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1、課程大綱,模擬電子篇第1章：半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)第2章：放大電路及其分析方法第3章：集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用數(shù)字電子篇第4章：數(shù)字電路基礎(chǔ)第5章：邏輯門電路與觸發(fā)器第6章：組合邏輯電路第7章：時序邏輯電路第8章：脈沖波形的產(chǎn)生與整形,課程大綱,電力電力篇第9章：常用電力電子器件第10章：相控整流電路第11章：斬控電路與交-交變換電路,第1章：半導(dǎo)體器件基礎(chǔ),1.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)1.2 二極管1.3 晶體管1.4 場效應(yīng)晶體管,1.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ),物質(zhì)按其導(dǎo)電性質(zhì)可分為導(dǎo)體（如：金、銀、銅、鐵等）、半導(dǎo)體、絕緣體（如：陶瓷、云母、橡膠等）。這里我們談到的半導(dǎo)體就介于導(dǎo)體和絕緣體之間，目前來說制造電子器件的

2、半導(dǎo)體材料主要是硅（Si）、鍺（Ge）和砷化鎵（GaAs）等。,了解硅和鍺的化學(xué)結(jié)構(gòu)模型，如下圖a和b分別是鍺和硅的化學(xué)結(jié)構(gòu)模型，簡化模型如圖c，他們最外層電子都是4個，從穩(wěn)定性上來說，他們既不像導(dǎo)電體那樣容易失去電子，也不像絕緣體那樣容易束縛電子，所以性質(zhì)介于導(dǎo)體與絕緣體之間。,本征半導(dǎo)體：純凈的單晶半導(dǎo)體。原子按一定間隔排列成有規(guī)律的空間點(diǎn)陣。以此每個原子之間互相吸引，形成四對共價鍵。正常情況下電子被共價鍵束縛不能參與導(dǎo)電，但當(dāng)外界溫度升高或者出現(xiàn)外電場時，共價鍵中的電子就會掙脫出來形成自由電子同時也伴隨一個空穴的產(chǎn)生，這種現(xiàn)象叫做本征激發(fā)。,雜質(zhì)半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中摻入少量的其他元素，

3、會使導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。 根據(jù)摻入雜質(zhì)的不同將其分為N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。其中摻入磷、砷等五價元素的為N型半導(dǎo)體，摻入硼、鋁等三價元素的為P型半導(dǎo)體。,在N型半導(dǎo)體中摻入的五價元素與四價的硅（或鍺）形成四對共價鍵，多出一個電子，隨著共價鍵的結(jié)合，多出的自由電子就會越來越多，所以這里我們把自由電子稱做多子，由于外界溫度等條件的影響還有極少一部分共價鍵中的電子會掙脫形成空穴，這里我們把空穴稱作少子。,在P型半導(dǎo)體中摻入的三價元素與四價的硅（或鍺）形成四對共價鍵，在四對共價鍵中有一對會少一個電子，隨之便對出一個空穴，隨著共價鍵的結(jié)合，多出的空穴就會越來越多，所以這里我們把空穴稱做多子，由于外界溫

4、度等條件的影響還有極少一部分共價鍵中的電子會掙脫成為自由電子，這里我們把自由電子稱作少子。,PN結(jié)：通過摻雜工藝，把本征硅(或銷) 片的一邊做成P型半導(dǎo)體，另一邊做成N型半行體。因?yàn)镻區(qū)一側(cè)多子是空穴，N區(qū)一側(cè)多子是自由電子，所以在它們的交界面處存在空穴和電子的濃度差。于是P區(qū)中的空穴會向N區(qū)擴(kuò)散，并在N區(qū)被電子復(fù)合。而N 區(qū)中的電于也會向P區(qū)擴(kuò)散，并在P區(qū)被空穴復(fù)合。這樣，在P區(qū)和N 區(qū)分別留下了不能移動的受主負(fù)離子和施主正離子，結(jié)果在界面的兩側(cè)形成了由正、負(fù)離子組成的空間電荷區(qū)。這個空間電荷區(qū)形成一個電場，稱為內(nèi)電場。由濃度差引起的多數(shù)載流子的運(yùn)動，稱為擴(kuò)散運(yùn)動。在內(nèi)電場的作用下少數(shù)載流子

5、的運(yùn)動稱為漂移運(yùn)動。這種P型半導(dǎo)體和N 型半導(dǎo)體交界面處形成的一個很薄的特殊物理結(jié)構(gòu)，稱為PN結(jié)。,PN結(jié)的單向?qū)щ娦?，在外加電場的作用下，PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴Ｍ饧与妶鍪筆區(qū)電位高于N 區(qū)電位的接法稱為PN結(jié)加正向電壓或正向偏置(簡稱正偏)，外加電場使P區(qū)電位低于N 區(qū)電位的接法稱為PN結(jié)加反向電壓或反向偏置(簡稱反偏)。PN結(jié)正偏時，外加電場方向與內(nèi)電場方向相反，抵消了內(nèi)電場的作用，多子擴(kuò)散到空間電荷區(qū)，并中和了電荷區(qū)中的雜質(zhì)離子，使得空間電荷區(qū)的寬度變窄。在外電場作用下，多子擴(kuò)散形成了比較大電流，PN 結(jié)對外呈現(xiàn)比較小的電阻。這種情況稱為PN 結(jié)導(dǎo)通。,PN結(jié)反偏時，外加電場方向與內(nèi)電場

6、方向相同，加強(qiáng)了內(nèi)電場的作用，靠近PN結(jié)的多子(P區(qū)的空穴或N區(qū)的自由電子) 在外電場的作用下遠(yuǎn)離PN 結(jié)，使得空間電荷區(qū)的寬度變寬。多子擴(kuò)散受到了嚴(yán)重的阻礙，形成的電流為零。另一方面，外電場有利于少子的漂移，但由于少子是本征激發(fā)產(chǎn)生的，數(shù)量與溫度有關(guān)且濃度有限，形成的電流很小，因此PN 結(jié)對外星現(xiàn)比較大的電阻。這種情況稱為PN結(jié)截止。PN結(jié)正偏時導(dǎo)通、反偏時截止的特點(diǎn)，稱為PN 結(jié)的單向?qū)щ娦浴?1.2 二極管,二極管是PN結(jié)的直接應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)符號如下：二極管的伏安特性就是二極管上的電壓與電流的關(guān)系曲線，實(shí)際二極管由于引線的接觸電阻、P區(qū)和N 區(qū)體電阻以及表面漏電流等影響，其伏安特性與理想的

7、PN結(jié)伏安特性略有差異。,正向電壓只有超過某一數(shù)值時，才有明顯的正向電流。這一電壓稱為導(dǎo)通電壓或死區(qū)電壓，用U表示。室溫下，硅管的Uon= (0.50.6)V,鍺管的Uon=(0.10.2)V。正向特性在小電流時，呈現(xiàn)出指數(shù)變化規(guī)律，電流較大以后近似按直線上升。,極管的運(yùn)用基礎(chǔ)，就是二極管的單向?qū)щ娞匦?，因此，在?yīng)用電路中，關(guān)鍵是利用二極管的模型，判斷二極管的導(dǎo)通或截止。利用理想模型時，不管是硅管還是鍺管，二極管導(dǎo)通時UD =0; 利用恒壓源模型時，二極管正向?qū)〞r的工作電壓，一般硅管UD約為0.7V,鍺管約為0.3V,或者根據(jù)實(shí)際二極管測量得到。,當(dāng)輸人信號電壓在一定范圍內(nèi)變化時，輸出電壓隨

8、輸人電壓相應(yīng)變化; 而當(dāng)輸人電壓超出該范圍時，輸出電壓保持不變，這就是限幅電路。下圖是一個典型的二極管限幅電路。假定二極管是硅管，利用恒壓源模型，二極管正偏導(dǎo)通時的電壓為0.7V。當(dāng)UiE+0.7V時，二極管VD正偏導(dǎo)通Uo=E+0.7V。當(dāng)Ui0時的工作波形。從圖中可以看出，該電路是上限幅。,由此可得到（圖a）下限幅電路及（圖b）雙向限幅電路。,二極管的半波整流電路，二極管VD串聯(lián)在負(fù)載與交流信號源之間。如果VD 是理想的，當(dāng)Ui0時,Uo=Ui。當(dāng)Ui0時Uo=0。工作波形如下圖，整流后輸出是單向的。,若用四個二極管VD1VD2組成橋式全波整流電路，該電路多用于直流電源中。當(dāng)U2為正半周時，VD1、VD4導(dǎo)通，VD2、VD3截止，電流從+U2 經(jīng)VD1、RL、VD4回到-U2。負(fù)載電流由上而下。當(dāng)U2為負(fù)半周時，VD1、VD4截止，VD2、VD3導(dǎo)通，電流從+U2 經(jīng)VD2、RL、VD3回到+u2。負(fù)載電流還是由上而下。,穩(wěn)壓管是一種特殊的極管，是利用PN結(jié)反向擊穿后具有穩(wěn)壓特性制作的二極管。普通二極管利用的是PN 結(jié)的單向?qū)щ娦?，而穩(wěn)壓管利用的是二極管的反向擊穿特性。普通二極管在加太大的反向電壓時擊穿，會因?yàn)殡娏魍蝗辉龃蠖鴵p壞但穩(wěn)壓管利用特殊的工藝，使得在擊穿后，電流在一定的范圍內(nèi)時不會損壞。所以，穩(wěn)壓管正常使用時是工作在反偏狀態(tài)及反向擊穿區(qū)。,