1、电子技术基础电子技术基础课程安排：课程安排：理论课理论课72学时学时教材：教材：模拟电子技术基础简明教程模拟电子技术基础简明教程（第三版）（第三版）清华大学电子学教研组清华大学电子学教研组 编编 高教出版社高教出版社参考书：各种模拟电路教材与专著参考书：各种模拟电路教材与专著实验课：实验课：教材：教材：模拟电子技术实验讲义模拟电子技术实验讲义,电子教电子教研室编，修改章节分次分发电子版。研室编，修改章节分次分发电子版。教师：理论课：教师：理论课：邓军民邓军民 ,耿新玲耿新玲 实验课实验课（3周开始）周开始）：邓军民邓军民,王燕，张海燕王燕，张海燕实验室：二教实验室：二教605,612答疑办公室
2、：二教答疑办公室：二教602，一教，一教458时间：周三下午时间：周三下午3：00（如更改另行通知）（如更改另行通知）电话：电话：83911550邮箱：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。电子技术电子技术-绪论绪论电子元件包括：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
3、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。第第1章章 半导体器件半导体器件1.1半导体的特性半导体的特性1.2 PN结及半导体二极管结及半导体二极管1.3 双
4、极型三极管双极型三极管1.4 场效应场效应三极三极管管1.1.1 本征半导体本征半导体现代电子学中，用的最多的半导体是硅和现代电子学中，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。锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。Si硅原子硅原子Ge锗原子锗原子1.1 半导体的特性半导体的特性四价元素原子模型通过一定的工艺过程，可以将半导体通过一定的工艺过程，可以将半导体制成制成晶体晶体。完全纯净的、结构完整的半导体晶体，完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为称为本征半导体本征半导体。在硅和锗晶体中，每个原子与其相临的原在硅和锗晶体中，每个原子与其相临的原子之间形成子之间形成共价键共价
5、键，共用一对价电子。，共用一对价电子。硅和锗的共价键结构硅和锗的共价键结构共价键共共价键共用电子对用电子对+4+4+4+4+4+4表示除表示除去价电子去价电子后的原子后的原子共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为键中，称为束缚电子束缚电子，常温下束缚电子很难，常温下束缚电子很难脱离共价键成为脱离共价键成为自由电子自由电子。形成共价键后，每个原子的最外层电形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。子是八个，构成稳定结构。共价键有很强的结合力，共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。使原子规则排列，形成晶体。+4+4+4+4本征激发和热
6、激发：束缚电子 自由电子 两种载流子：电子和空两种载流子：电子和空穴。（空穴：在一定温穴。（空穴：在一定温度下，电子脱离束缚，度下，电子脱离束缚，其留下的空位形成空穴）其留下的空位形成空穴）电子和空穴成对出现。电子和空穴成对出现。在在一定温度下，电子一定温度下，电子-空穴对是不断产生又复空穴对是不断产生又复合，相对平衡，维持一定数目。合，相对平衡，维持一定数目。1.1.2杂质半导体杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质，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显著变化。就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度其原因是掺杂半导体的某种载流子浓
7、度大大增加。大大增加。N型半导体型半导体（主要载流子为电子，电子半导体）（主要载流子为电子，电子半导体）P型半导体型半导体（主要载流子为空穴，空穴半导体）（主要载流子为空穴，空穴半导体）N型半导体型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或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，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，电子几乎不
8、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，称为磷原子给出一个电子，称为施主原子施主原子。硅或锗硅或锗+少量磷少量磷 N型半导体型半导体N型半导体型半导体多余电子多余电子磷原子磷原子硅原子硅原子+N型硅表示型硅表示SiPSiSiP型半导体型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或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导体原子被杂质取代，铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相临的半导体原硼原子的最外层有三个价电子，与相临的半
9、导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴可能吸子形成共价键时，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，所以称为负电的离子。由于硼原子接受电子，所以称为受主受主原子原子。硅或锗硅或锗+少量硼少量硼 P型半导体型半导体空穴空穴P型半导体型半导体硼原子硼原子P型硅表示型硅表示SiSiSiB硅原子硅原子空穴被认为带一个单位的正电荷，并且空穴被认为带一个单位的正电荷，并且可以移动可以移动杂质半导体的示意表示法杂质半导体的示意表示法P P型半导体型半导体+N N型半导体型半导体1.2.1 PN
10、结的形成及单向导电特性结的形成及单向导电特性在同一片半导体基片上，分别制造在同一片半导体基片上，分别制造P型型半导体和半导体和N型半导体，经过载流子的扩散，型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了在它们的交界面处就形成了PN结。结。1.2 PN结及半导体二极管结及半导体二极管P P型半导体型半导体N N型半导体型半导体+扩散运动内电场E漂移运动空间电荷区空间电荷区PN结处载流子的运动结处载流子的运动扩散的结果是使空间电扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。荷区越宽。漂移运动P P型半导体型半导体N N型半导体型半导体+扩散运动内电场EPN结处载流子的
11、运动结处载流子的运动内电场越强，就使漂内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。使空间电荷区变薄。漂移运动P P型半导体型半导体N N型半导体型半导体+扩散运动内电场EPN结处载流子的运动结处载流子的运动所以扩散和漂所以扩散和漂移这一对相反移这一对相反的运动最终达的运动最终达到平衡，相当到平衡，相当于两个区之间于两个区之间没有电荷运动，没有电荷运动，空间电荷区的空间电荷区的厚度固定不变。厚度固定不变。PN结形成(动画)PN结的单向导电性结的单向导电性 PN结结加上正向电压加上正向电压、正向偏置正向偏置的意的意思都是：思都是：P区区加正电压、加正电压、N区加负电压。
12、区加负电压。PN结结加上反向电压加上反向电压、反向偏置反向偏置的意的意思都是：思都是：P区区加负电压、加负电压、N区加正电压。区加正电压。PN结正向偏置结正向偏置+内电场减弱，使扩散加强，内电场减弱，使扩散加强，扩散扩散 飘移，正向电流大飘移，正向电流大空间电荷区变薄空间电荷区变薄PN+_正向电流正向电流PN结正向偏置结正向偏置PN结反向偏置结反向偏置+空间电荷区变厚空间电荷区变厚NP+_+内电场加强，使扩散停止，内电场加强，使扩散停止，有少量飘移，反向电流很小有少量飘移，反向电流很小反向饱和电流反向饱和电流很小，很小，A级级PN结反向偏置结反向偏置1.2.2 1.2.2 半导体二极管半导体二
13、极管(diode)(diode)的伏安特性的伏安特性(1)、基本结构、基本结构PN结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。PNPN符号符号阳极阳极阴极阴极 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、伏安特性UI导通压降导通压降:硅硅管管0.60.7V,锗锗管管0.20.3V。反向击穿电反向击穿电压压UBR死区电压死区电压 硅管硅管0.5V,锗管锗管0
14、.2V。UIE+-反向漏电流反向漏电流（很小，（很小，A级）级）1.2.31.2.3二极管的主要参数二极管的主要参数1 1、最大整流电流、最大整流电流I IF F二极管长期运行时，允许通过管子的最大正二极管长期运行时，允许通过管子的最大正向平均电流。向平均电流。（超过易过热损坏）（超过易过热损坏）2 2、最高反向工作电压最高反向工作电压U UR R=1/2U=1/2UBRBR3 3、反向电流反向电流I IR R在室温条件下，在二极管两端加上规定的反在室温条件下，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。向电压时，流过管子的反向电流。4 4、最高工作频率最高工作频率f fM M取决于
15、取决于PN PN 结结电容大小。结电容越大，结结电容大小。结电容越大，f fM M越越低。低。1.2.4 二极管的电容效应二极管的电容效应1、势垒电容（结电容）势垒电容（结电容）PNPN结加正向电压结加正向电压 PNPN结加反向电压结加反向电压 空间电空间电荷区荷区空间电空间电荷区荷区势垒电容大小势垒电容大小：lsdUdQCbS：结面积结面积 l：耗尽层宽度耗尽层宽度 介电比系数介电比系数 势垒电容与外加电压的关系势垒电容与外加电压的关系2 2、扩散电容、扩散电容由多数载流子在扩散过程中的积累而引起的。由多数载流子在扩散过程中的积累而引起的。np2Q1xOP区中电子浓度的分布曲线及电荷的积累区
16、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，扩散电容正向偏置时，扩散电容Cd起主要作用。起主要作用。反向偏置时，势垒电容反向偏置时，势垒电容Cb起起主要作用。主要作用。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
17、路中的应用高频放大器低频放大器二极管在限幅电路中的应用+R1R2Dui1uo1+-R3R4Dui2uo2+-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uitUOM-UOMu02tUOM-UOMu01tUOM-UOM另一种二极管限幅电路_+uiuo1RE_+ui+_uo2VD1R+_+_E+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
18、中没有电流，所以电阻上没有电压降。EuUiD10 Eui当时也就是EuiEuo10 Eui当时也就是Euiiouu1例例1：二极管：死区电压：二极管：死区电压=0.5V，正向压降正向压降 为为0.7V(硅二极管硅二极管)理想二极管：死区电压理想二极管：死区电压=0，正向压降，正向压降=0 RLuiuOuiuott二极管半波整流二极管半波整流1.2.6 稳压管稳压管IZmax-+稳压二极管符号稳压二极管符号UIUZIZ稳压二极管特性曲线稳压二极管特性曲线IZmin当稳压二极管工作当稳压二极管工作在反向击穿状态下在反向击穿状态下,当工作电流当工作电流IZ在在Izmax和和 Izmin之间时之间时,
19、其两端电压近似为其两端电压近似为常数常数正向同正向同二极管二极管稳定稳定电流电流稳定稳定电压电压主要参数：主要参数：1 1、稳定电压、稳定电压U Uz z-工作在反向击穿区时的稳定工作在反向击穿区时的稳定工作电压。工作电压。2 2、稳定电流稳定电流I IZ Z-使稳压管正常工作时的参考使稳压管正常工作时的参考电流。电流。3 3、动态电阻动态电阻r rZ Z-稳压管两端电压和电流的变稳压管两端电压和电流的变化量之比，即化量之比，即 （越小越好）（越小越好）4 4、电压的温度系数电压的温度系数 U U-稳压管电流保持不稳压管电流保持不变时，环境温度每变化变时，环境温度每变化1 1度所引起的稳定电压
20、度所引起的稳定电压变化的百分比。变化的百分比。5 5、额定功耗额定功耗P PZ Z、最大稳定电流最大稳定电流I IZMZM I IZM=ZM=P PZ Z/U/UZ ZIUrZ稳压管组成的最简稳压电路Uo1R-+UiDz1RLIzIoUo2RRL+-UiDz2Dz1I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：oLzoIRUU11IIIzoIRUUio1LzLooRURUI11212zzoUUU稳压电路能够正常工作的条件是：稳压管
21、中能维持正常的稳定电流IZ。这涉及到三个问题：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：稳压二极管的应用例：稳压二极管的应用RLuiuORDZiiziLUZ稳压二极管技术数据为：稳压值稳压二极管技术数据为：稳压值UZW=10V，Izmax=12mA，Izmin=2mA，负载电阻负载电阻RL=2k，输入电输入电压压ui=12V，限流电阻限流电阻R=200 。若若负载电阻负载电阻变化范围变化范围为为1.5 k 4 k ，是否还能稳压？是否还能稳压？RLu
22、iuORDZiiziLUZUZW=10V ui=12VR=200 Izmax=12mAIzmin=2mARL=2k (1.5 k 4 k)iL=uo/RL=UZ/RL=10/2=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）负载变化负载变化,但但iZ仍在仍在12mA和和2mA之间之间,所以稳所以稳压管仍能起稳压作用压管仍能起稳压作用发光二极管和红外接收二极管发光二极
23、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
24、，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、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。
