4.2絕緣柵型場效應(yīng)管(IGFET)柵極和源極、漏極之間均采用SiO2絕緣層隔離。柵極又是金屬鋁，所以也稱為金屬—氧化物—半導(dǎo)體（MOS)管。柵—源間電阻可達(dá)1010Ω。有N溝道增強(qiáng)型；N溝道耗盡型；

P溝道增強(qiáng)型；P溝道耗盡型；一、N溝道增強(qiáng)型MOS管圖1.4.7結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：在一塊低摻雜的P型硅片襯底上擴(kuò)散兩個(gè)高摻雜的N+區(qū),并引出兩個(gè)電極，分別為s和d。半導(dǎo)體上制作SiO2絕緣層再引出一個(gè)金屬鋁電極，為g。通常襯底和源極連接在一起使用。g和襯底各相當(dāng)一個(gè)極板，中間是絕緣層，形成電容。當(dāng)g-s電壓變化時(shí)，將改變襯底靠近絕緣層處的感應(yīng)電荷的多少，從而控制漏極電流的大小。1、工作原理當(dāng)g-s之間不加電壓時(shí)，d-s間是兩個(gè)背向的PN結(jié)，不存在導(dǎo)電溝道，所以沒有漏極電流。當(dāng)uDS=0且uGS>0時(shí)，由于有SiO2，所以柵極電流為零。但此時(shí)柵極金屬層將聚集正電荷，它們排斥P型襯底靠近SiO2一側(cè)的空穴，使之剩下不能移動的負(fù)離子區(qū)，形成耗盡層，如圖1.4.8(a)所示。圖1.4.8當(dāng)uGS增大時(shí)，耗盡層加寬，同時(shí)將襯底的自由電子吸引到耗盡層與絕緣層之間，形成一個(gè)N型薄層，稱為反型層，如圖１.4.8(b）所示。這個(gè)反型層就構(gòu)成了漏－源之間的導(dǎo)電溝道。使溝道剛剛形成的柵源電壓稱為開啟電壓UGS(th)。uGS越大，反型層越厚，導(dǎo)電溝道電阻越小。圖１.4.9uGS大于開啟電壓后uDS對iD的影響(a)uDS<uGS-UGS(th)，uDS較小，它的增加使iD線性增大，溝道沿源-漏方向逐漸變窄；(b)uDS=uGS-uGS(th)，即uDS=UGS(th)，溝道在漏極一側(cè)出現(xiàn)夾斷點(diǎn)，稱為預(yù)夾斷；(c)uDS再增大，夾斷區(qū)延長，uDS的增大部分幾乎全部克服夾斷區(qū)對漏極電流的阻力，管子進(jìn)入恒流區(qū)。2、特性曲線與電流方程圖1.4.10N溝道增強(qiáng)型MOS管的特性曲線（a）轉(zhuǎn)移特性（b）輸出特性；IDO為uGS=2UGS(th)時(shí)的iD。二、N溝道耗盡型MOS管圖1.4.11在制造MOS管時(shí)，在SiO2絕緣層中摻入大量正離子，則在uGS=0時(shí)，在正離子作用下，P型襯底表層就存在反型層,即漏-源間有導(dǎo)電溝道，這時(shí)只要在漏-源之間加正向電壓，就會有漏極電流，如圖1.4.11(a)所示。當(dāng)uGS為正時(shí)，反型層變寬，溝道電阻變小，iD變大；而當(dāng)uGS為負(fù)時(shí)，反型層變窄，溝道電阻變大，iD變小。當(dāng)uGS減小到某一負(fù)值時(shí)，反型層消失，漏-源間的導(dǎo)電溝道隨之消失，iD=0。此時(shí)的uGS稱為夾斷電壓UGS(off)。三、P溝道MOS管P溝道增強(qiáng)型MOS管的開啟電壓UGS(th)<0；P溝道耗盡型MOS管的夾斷電壓UGS(off)>0。四、VMOS管從結(jié)構(gòu)上解決散熱問題。V型槽，漏極散熱面積大，便于安裝散熱器。其耗散功率最大可達(dá)千瓦以上。其結(jié)構(gòu)如圖1.4.12所示。圖1.4.12N溝道增強(qiáng)型VMOS管結(jié)構(gòu)示意圖1.4.3場效應(yīng)管的主要參數(shù)一、直流參數(shù)1、開啟電壓UGS(th):uDS為一常量時(shí)，使

iD大于零（5μA)所需的最小|uGS|值。2、夾斷電壓UGS(off):是結(jié)型和耗盡型MOS場效應(yīng)管iD為規(guī)定的微小電流（5mA）時(shí)的uGS值。3、飽和漏極電流IDSS:耗盡型管在uGS=0的情況下產(chǎn)生預(yù)夾斷時(shí)的漏極電流。4、直流輸入電阻RGS(DC)：柵-源電壓和柵極電流之比。結(jié)型管的大于107Ω，而MOS管的大于109Ω。二、交流參數(shù)1、低頻跨導(dǎo)gm:2、極間電容：Cgs和Cgd約為0.1~1

pF，Cds約為1~3pF。三、極限參數(shù)1、最大漏極電流IDM2、擊穿電壓U(BR)DS

對于結(jié)型場效應(yīng)管柵-源PN結(jié)反向擊穿電壓和MOS場效應(yīng)管柵-源擊穿電壓為U(BR)GS3、最大耗散功率PDM對于MOS管，柵-襯之間的電容量很小，若感應(yīng)少量的電荷便會產(chǎn)生很高的電壓造成很薄的絕緣層擊穿。在存放和在工作電路中，要為柵-源之間提供直流通路，避免柵激懸空，在焊接時(shí)要使電烙鐵良好接地。1.4.4場效應(yīng)管與晶體管的比較控制導(dǎo)電噪聲使用種類用途晶體管場效應(yīng)管電流電壓多子少子多子大小固定柵-源互換少多放大開關(guān)放大開關(guān)IC1.5單結(jié)晶體管和晶閘管1.5.1單結(jié)晶體管一、單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)和等效電路圖1.5.1在一個(gè)低摻雜N型硅棒上擴(kuò)散一個(gè)高摻雜的P區(qū)。只有一個(gè)PN結(jié)，故稱為單結(jié)晶體管（UJT）,P區(qū)為發(fā)射極e，N區(qū)引出兩個(gè)基極b1和b2，所以也稱為雙基極晶體管。二、工作原理和特性曲線特性曲線：發(fā)射極電流IE與e-b1間電壓UEB1的關(guān)系曲線。圖1.5.2分壓比η為0.5～0.9UEB1=0時(shí)，UEA=－ηVBB。發(fā)射極電流IE為二極管的反向電流IEO。UEA接近零時(shí)，IE的數(shù)值明顯減小。當(dāng)UEB1=UA時(shí)，二極管端電壓為零，IE=0。UEB1繼續(xù)增加，到PN結(jié)正向?qū)〞r(shí)，IE為正，此電流由e到b1，P區(qū)濃度很高的空穴向電子濃度很低的硅棒的A-b1區(qū)注入非平衡少子，注入的載流子使rb1減小，其上壓降減小，從而PN結(jié)正向電壓增大，注入的載流子更多，rb1進(jìn)一步減??；當(dāng)IE增大到一定程度時(shí)，二極管的導(dǎo)通電壓將變化不大，此時(shí)UEB1將因rb1減小而減小，表現(xiàn)出負(fù)阻特性。負(fù)阻特性廣泛應(yīng)用于定時(shí)電路和振蕩電路中。除了單結(jié)晶體管外，負(fù)阻器件還有隧道二極管、負(fù)阻場效應(yīng)管和λ雙極晶體管等。三、應(yīng)用舉例圖1.5.3VBB合閘通電時(shí)，電容C充電,其上電壓上升，達(dá)峰值電壓UP時(shí)進(jìn)入負(fù)阻區(qū)，輸入端等效電阻急劇減小，電容迅速放電，達(dá)谷點(diǎn)電壓UV后，管子截止,電容再次充電，如此循環(huán)往復(fù)形成振蕩。1.5.2晶閘管（Thyristor)

亦稱為硅可控元件（SCR)，是由三個(gè)PN結(jié)構(gòu)成的大功率半導(dǎo)體器件，多用于可控整流、逆變、調(diào)壓、無觸點(diǎn)開關(guān)電路中。一、結(jié)構(gòu)和等效模型圖1.5.4圖1.5.5二、工作原理

A-C間加正向電壓而控制極G不加電壓時(shí)，J2結(jié)不通，呈阻斷狀態(tài)。A-C間加正向電壓且控制極G也加正向電壓時(shí)，T2導(dǎo)通并發(fā)生正反饋，幾微秒時(shí)間兩管全導(dǎo)通，靠正反饋維持導(dǎo)通，控制極G失去作用。此時(shí)A-C間電壓0.6~1.2V，陽極電流IA可達(dá)幾十~幾千安。晶閘管導(dǎo)通后，采用下列措施才能將其關(guān)斷：1、使陽極電流減小到小于維持電流IH的數(shù)值；2、在陽極和陰極之間加反向電壓。三、晶閘管的伏安特性圖1.5.7四、晶閘管的主要參數(shù)1、額定正向平均電流IF:連續(xù)通過的工頻正弦波電流平均值。2、維持電流IH:控制極開路，維持導(dǎo)通的最小陽極電流。3、觸發(fā)電壓UG和觸發(fā)電流IG:u=6v時(shí)使晶閘管導(dǎo)通所需最小的控制極電壓和電流，一般為1~5V

和幾十至幾百mA。4、正向重復(fù)峰值電壓UDRM:控制極開路，允許重復(fù)作用在晶閘管上的最大正向電壓。(UBO?0.8)5、反向重復(fù)峰值電壓URRM:控制極開路，允許重復(fù)作用在晶閘管上的最大反向電壓。(UBO?0.8)例：可控半波整流圖1.5.81.6集成電路中的元件1.6.1集成電路制造工藝簡介圖1.6.2集成電路剖面圖及外形圖1.6.3

PN結(jié)隔離的制造工藝(a)P型硅襯底(b)氧化(c)光刻(d)腐蝕(e)擴(kuò)散(f)外延及氧化(g)光刻(h)腐蝕(i)擴(kuò)散及氧化圖1.6.4在隔離島上制作PNP型管1.6.2集成雙極型管一、PNP型管圖1.6.5集成電路中的PNP型管圖1.6.6多發(fā)射極管圖1.6.7多集電極管二、其它類型晶體管1.6.3集成單極型管圖1.6.8CMOS電路1.6.4集成電路中元件的特點(diǎn)一、具有良好的對稱性。二、電阻和電容的數(shù)值有一定的限制。電阻幾十歐~幾百歐，電容一般小于100pF。三、縱向晶體管的β值大，橫向晶體管的β值小，PN結(jié)耐壓高。四、用有源元件取代無源元件。盡量多采用縱向NPN型管,少用電阻和電容。學(xué)完本章后，應(yīng)能掌握以下幾點(diǎn)：1、熟悉下列定義、概念及原理：自由電子與空穴，擴(kuò)散與漂移，復(fù)合，空間電荷區(qū)、PN結(jié)、耗盡層，導(dǎo)電溝道，二極管的單向?qū)щ娦?，穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用，晶體管與場效應(yīng)管的放大作用及三個(gè)工作區(qū)域。2、掌握二極管、穩(wěn)壓管、晶體管、場效應(yīng)管的外特性、主要參數(shù)的物理意義。3、了解選用器件的原則。*數(shù)字邏輯概論*§

1.1數(shù)字電路的基礎(chǔ)知識

1.1.1數(shù)字信號和模擬信號電子電路中的信號模擬信號數(shù)字信號隨時(shí)間連續(xù)變化的信號時(shí)間和幅度都是離散的例：正弦波信號、鋸齒波信號等。例：產(chǎn)品數(shù)量的統(tǒng)計(jì)、數(shù)字表盤的讀數(shù)、數(shù)字電路信號等。*模擬信號tV(t)tV(t)數(shù)字信號高電平低電平上跳沿下跳沿*模擬信號：tu正弦波信號t鋸齒波信號u*

數(shù)字信號在時(shí)間上和數(shù)值上均是離散的。數(shù)字信號在電路中常表現(xiàn)為突變的電壓或電流。

圖1.1.1典型的數(shù)字信號一、數(shù)字信號的特點(diǎn)*

有兩種邏輯體制：

正邏輯體制規(guī)定：高電平為邏輯1，低電平為邏輯0。

負(fù)邏輯體制規(guī)定：低電平為邏輯1，高電平為邏輯0。

如果采用正邏輯，圖1.1.1所示的數(shù)字電壓信號就成為下圖所示邏輯信號。

二、正邏輯與負(fù)邏輯

數(shù)字信號是一種二值信號，用兩個(gè)電平（高電平和低電平）分別來表示兩個(gè)邏輯值（邏輯1和邏輯0）。*

三、數(shù)字信號的主要參數(shù)

一個(gè)理想的周期性數(shù)字信號，可用以下幾個(gè)參數(shù)來描繪：

Vm——信號幅度。

T——信號的重復(fù)周期。

tW——脈沖寬度。

q——占空比。其定義為：

*

下圖所示為三個(gè)周期相同（T=20ms），但幅度、脈沖寬度及占空比各不相同的數(shù)字信號。*1.1.2數(shù)制（1）十進(jìn)制：以十為基數(shù)的記數(shù)體制表示數(shù)的十個(gè)數(shù)碼：1,2,3,4,5,6,7,8,9,0遵循逢十進(jìn)一的規(guī)律157=*一個(gè)十進(jìn)制數(shù)數(shù)N可以表示成：

若在數(shù)字電路中采用十進(jìn)制，必須要有十個(gè)電路狀態(tài)與十個(gè)記數(shù)碼相對應(yīng)。這樣將在技術(shù)上帶來許多困難，而且很不經(jīng)濟(jì)。系數(shù)基數(shù)位數(shù)權(quán)-mn-1Decimal：十進(jìn)制的*（2）二進(jìn)制：以二為基數(shù)的記數(shù)體制表示數(shù)的兩個(gè)數(shù)碼：0,1遵循逢二進(jìn)一的規(guī)律（1001)B==(9)DBinary：二進(jìn)制的*優(yōu)缺點(diǎn)用電路的兩個(gè)狀態(tài)---開關(guān)來表示二進(jìn)制數(shù)，數(shù)碼的存儲和傳輸簡單、可靠。位數(shù)較多，使用不便；不合人們的習(xí)慣，輸入時(shí)將十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制，運(yùn)算結(jié)果輸出時(shí)再轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)。*（3）十六進(jìn)制和八進(jìn)制：十六進(jìn)制記數(shù)碼：0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A(10),B(11),C(12),D(13),E(14),F(15)(4E6)H=4162+14161+6160=(1254)DHexadecimal：十六進(jìn)制的

八進(jìn)制：Octal0，1，2，3，4，5，6，7，逢八進(jìn)一*十六進(jìn)制與二進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換：(0101

1001)B=[027+126+025+124+123+022+021+120]B=[(023+122+021+120)161+(123+022+021+120)160]B=(59)H每四位2進(jìn)制數(shù)對應(yīng)一位16進(jìn)制數(shù)*十六進(jìn)制與二進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換：(10011100101101001000)B=從末位開始

四位一組(1001

11001011

0100

1000)B=()H84BC9=(9CB48)H*八進(jìn)制與二進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換：(10011100101101001000)B=從末位開始三位一組(10011

100101101001

000)B=()O01554=(2345510)O32*十進(jìn)制與二進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換，可以用二除十進(jìn)制數(shù)，余數(shù)是二進(jìn)制數(shù)的第k0位，然后依次用二除所得的商，余數(shù)依次是K1、K2、……。轉(zhuǎn)換方法（4）十進(jìn)制與二進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換：整數(shù)：除基數(shù)、得余數(shù)、作系數(shù)、低到高小數(shù)：乘基數(shù)、取整數(shù)、作系數(shù)、高到低*225

余1

K0122

余0

K162

余0

K232

余1

K312

余1

K40整數(shù)轉(zhuǎn)換過程：(25)D=(11001)B低高第1位靠近小數(shù)點(diǎn)小數(shù)轉(zhuǎn)換過程：*0.875*21.7501高*21.501*21.01低(0.875)D=(0.111)B第1位靠近小數(shù)點(diǎn)*1.1.3二進(jìn)制碼數(shù)字系統(tǒng)的信息數(shù)值文字符號二進(jìn)制代碼編碼為了表示字符為了分別表示N個(gè)字符，所需的二進(jìn)制數(shù)的最小位數(shù)：編碼可以有多種，數(shù)字電路中所用的主要是二–十進(jìn)制碼（BCD-Binary-Coded-Decimal碼）。*

用四位二進(jìn)制數(shù)表示0~9十個(gè)數(shù)碼，即為BCD碼。四位二進(jìn)制數(shù)最多可以有16種不同組合，不同的組合便形成了一種編碼。主要有：8421碼、5421碼、2421碼、余3碼等。數(shù)字電路中編碼的方式很多，常用的主要是二—十進(jìn)制碼（BCD碼）。BCD------Binary-Coded-Decimal1.1.3BCD碼*BCD碼用四位二進(jìn)制數(shù)表示0~9十個(gè)數(shù)碼。四位二進(jìn)制數(shù)最多可以表示16個(gè)字符，因此，從16種表示中選十個(gè)來表示0~9十個(gè)字符，可以有多種情況。不同的表示法便形成了一種編碼。這里主要介紹：8421碼5421碼余3碼2421碼首先以十進(jìn)制數(shù)為例，介紹權(quán)重的概念。(3256)D=3103+2102+5101+6100個(gè)位(D0)的權(quán)重為100

，十位(D1)的權(quán)重為101

，百位(D2)的權(quán)重為102

，千位(D3)的權(quán)重為103……*十進(jìn)制數(shù)(N)D二進(jìn)制編碼(K3K2K1K0)B(N)D=W3K3+W2K2+W1K1+W0K0W3~W0為二進(jìn)制各位的權(quán)重8421碼，就是指W3=8、W3=4、W3=2、W3=1。用四位二進(jìn)制數(shù)表示0~9十個(gè)數(shù)碼，該四位二進(jìn)制數(shù)的每一位也有權(quán)重。2421碼，就是指W3=2、W3=4、W3=2、W3=1。5421碼，就是指W3=5、W3=4、W3=2、W3=1。*000000010010001101100111100010011010101111011110111101011100010001236789101113141551240123578964012356789403456782910123678549二進(jìn)制數(shù)自然碼8421碼2421碼5421碼余3碼*有權(quán)碼：位權(quán)固定

(473)D

(010001110011)BCD無權(quán)碼：位權(quán)不定余3碼格林碼表1.4.2ASC??碼：表1.4.3*§1.2基本邏輯關(guān)系1.2.1邏輯代數(shù)與基本邏輯關(guān)系在數(shù)字電路中，我們要研究的是電路的輸入輸出之間的邏輯關(guān)系，所以數(shù)字電路又稱邏輯電路，相應(yīng)的研究工具是邏輯代數(shù)（布爾代數(shù)）。在邏輯代數(shù)中，邏輯函數(shù)的變量只能取兩個(gè)值（二值變量），即0和1，中間值沒有意義，這里的0和1只表示兩個(gè)對立的邏輯狀態(tài)，如電位的低高（0表示低電位，1表示高電位）、開關(guān)的開合等。*（1）“與”邏輯(and)A、B、C條件都具備時(shí)，事件F才發(fā)生。EFABC&ABCF邏輯符號基本邏輯關(guān)系：規(guī)定:

開關(guān)合為邏輯“1”

開關(guān)斷為邏輯“0”

燈亮為邏輯“1”

燈滅為邏輯“0”*F=A?B?C邏輯式邏輯乘法邏輯與AFBC00001000010011000010101001101111真值表真值表特點(diǎn):

任0則0,全1則10?0=00?1=01?0=01?1=1與邏輯運(yùn)算規(guī)則：*（2）“或”邏輯A、B、C只有一個(gè)條件具備時(shí)，事件F就發(fā)生。1ABCF邏輯符號AEFBC*F=A+B+C邏輯式邏輯加法邏輯或AFBC00001001010111010011101101111111真值表或邏輯運(yùn)算規(guī)則:0+0=00+1=11+0=11+1=1真值表特點(diǎn)：

任1則1,全0則0。*（3）“非”邏輯A條件具備時(shí)，事件F不發(fā)生；A不具備時(shí)，事件F發(fā)生。邏輯符號AEFRAF1*邏輯式邏輯非邏輯反真值表AF0110真值表特點(diǎn):1則0,0則1。運(yùn)算規(guī)則：*（4）幾種常用的邏輯關(guān)系邏輯“與”、“或”、“非”是三種基本的邏輯關(guān)系，任何其它的邏輯關(guān)系都可以以它們?yōu)榛A(chǔ)表示。與非：條件A、B、C都具備，則F不發(fā)生。&ABCF*或非：條件A、B、C任一具備，則F不發(fā)生。1ABCF異或：條件A、B有一個(gè)具備，另一個(gè)不具備則F發(fā)生。=1ABCF同或：條件A、B相同，則F發(fā)生。=1ABCF*§1.3邏輯函數(shù)的表示法四種表示方法邏輯代數(shù)式

(邏輯表示式,邏輯函數(shù)式)

邏輯電路圖:卡諾圖n個(gè)輸入變量種組合。真值表：將邏輯函數(shù)輸入變量取值的不同組合與所對應(yīng)的輸出變量值用列表的方式一一對應(yīng)列出的表格。111&&≥1ABY11*將輸入、輸出的所有可能狀態(tài)一一對應(yīng)地列出。n個(gè)變量可以有2n個(gè)輸入狀態(tài)。A

B

C

F

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

0

0

0

1

1

1

1

0

0

0

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1.3.1真值表列真值表的方法：一般按二進(jìn)制的順序，輸出與輸入狀態(tài)一一對應(yīng)，列出所有可能的狀態(tài)。例：設(shè)計(jì)一個(gè)表決電路當(dāng)ABC中兩個(gè)以上為1時(shí)F為1*1.3.2邏輯函數(shù)式邏輯代數(shù)式：把邏輯函數(shù)的輸入、輸出關(guān)系寫成與、或、非等邏輯運(yùn)算的組合式。也稱為邏輯函數(shù)式，通常采用“與或”的形式。例：ABCCBACBACBAF+++=A

B

C

F

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

0

0

0

1

1

1

1

0

0

0

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

真值表*1.3.3

卡諾圖：最小項(xiàng)：構(gòu)成邏輯函數(shù)的基本單元,對應(yīng)于輸入變量的每一種組合。

以三變量的邏輯函數(shù)為例,輸入變量的八種狀態(tài)分別唯一地對應(yīng)著八個(gè)最小項(xiàng)。每變量以原變量或反變量在乘積中僅出現(xiàn)一次。

之所以稱之為最小項(xiàng)，是因?yàn)樵擁?xiàng)已包含了所有的輸入變量，不可能再分解*ABC000111100100100111三變量卡諾圖將n個(gè)輸入變量的全部最小項(xiàng)用小方塊陣列圖表示，并且將邏輯相臨的最小項(xiàng)放在相臨的幾何位置上，所得到的陣列圖就是n變量的卡諾圖。

卡諾圖的每一個(gè)方塊（最小項(xiàng)）代表一種輸入組合，并且把對應(yīng)的輸入組合注明在陣列圖的上方和左方。*邏輯函數(shù)及其表示方法示例:解：第一步：設(shè)置自變量和因變量。

第二步：狀態(tài)賦值。

對于自變量A、B、C設(shè)：同意為邏輯“1”，不同意為邏輯“0”。對于因變量L設(shè)：事情通過為邏輯“1”，沒通過為邏輯“0”。一、邏輯函數(shù)的建立例1

三個(gè)人表決一件事情，結(jié)果按“少數(shù)服從多數(shù)”的原則決定，試建立該邏輯函數(shù)。第三步：根據(jù)題義及上述規(guī)定列出函數(shù)的真值表如表。*

一般地說，若輸入邏輯變量A、B、C…的取值確定以后，輸出邏輯變量L的值也唯一地確定了，就稱L是A、B、C的邏輯函數(shù)，寫作：

L=f（A，B，C…）

邏輯函數(shù)與普通代數(shù)中的函數(shù)相比較，有兩個(gè)突出的特點(diǎn)：（1）邏輯變量和邏輯函數(shù)只能取兩個(gè)值0和1。（2）函數(shù)和變量之間的關(guān)系是由“與”、“或”、“非”三種基本運(yùn)算決定的。*

二、邏輯函數(shù)的表示方法1．真值表——將輸入邏輯變量的各種可能取值和相應(yīng)的函數(shù)值排列在一起而組成的表格。2．函數(shù)表達(dá)式——由邏輯變量和“與”、“或”、“非”三種運(yùn)算符所構(gòu)成的表達(dá)式。

由真值表可以轉(zhuǎn)換為函數(shù)表達(dá)式。例如，由“三人表決”函數(shù)的真值表可寫出邏輯表達(dá)式：

反之，由函數(shù)表達(dá)式也可以轉(zhuǎn)換成真值表。

3．邏輯圖——邏輯圖是由邏輯符號及它們之間的連線而構(gòu)成的圖形。由函數(shù)表達(dá)式可以畫出其相應(yīng)的邏輯圖。*邏輯函數(shù)式：ABCCBACBACBAF+++==AB+AC+BC&&&

FABACBC&&&&

BA

F111CABC表決電路邏輯圖：ABC000111100100100111卡諾圖

邏輯分析*11&&≥1ABF

邏輯電路圖:AABAB+ABABB邏輯代數(shù)式：A0011B0101F0110真值表：邏輯關(guān)系：不同出1同出0異或邏輯應(yīng)用實(shí)例樓道燈控制器：兩開關(guān)均能控制燈的亮、滅*220VA0011B0101L1001*

本章小結(jié)1．?dāng)?shù)字信號在時(shí)間上和數(shù)值上均是離散的。2．?dāng)?shù)字電路中用高電平和低電平分別來表示邏輯1和邏輯0，它和二進(jìn)制數(shù)中的0和1正好對應(yīng)。因此，數(shù)字系統(tǒng)中常用二進(jìn)制數(shù)來表示數(shù)據(jù)。3．常用BCD碼有8421碼、242l碼、542l碼、余3碼等，其中842l碼使用最廣泛。4．在數(shù)字電路中，半導(dǎo)體二極管、三極管一般都工作在開關(guān)狀態(tài)，即工作于導(dǎo)通（飽和）和截止兩個(gè)對立的狀態(tài)，來表示邏輯1和邏輯0。影響它們開關(guān)特性的主要因素是管子內(nèi)部電荷存儲和消散的時(shí)間。5．邏輯運(yùn)算中的三種基本運(yùn)算是與、或、非運(yùn)算。6．描述邏輯關(guān)系的函數(shù)稱為邏輯函。邏輯函數(shù)中的變量和函數(shù)值都只能取0或1兩個(gè)值。7．常用的邏輯函數(shù)表示方法有真值表、函數(shù)表達(dá)式

、邏輯圖等，它們之間可以任意地相互轉(zhuǎn)換。作業(yè):1.2.2;1.4.2

基本放大電路

圖2.1.1擴(kuò)音機(jī)示意圖2.1.2放大電路的性能指標(biāo)圖2.1.2放大電路的示意圖一、放大倍數(shù)二、輸入電阻三、輸出電阻根據(jù)圖2.1.2有

輸入電阻和輸出電阻是影響多級放大電路連接的重要參數(shù)。圖2.1.3兩個(gè)放大電路的連接四、通頻帶

通頻帶用于衡量放大電路對不同頻率信號的放大能力。圖2.1.4fbw=fH-fL五、非線性失真系數(shù)六、最大不失真輸出電壓

當(dāng)輸入電壓再增大就會使輸出波形產(chǎn)生非線性失真時(shí)的輸出電壓。此時(shí)的非線性失真系數(shù)要被定義，如10%。七、最大輸出功率與效率2.2基本共射放大電路的工作原理2.2.1基本共射放大電路的組成和各元件的作用圖2.2.1

各元件的作用:T:有源元件,放大VBB:提供靜態(tài)工作點(diǎn)VCC:為輸出提供能量Rb:決定靜態(tài)電流IBRc:將集電極電流變化轉(zhuǎn)換成電壓變化

輸入回路和輸出回路以發(fā)射極為公共點(diǎn),所以稱之為共射放大電路,并稱公共端為“地”。2.2.2設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的必要性一、靜態(tài)工作點(diǎn)二、為什么要設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)圖2.2.2是沒有設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的放大電路。圖2.2.22.2.3基本共射放大電路的工作原理及波形分析圖2.2.1圖2.2.32.2.4放大電路的組成原則一、組成原則1、直流工作電源的選擇要根據(jù)晶體管的類型、需要的輸出電壓大小。原則是要保證放大管的發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。2、電阻取值適當(dāng)，使放大管有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。3、輸入信號必須能作用于放大電路的輸入回路。4、當(dāng)負(fù)載接入時(shí)，必須保證動態(tài)電流能作用于負(fù)載，即負(fù)載能得到比輸入信號大得多的信號輸出。圖2.2.4二、常見的兩種共射放大電路1、直接耦合共射放大電路2、阻容耦合共射放大電路圖2.2.52.3放大電路的分析方法解決問題:求解靜態(tài)工作點(diǎn)和各項(xiàng)動態(tài)參數(shù)。直流通路:直流電源作用下直流電流流經(jīng)的通路。電容開路，電感短路，信號源短路但保留其內(nèi)阻。交流通路：輸入信號作用下交流信號流經(jīng)的通路。容量大的電容視為短路，無內(nèi)阻的直流電源視為短路。

2.3.1直流通路和交流通路

圖2.3.1基本共射放大電路

圖2.3.2直接耦合共射放大電路

圖2.3.3阻容耦合共射放大電路2.3.2圖解法利用放大管的輸入、輸出特性曲線和外電路特性用作圖的方法對放大電路進(jìn)行分析。一、靜態(tài)工作點(diǎn)的分析圖2.3.4基本共射放大電路1、輸入回路（1）輸入特性曲線（2）輸入電路方程uBE=VBB-iBRb圖2.3.5用圖解法求解靜態(tài)工作點(diǎn)和電壓放大倍數(shù)2、輸出回路（1）輸出特性曲線（2）輸出電路方程：uCE=VCC-iCRc二、電壓放大倍數(shù)的分析當(dāng)加入輸入信號△uI時(shí)，輸入回路方程為

uBE=VBB+△uI-iBRbQ點(diǎn)高，同樣的△uI產(chǎn)生的△iB越大，因而Au大。Rc變化時(shí)，影響負(fù)載線的斜率，從而影響Au的大小。圖2.3.6基本共射放大電路的波形分析三、波形非線性失真的分析圖2.3.7基本共射放大電路的截止失真圖2.3.8基本共射放大電路的飽和失真四、直流負(fù)載線和交流負(fù)載線過Q點(diǎn)作一條斜率為-1/(Rc∥RL)的直線即為交流負(fù)載線。

放大電路帶負(fù)載后，電壓放大倍數(shù)減小，最大不失真輸出電壓也將減小。圖2.3.9五、圖解法的適用范圍

多適用于分析輸出幅值比較大而工作頻率不太高時(shí)的情況。常用來分析Q點(diǎn)的位置、最大不失真輸出電壓和失真情況。2.3.3等效電路法

在一定的條件下將晶體管的非線性特性線性化,就可應(yīng)用線性電路的分析方法來分析晶體管電路。晶體管有不同的等效模型，用直流模型來分析靜態(tài)工作點(diǎn)，用低頻小信號h參數(shù)等效模型來分析放大電路的動態(tài)參數(shù)。一、晶體管的直流模型及靜態(tài)工作點(diǎn)的估算圖2.3.11

在上圖中,VCC=12V,Rb=510KΩ.Rc=3kΩ,晶體管的β=100,UBEQ

0.7V.

則可得IBQ

22μA,ICQ

2.2mA,UCEQ

5.35V二、晶體管共射h參數(shù)等效模型1、h參數(shù)等效模型的由來在低頻小信號作用下，將共射放大電路中的晶體管看成一個(gè)雙口網(wǎng)絡(luò)b-e作為輸入端口，c-e作為輸出端口。如圖2.3.12所示。圖2.3.12可以寫成關(guān)系式:

式中uBE、iC等均為各電量的瞬時(shí)總量。為研究低頻小信號作用下各變化量之間的關(guān)系，對上邊兩式求全微分，得出：duBE代表uBE的變化部分，可以用取代。所以：2、h參數(shù)的物理意義圖2.3.13(a)h11e(b)h12e(c)h21e(d)h22e3、簡化的h參數(shù)等效模型圖2.3.14rbe—h11eβ—h21e4、rbe的近似表達(dá)式圖2.3.15因?yàn)樗杂捎趗大于開啟電壓（0.5V），而常溫下UT26mV。所以，代入上式可得當(dāng)用以點(diǎn)為切點(diǎn)的切線代替點(diǎn)附近的曲線時(shí)即根據(jù)rbe的定義所以或三、共射放大電路動態(tài)參數(shù)的分析

圖2.3.16

基本共射放大電路（a）交流等效電路（b）輸出電阻分析1、電壓放大倍數(shù)2、輸入電阻Ri3、輸出電阻Ro分析輸出電阻，也可令其信號源電壓，但保留其內(nèi)阻Rs。然后在輸出端加一正弦波測試信號Uo，必然產(chǎn)生動態(tài)電流Io，為恒壓源，其內(nèi)阻為0，且=0時(shí)，=0，=0，所以2.4放大電路工作點(diǎn)的穩(wěn)定2.4.1靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的必要性圖2.4.12.4.2典型的靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路一、電路組成和Q點(diǎn)穩(wěn)定原理圖2.4.2靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路

(a)直接耦合

(b)阻容耦合

(c)直流通路B點(diǎn)的電流方程為I2=I1+IBQ一般選擇I1?IBQ所以,I2I1B點(diǎn)電位為T(oC)?IcUEUBEIB

Ic

二、靜態(tài)工作點(diǎn)的估算由UBQ可以算出IEQ

當(dāng)然也可以用戴維南等效電路法來計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn),如圖2.4.3所示

圖2.4.3圖2.4.2(c)所示電路的戴維南等效電路三、動態(tài)參數(shù)的估算

圖2.4.2(b)的交流等效電路如圖2.4.4(a)所示,無旁路電容時(shí)的交流等效電路如圖2.4.4(b)所示。圖2.4.4若沒有旁路電容，則2.4.3穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的其它措施

上述電路用負(fù)反饋來穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)Q,下面的方法用溫度補(bǔ)償方法來穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)Q。圖2.4.52.5晶體管放大電路的三種基本接法2.5.1基本共集放大電路一、電路的組成圖2.5.1二、靜態(tài)分析三、動態(tài)分析圖2.5.2輸入電阻輸出電阻圖2.5.3產(chǎn)生的從而產(chǎn)生的。令輸入信號為0,在輸出端加,則輸出電阻Ro=Uo/Io,由兩部分組成:在Re上產(chǎn)生的電流,另外是作用于基極回路2.5.2基本共基放大電路圖2.5.4靜態(tài)工作點(diǎn):動態(tài)參數(shù):2.5.3三種接法的比較1、共射電路對電壓、電流均能放大，輸入電阻值居中，輸出電阻較大，頻帶較窄。常用作低頻電壓放大電路的單元電路。2、共集電路只能放大電流，不能放大電壓，輸出電壓跟隨輸入電壓。輸入電阻最大，輸出電阻最小。常用于電壓放大電路的輸入級和輸出級，功率放大電路也常用射極輸出電路。3、共基電路只能放大電壓不能放大電流，輸入電阻小，電壓放大倍數(shù)和輸出電阻與共射電路相當(dāng)。頻率特性最好，常用于寬頻帶放大電路。2、6晶體管放大電路的派生電路2.6.1復(fù)合管放大電路一、復(fù)合管的組成及電流放大系數(shù)圖2.6.1復(fù)合管二、復(fù)合管共射放大電路圖2.6.2阻容耦合復(fù)合管共射放大電路電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻三、復(fù)合管共集放大電路

圖2.6.3阻容耦合復(fù)合管放大電路2.6.2共射—共基放大電路

圖2.6.4共射--共基放大電路的交流通路2.6.3共集—共基放大電路

圖2.6.5交流通路2.7場效應(yīng)管放大電路2.7.1場效應(yīng)管放大電路的三種接法共源、共漏、共柵放大電路圖2.7.1場效應(yīng)管放大電路的三種接法2.7.2場效應(yīng)管放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置方法及其分析估算一、基本共源放大電路圖2.7.2圖2.7.3靜態(tài)工作點(diǎn):UGS=VGG的曲線和符合方程uDS=VDD–iDRd的負(fù)載線的交點(diǎn)。也可利用場效應(yīng)管的電流方程，求出IDQ。二、自給偏壓電路圖2.7.4三、分壓式偏置電路圖2.7.52.7.3場效應(yīng)管放大電路的動態(tài)分析一、場效應(yīng)管的低頻小信號等效模型iD=f(uGS,uDS)研究動態(tài)信號作用時(shí)用全微分表示令

根據(jù)上式可以構(gòu)造出場效應(yīng)管的低頻小信號作用下的等效模型，如圖2.7.6所示。圖2.7.6跨導(dǎo)gm可以從轉(zhuǎn)移特性曲線求出；電阻rds可以從輸出特性曲線求出。如圖2.7.7所示。圖2.7.7也可以從管子的電流方程來求gm,對增強(qiáng)型MOS管有:在小信號作用時(shí),可用IDQ來近似iD,得出:二、基本共源放大電路的動態(tài)分析圖2.7.8交流等效電路三、基本共漏放大電路的動態(tài)分析圖2.7.9輸入回路方程和場效應(yīng)管的電流特性方程聯(lián)立求出IDQ和UGSQ,再列輸出回路方程求出管壓降而動態(tài)參數(shù)為

將輸入端短路,在輸出端加交流電壓Uo,然后求出Io,則輸出電阻Ro=Uo/Io。如下圖所示：圖2.7.10由上圖分析可知本章要求:1、掌握以下基本概念和定義：放大、靜態(tài)工作點(diǎn)、飽和失真與截止失真、直流通路和交流通路、直流負(fù)載線與交流負(fù)載線、h參數(shù)等效模型、放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻、最大不失真輸出電壓、靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定。2、掌握組成放大電路的原則和各種基本放大電路的工作原理及特點(diǎn)，理解派生電路的特點(diǎn)，能夠根據(jù)具體要求選擇電路的類型。3、掌握放大電路的分析方法，能正確估算基本放大電