電子技術(shù)第1章課件

1.信號(hào)：是反映消息的物理量

信息需要借助于某些物理量（如聲、光、電）的變化來(lái)表示和傳遞。

電信號(hào)是指隨時(shí)間而變化的電壓u或電流i

，記作u=f(t)或i=f(t)。如溫度、壓力、流量，自然界的聲音信號(hào)等等，因而信號(hào)是消息的表現(xiàn)形式。2.電信號(hào)由于非電的物理量很容易轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，而且電信號(hào)又容易傳送和控制，因此電信號(hào)成為應(yīng)用最為廣泛的信號(hào)。緒論模擬信號(hào)：在時(shí)間上和數(shù)值上具有連續(xù)變化的特點(diǎn)，溫度；壓力等。t數(shù)字信號(hào)：在時(shí)間上和數(shù)值上是離散的，人數(shù)；物件等。tt電子管時(shí)代（1905～1948）晶體管時(shí)代（1948～1959）基本分立元件展示電子技術(shù)的發(fā)展電容器電阻器線圈三極管二極管1、分立元件發(fā)展IBM70903、電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展IBM360晶體管計(jì)算機(jī)品牌電腦第一代（1946～1957）電子管計(jì)算機(jī)時(shí)代（ENIAC）第二代（1958～1963）晶體管計(jì)算機(jī)時(shí)代第三代（1964～1970）集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)代第四代（1971～）大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)時(shí)代課程特點(diǎn)：電路圖多、內(nèi)容分散、誤差較大，計(jì)算簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)。學(xué)習(xí)方法：元器件重點(diǎn)放在特性、參數(shù)和正確使用方法，不要過(guò)分追究其內(nèi)部機(jī)理，掌握電路的構(gòu)成原則、記住幾個(gè)典型電路及時(shí)總結(jié)及練習(xí)、掌握近似原則、與實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合。1、電工學(xué)（下冊(cè)）秦曾煌高教出版社電工學(xué)（下冊(cè)）學(xué)習(xí)輔導(dǎo)與習(xí)題全解秦曾煌高教出版社2、模擬電子技術(shù)楊素行高教出版社3、數(shù)字電子技術(shù)余孟嘗高教出版社參考資料1.1半導(dǎo)體基本知識(shí)概念：導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)。大多數(shù)半導(dǎo)體器件所用的主要材料是硅(Si)和鍺(Ge)。半導(dǎo)體＋14284Si＋3228184Ge簡(jiǎn)化模型+4+4+4+4+4+4+4+4+41.1.1本征半導(dǎo)體概念：純凈的、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。價(jià)電子共價(jià)鍵當(dāng)溫度T=0K時(shí)，半導(dǎo)體不導(dǎo)電，如同絕緣體。+4+4+4+4+4+4+4+4+4若T，將有少數(shù)價(jià)電子克服共價(jià)鍵的束縛成為自由電子，在原來(lái)的共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位，成為空穴?？昭煽闯蓭д姷妮d流子。自由電子空穴載流子：運(yùn)載電荷的粒子。自由電子（帶負(fù)電）空穴（帶正電）復(fù)合1.1.2N型半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體在硅或鍺的晶體中摻入少量的+

5價(jià)雜質(zhì)元素，如磷、銻、砷等。雜質(zhì)原子最外層5個(gè)價(jià)電子。+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5自由電子N型半導(dǎo)體多余一個(gè)電子只受自身原子核吸引，在室溫下即可成為自由電子。自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴的濃度。自由電子稱為多數(shù)載流子(簡(jiǎn)稱多子)，空穴稱為少數(shù)載流子(簡(jiǎn)稱少子)。半導(dǎo)體主要靠自由電子導(dǎo)電。+4+4+4+4+4+4+4+4+4在硅或鍺的晶體中摻入少量的＋3價(jià)雜質(zhì)元素，如硼、鎵、銦等。+3空穴濃度大于自由電子濃度?？昭槎嘧?，自由電子為少子。P型半導(dǎo)體半導(dǎo)體主要靠空穴導(dǎo)電?？昭?.1.3P型半導(dǎo)體1.在雜質(zhì)半導(dǎo)體中多子的數(shù)量與

（a.摻雜濃度、b.溫度）有關(guān)。2.在雜質(zhì)半導(dǎo)體中少子的數(shù)量與（a.摻雜濃度、b.溫度）有關(guān)。3.當(dāng)溫度升高時(shí)，少子的數(shù)量（a.減少、b.不變、c.增多）。abc4.在外加電壓的作用下，P型半導(dǎo)體中的電流主要是

，N型半導(dǎo)體中的電流主要是。（a.電子電流、b.空穴電流）ba練習(xí)：在一塊半導(dǎo)體單晶上一側(cè)摻雜成為P型半導(dǎo)體，另一側(cè)摻雜成為N型半導(dǎo)體，兩個(gè)區(qū)域的交界處就形成了一個(gè)特殊的薄層，稱為PN結(jié)。PNPN結(jié)1.2半導(dǎo)體二極管1.2.1PN結(jié)的形成及單向?qū)щ娦院谋M層空間電荷區(qū)PN多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)PN復(fù)合消失空間電荷區(qū)（耗盡層）內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)阻止多子擴(kuò)散動(dòng)態(tài)平衡，形成PN結(jié)有利少子漂移2、加反向電壓空間電荷區(qū)少子形成反向電流，反向電流很小，溫度越高，電流越大。PN外電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)VRIS

由上可見(jiàn)：

當(dāng)PN結(jié)正向偏置時(shí)，呈現(xiàn)低電阻，回路中將產(chǎn)生較大的正向擴(kuò)散電流，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)；當(dāng)PN結(jié)反向偏置時(shí)，呈現(xiàn)高電阻，回路中的反向漂移電流非常小，幾乎為零，PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)?？梢?jiàn)，PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?.2.2二極管的基本結(jié)構(gòu)將PN結(jié)封裝在塑料、玻璃或金屬外殼里，再?gòu)腜區(qū)和N區(qū)分別焊出兩根引線作正、負(fù)極。符號(hào)：PND0iu正向特性U(BR)反向特性IS80oC20oC1.2.3二極管的伏安特性1、正向特性當(dāng)正向電壓比較小時(shí)，正向電流幾乎為零。當(dāng)正向電壓超過(guò)開(kāi)啟電壓時(shí)，正向電流才按指數(shù)規(guī)律明顯增大。T，正向特性曲線左移，反向特性曲線下移。2、反向特性反向電流IR值很小，反向電壓足夠大時(shí)，反向電流為IS。3、反向擊穿特性反向電壓超過(guò)U(BR)后，電流急劇增大。擊穿后，二極管不再具有單向?qū)щ娦?。死區(qū)電壓:硅管0.5V鍺管0.1V結(jié)論：二極管具有單向?qū)щ娦浴＜诱螂妷簳r(shí)導(dǎo)通，呈現(xiàn)很小的正向電阻，如同開(kāi)關(guān)閉合；加反向電壓時(shí)截止，呈現(xiàn)很大的反向電阻，如同開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。二極管反向擊穿后，不再具有單向?qū)щ娦浴?.2.4二極管的主要參數(shù)1、最大整流電流

IF二極管長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，允許通過(guò)的最大正向平均電流。2、反向擊穿電壓U(BR)：管子反向擊穿時(shí)的電壓值。UR＝U(BR)最高反向工作電壓

UR：工作時(shí)，允許外加的最大反向電壓。1、理想模型（理想二極管）正向短路，反向斷路。二極管的模型（2）恒壓降模型（常用）反向斷路，正向?qū)ㄇ皵嗦?，?dǎo)通后有恒定壓降，內(nèi)阻為0。硅管：0.7V鍺管：0.2V電路如圖所示，二極管的導(dǎo)通電壓UD約為0.7V。試分別估算開(kāi)關(guān)斷開(kāi)和閉合時(shí)輸出電壓的數(shù)值。解：開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)：UO＝V1－UD＝5.3V開(kāi)關(guān)閉合時(shí)：UO＝V2＝12V例1：電路如圖，求：UABV陽(yáng)=－6VV陰=－12VV陽(yáng)>V陰二極管導(dǎo)通例2：

取B點(diǎn)作參考點(diǎn)，D6V12V3kBAUAB+–斷開(kāi)二極管，分析二極管陽(yáng)極和陰極的電位。若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB=－6V取B點(diǎn)作參考點(diǎn)，V1陽(yáng)=－6V，V2陽(yáng)=0V，V1陰=V2陰=－12VUD1=6V，UD2=12V

∵

UD2>UD1

∴D2優(yōu)先導(dǎo)通例3:求：UABBD16V12V3kAD2UAB+–二極管可看作短路，UAB

=0VD1截止。斷開(kāi)二極管，分析二極管陽(yáng)極和陰極的電位。ui>8V，二極管導(dǎo)通，可看作短路uo=8V已知：二極管是理想的，試畫(huà)出uo

波形。8V例4：ui18V二極管陰極電位為8VD8VRuoui++––uoui<8V，二極管截止，可看作開(kāi)路uo=ui8V求二極管所在電路輸出電壓或畫(huà)輸出波形：（1）選擇參考點(diǎn)，斷開(kāi)二極管，分析二極管陽(yáng)極和陰極的電位，如果輸入信號(hào)是交流信號(hào)，則需分段討論。（2）判斷二極管通斷，若有多個(gè)二極管且互相影響，則正向電壓最高的優(yōu)先導(dǎo)通。（3）二極管導(dǎo)通看做短路（或恒壓），截止看做斷路，多個(gè)二極管時(shí)，需第一個(gè)做等效后再逐個(gè)分析其他的。（4）分析等效后電路，求出輸出電壓或畫(huà)出輸出波形。1.2.5穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓管工作于反向擊穿區(qū)。

iuOu穩(wěn)壓管符號(hào)：穩(wěn)壓管伏安特性：+i陽(yáng)極陰極DzUzIZIZM注意:穩(wěn)壓二極管通常工作在反向擊穿區(qū)，使用時(shí)應(yīng)串入一個(gè)電阻，電阻起限流作用，以保證穩(wěn)壓管正常工作，此電阻被稱為限流電阻。

例5

求通過(guò)穩(wěn)壓管的電流IZ等于多少？R是限流電阻，其值是否合適？IZVDZ+20VR=1.6k+

UZ=12V-

IZM=18mAIZ

<IZM

，電阻值合適。解穩(wěn)壓管的參數(shù)主要有以下幾項(xiàng)：（1）穩(wěn)定電壓UZ穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)時(shí)的穩(wěn)定工作電壓。當(dāng)UZ＞6V時(shí)，具有正溫度系數(shù)，當(dāng)UZ＜6V時(shí)，具有負(fù)溫度系數(shù)，當(dāng)UZ=6V時(shí)，穩(wěn)壓管可以獲得接近零的溫度系數(shù)。這樣的穩(wěn)壓二極管可以作為標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)壓管使用。穩(wěn)壓管電流不變時(shí)，環(huán)境溫度每變化1℃引起穩(wěn)定電壓變化的百分比。（2）電壓溫度系數(shù)U（5）最大耗散功率PM管子不致產(chǎn)生熱擊穿的最大功率消耗。PM=UZIZM（3）動(dòng)態(tài)電阻rZ（4）穩(wěn)定電流IZ正常工作的參考電流。

rZ愈小愈好。對(duì)于同一個(gè)穩(wěn)壓管，工作電流愈大，rZ值愈小。例6電路如圖所示，已知穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ=6V,求電壓UO。UI=12VUI=10VUI=5V解：UI=10V時(shí)，UO=6VUI=12V時(shí)，UO=6VUI=5V時(shí)，UO=5V練習(xí)：電路如圖1所示，設(shè)D1、D2均為理想元件，已知輸入電壓ui=150sinωtV，如圖2所示，試畫(huà)出電壓uO的波形。1.3.1晶體管的基本結(jié)構(gòu)1.3雙極型三極管雙極型晶體管（BipolarJunctionTransistor）簡(jiǎn)稱晶體管（BJT），由兩種載流子在其內(nèi)部作運(yùn)動(dòng)。在模電中主要起放大作用，在數(shù)電中起開(kāi)關(guān)作用。NPN型集電區(qū)集電結(jié)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)集電極C基極B發(fā)射極ENNPECB符號(hào)T基區(qū)：薄，雜質(zhì)濃度低發(fā)射區(qū)：雜質(zhì)濃度高集電結(jié)：面積較大集電極C發(fā)射極E基極B

CBE符號(hào)NNPPNPNP型T1.3.2晶體管的電流分配與放大原理放大電路的核心元件，將微弱信號(hào)放大，放大的是變化量。放大作用表現(xiàn)為較小的基極電流控制較大的集電極電流（共射電路）。放大的外部條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。即：

NPN型VC>VB>VEPNP型VE>VB>VC

beceRcRbICBOIEICIBIEIBEICE過(guò)程：（1）發(fā)射1、晶體管內(nèi)部載流子的傳輸過(guò)程（2）復(fù)合和擴(kuò)散（3）收集關(guān)系：IE=IC+IBECEBIB<IC<IE

ICIE基極（B）與集電極（C）電流方向始終一致，NPN型為流入，PNP型為流出，發(fā)射極（E）電流方向與之相反，數(shù)值上為兩者之和。2、晶體管的各極電流關(guān)系ECBIEICIBNPN型CBEIEICIBPNP型共射直流電流放大系數(shù)直流參數(shù)與交流參數(shù)的含義是不同的，但是，對(duì)于大多數(shù)三極管來(lái)說(shuō)，

與的數(shù)值卻差別不大，計(jì)算中，可不將它們嚴(yán)格區(qū)分，都記作β。共射交流電流放大系數(shù)例1：

測(cè)晶體管各極電流，當(dāng)IB=40μA時(shí)，IC＝1.6mA；當(dāng)IB=60μA時(shí)，IC=2.4mA，求和,分別畫(huà)出當(dāng)IB=70μA，且該管為NPN管或PNP管時(shí)的各極電流。解：70μA2.8mA2.87mA

PNP

cbe70μA2.8mA2.87mANPNecb例2：晶體管兩極電流如圖，求另一極電流，標(biāo)出方向，畫(huà)出管子，求，說(shuō)明是NPN管或PNP管。解：=100NPN管=50PNP管基本共射放大電路iCiB1.3.3伏安特性曲線輸入回路輸出回路＋

uCE－＋

uBE－uiUCCUBB1、輸入特性iB是關(guān)于uBE的函數(shù)，受UCE限制OiB0.5VUCE=0，兩個(gè)PN結(jié)并聯(lián)；UCE增大，特性曲線右移(集電極開(kāi)始吸引電子)；UCE增大到某一特定值后（比如1V），特性曲線不再右移。UCE一般總大于1V。近似計(jì)算中，Si：uBE＝0.7VGe：uBE＝0.3V例：一個(gè)晶體管接在電路中，今測(cè)得它各管腳對(duì)“地”的電位分別為：1腳V1=3.6V，2腳V2=3V，3腳V3=9V。試判別管子的三個(gè)電極，并說(shuō)明是硅管還是鍺管？是NPN型還是PNP型？ECBIEICIBNPN型si管3.6V3V9V︱UBE︳≈0.2~0.3V

(鍺管）

︱UBE︳≈0.6~0.7V

(硅管）步驟：1、中間電位一定出現(xiàn)在基極上，可確定B；2、uBE為0.3V（Ge管）或0.7V（si管），可確定E；余下為C；3、箭頭標(biāo)在發(fā)射極（E）上，由高電位指向低電位（P區(qū)指向N區(qū)）；如向外則為NPN型，如向內(nèi)則為PNP型。練習(xí)：由三極管各管腳電位判定三極管屬性（1）

A:1VB：0.3VC:3V（2）A:－0.2VB:0VC:－3V解:（1）NPN型硅管A:基極；B:發(fā)射極；C:集電極（2）PNP型鍺管A:基極；B:發(fā)射極；C:集電極2、輸出特性IC是關(guān)于UCE的函數(shù)，受IB限制60μA40μA20μAIB=0ICUCEO5101554321截止區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)(2)截止區(qū)

UBE≤0，

IB＝0，IC

0(1)放大區(qū)

UCE>UBE>0，(3)飽和區(qū)

(兩結(jié)均正偏)UBE>UCE，

IB=100μA80μA例5

測(cè)得三只晶體管的直流電位如圖(a)、(b)、(c)所示，試判斷它們的工作狀態(tài)。解：(a)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏----飽和狀態(tài)

(b)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏----放大狀態(tài)

(c)發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏----截止?fàn)顟B(tài)1.3.4晶體管的主要參數(shù)ICEO（輸出特性曲線IB＝0對(duì)應(yīng)）ICBO1、直流參數(shù)2、交流參數(shù)盡量小過(guò)損耗區(qū)iCuCEOPCM=iCuCE安全工作區(qū)工作區(qū)3、極限參數(shù)（1）最大集電極耗散功率PCMPCM=iCuCE＝常數(shù)（2）最大集電極電流ICM使

值下降到正常值的的iC。（3）極間反向擊穿電壓外加在三極管各電極之間的最大允許反向電壓。U(BR