1、第二章 常用电子器件及其应用 电子技术是研究电子运动与磁场之间关系的一门科学，也称微电子技术。电子元件:二极管、三极管等。整流电路、稳压电路，交直流放大电路。集成电路、数字电路、模/数转换电路。大功率发光二极管（猫眼）第一节第一节 常用电子器件常用电子器件 大功率发光二极管（玉免）发光二极管普通二极管大功率二极管直径300mm的晶棒、晶片N型 半导体的掺杂+-454444444q+-掺杂五价元素：磷、砷、锑后多一个自由电子与空穴，电子密度增大、自由电子导电能力增强104以上。称电子为多数载流子的N型半导体。半导体掺杂原理 在纯静半导体中掺杂后，空穴与电子的浓度会有很大的改变。当掺杂五价元素后，
2、电子浓度增加，可视为全部电离，空穴受电子复合而减少而称为少子，二者的浓度积为恒定值。掺杂前浓度（pi；ni）np=pini=ni2=pi2掺杂后浓度（p ；n）掺杂浓度（Nd ni）空穴浓度：diiNnnpp22P型 半导体的掺杂掺杂三价元素：铝、铟、镓后多一个空穴与负离子，空穴密度增大、参与导电能力增强104以上。称空穴为多数载流子的P型半导体。-+4444444q0+34硅晶遂道扫描图三极管发明人诺贝尔奖获得者在观察300mm芯片300mm芯片封装后的CPU硅晶片遂道扫描表面电流 一、半导体二极管及其特性 当在P型半导体上扩散五价元素生成N型半导体后，产生了PN结，PN结具有单向导电性能、
3、击穿性能、发光与光敏等特性。由此产生了半导体二极管。按功能分：普通二极管、整流二极管、发光二极管、稳压二极管、光敏二极管和变容二极管、开关二极管等。按材料分：硅二极管和锗二极管。二极管用途 当在N型半导体上扩散三价元素生成P型半导体，称为N衬底为A、C二型号二极管。二极管的应用比较广泛，主要用于：整流电路、检波电路、稳压电路、限幅 电路、保护电路、控制电路、隔离电路、磁敏、光敏等。0201正向扩散电流和反向漂移电流 正偏 导通 反偏 截止 +-+-+PN结PN结EE外电场内电场外电场内电场正向时内电场被削减，电路导通反向时内电场增强，电路截止二极管型号与伏安特性 +-0.3V0.6V锗管硅管U
4、BRUDID二极管模型图PN0202二极管正向导通二极管反向截止PN+-发光二极管大功率整流管桥式全波整流、电路与波形电路：4D 02tU2mRLU2ID+ID-单向桥式整流的其它画法 接线图式 桥式RLRL Tr Tr 稳压电源 原理框图：交流电源整流滤波稳压变压电感滤波电路U1U0U1tU0t00三端稳压器简单硅稳压管稳压电路电路：UiRLRIIZDZU0=UZ 整流部分滤波部分 稳压部分 负载 C串联型晶体管稳压电源固定式串联稳压原理：RL RuiU0ILRLU0+CEBVT控制极固定式串联稳压电路电路图uiICUZIBIZUCEDZRBRLUBEU0U2典型串联型稳压电源 电路 UiU
5、ZIB1IR4DZR4R1IB2U0RPR2R3I 1I 2UBE2IC2 VT太阳能电板二、三极管交流放大电路放大电路：低频段：20200kHz。中频段：200kHzMHz。高频段：MHz 以上。功率放大电压放大负载尖波脉冲信号三角波信号正弦波信号高频正弦波信号低频正弦波信号脉冲方波信号半导体三极管及其特性 电路 多子理论 -RRCmAmAAIEIBICNNP-IE-IC-IBVT三极管模型电子为多数载流子N区空穴为多数载流子P区管脚 b铝合金封装式三极管0203NNP-IE-IC-IBECB输入、输出特性曲线 uiIBICUBE00.5IBICIB80A6040200饱和区截止区UCE放大
6、区温度对三极管参数的影响温度对三极管参数的影响 IC0UCEIBt0IBtIct0Ict0 基本放大电路共射放大电路 习惯画法IBICIERBRCUiUCERBRCUiUCEVTVTEC+UC三、场效应管的结构和特性 N沟道NNDSPGPGDGS场效应管P沟道PPDSNGNGDGS增强绝缘栅型场效应管IRL3803 120A大功率调速器场效应管晶体二极管D与三极管T小结二极管：利用PN结的单向导电性制成。用途：整流、稳压、发光和译码。三极管：利用NPN、PNP结的电流与电压 放大原理，并可实现功率放大。用途：组成放大电路、功放电路、差放电路、数字电路。直流电路的放大倍数（开路）电路 等效电路
7、rbeERbRcRBRCu。ui多级放大电路 Au=A=A1 A 2 A3An A1=/(rs+rBE1)RLrRBELA1A2A（n-1）An前 置功 放中 间 级uiuo输入输出单管甲类功放电路解析图单管甲类功放电路解析图阻容耦合电路电容与下一级的输入电阻组成的耦合方式u。RB1RCRB2REBERB1RCRB2REECRsUsB+UCCVT1VT2电容、变压器、直接耦合比较名称 直流 交流 频率 电容 隔直 通交 高频 电感变压器 隔直 通交 中频 直接 通直 通交 低频 放大器中的负反馈 信号放大反馈负载+ui+u。-uf放大电路反馈电路电压串联负反馈+u。ui-uf五、集成电路和集成
8、运算放大器 运算放大器：高放大多级直耦式放大器。IC分类：模拟集成电路；数字集成电路。组成：反相端；同相端。输入级中间级输出级-+u-u+u0输入级：差动放大电路中间级：电压放大电路输出级：功率放大电路Ic直耦式放大器二级放大电路RB2RC1RC2RB1+UCCUiUoVT1VT2解决级间影响的有效方法 后置发射级电阻 RB2RC1RC2RB1UiUoVT1VT2RE2+UCC模拟电子元件模拟运放电路 I c稳压管电路电路RB2RC1RC2RB1UiUoVT1VT2DZ UE2R+UCC差动放大电路镜相电路 UCCRB2RC1RB1UiVT1RB2RC1RRUi1Ui2VT2Uo1Uo2+-R
9、B1典型的长尾差放电路长尾 RB2RC1RB1UiVT1RB2RB1RC1RR+UCCUi1Ui2VT2Uo1Uo2RPReUE2IEUo-UCC单端反相输出电路反相RC1RB1UiVT1+UCCVT2Re-UEE2IEUo+RB1同相端输出电路同相RB1UiVT1+UCCVT2Re-UEE2IEUo+-+RC-RB1集成电路芯片工艺流程衬底 五次光刻后 P层一次氧化一次光刻一次扩散 蒸铝前n层n层外延二次氧化 反刻铝二次光刻二次扩散P Si衬底PSiP Si衬底P SiPSinPSinPSinPSi nPSi nPSi nPSi nCMOS集成电路带恒流源的差放电路及等效图电路RB1VT1R
10、B1VT2+UCC ICUo+RCRCR2R1R3T3等效IE-UEEui1ui2-UEE运算放大器主要参数与工作特点 外型与图形符号 F007Ui1Ui2Uo+-老图形符号Ui1Ui2Uo+-+新图形符号塑封设备分装过程光刻设备F007型集成运放电路管脚 管脚 连接图48621357+15V-15V23678415RP桥式整流运算电路反相反相运算电路：U0/Ui=-当Rf=10R1时，有：Af =-10 RRf1Ui1b+-+R2R1R faI1IfUo运算电路同相同相运算电路：Uo/Ui=（1+）当Rf=10R1时 有：Af =11 RRf1IfUi1b+-+10k10k100kaI1Uo
11、集成电路集成电路组成的RC正弦波振子电路 U i1b+-+R1R faI1IfUoC2R2R1C1各种Ic数字电路 脉冲信号：尖顶波；锯齿波；梯形波。前沿后沿 正脉冲前沿后沿 负脉冲 A T t W+3V0+3V0电路板电路底板数字电路实验板传感元件电阻器线路板滤波器滤波元件延时线圈振荡子逻辑运算乘法：00=0；01=0；10=0；11=1可谓：见“0”得“0”，全“1”得“1”。加法：0+0=0；0+1=1；1+0=1；1+1=1可谓：见“1”得“1”，全“0”得“0”。非逻辑：0=1；1=0 ；可谓：非“0”则“1”，非“1”则“0”，非非为自身。AA 1.逻辑门1.与门 SAHLSBA
12、YBE+12VRD2D1A B03V03VY0VU0E+12VRY0VA 3。9K2.或门 的 开关、门、D电路电路 SAHLSBEA YB1E 12VRD2D1A B03V03VYUo3.非门的开关、门、T、CMOS电路开关HLRSEA Y1RB RC RB1-UBBVT A Y+UCC4.与非门、或非门电路 见0得1；见1得0；全1得0。全0得1。A YBA Y1BBAYBAY数据选择器与状态表逻辑图 G2G11YABE常见逻辑运算关系举例用与非门连接成的与、或、或非门。Y=AB=ABY=A+B=A+B=AB AABBABY=A+B11AB 用“与非门”连接成“或非门”Y=A+B=A B
13、11Y=A+BAB Y=A+B 1半加器电路CAB=1SCOABSC全加器的电路、符号电路 符号Cn=1AnB n=1SnC n-11COAnB nSCC n-1CI其他组合“逻辑门”电路 与或非门 原标准1BACDY+YABCD数字电路可编程数字电路 同步RS触发器电路ABQQCDRSCPRDSDQQSDC RSRD引导门加CP基本RS触发器RS 触发器始状为“0”：上升沿触发 不定 CPQQRSJK触发器电路符号Q1Q1C1Q2JKCPCPCQ2Q CJKCJKQ Q Q CJKCJ JK KQ Q Q Q CJKCJ JK KQ Q 异随JQ Q J JK KQ Q CJKCQ Q Q
14、Q CJKCJ JK K00不变Q Q CJKCJ JK KQ Q Q Q CJKCJ JK KQ Q 1-1翻转JK 触发器波形图CP 异为J ；0、0不变 ；1、1翻转。JKQ D 触发器符号、卡诺图符号 卡诺图DNQN+10 0 1 1 SDRDDCQQCPD二进制计数器波形图CP1=CPCP2=Q1CP3=Q2CP4=Q3 Q4二进制计数器4位二进制计数器可表达：015 CJKCQ2CJKCCJKCCJKCQ1 Q3Q4CP F4F3F2F1二-十进制计数器 JK触发器组成:J2=;J4=Q2Q3;CP4=Q2RD清零CPCJ3K3CF3CJ2K2CF2CJ4K4CF4CJ1K1CF1
15、Q4Q1Q2Q3Q44Q二-十进制计数器波形图CP1=CPCP2=Q1 J2=Q4CP3=Q2CP4=Q1J4=Q2Q3 Q4Q3Q2Q1数码-光电显示板二极管、液晶。当X i；Y i 通电发发光 Y1YnX1XnPC结构、系统外设 可编程只读存贮器 CPU中央处理器外存接口其他接口ROMRAM键盘与显示输入接口与显 示输出接口与多种负载计算机A/DD/APLCADC 与 DAC为计算机装上眼睛；为计算机伸长手臂。传感器检测仪表模拟信号ADC数字信号计算机或数字控制模拟控制DAC PC 机的系统框图处理器存贮编程设备写入打印显示输入接口A/D电源输出接口D/AI/O部分用户设备双斜式A/D转换器Dual slope A/D converter电路图 RI过零比较器计数器控制器cpCUXU+U-tt0UXU+U0XN1N2XUUNN12tT1T2积分输入积分响应时钟脉冲EDA实验室EDA：路由机上生 EDA自动设计系统I P内核可编程数字电路人工智能I P硬核
