第二章 常用电子器件及其应用

1、12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。3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 4大功率发光二极管（玉免）5发光二极管普通二极管大功率二极管6直径300mm的晶棒、晶片7N型 半导体的掺杂掺杂 +-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。8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

2、改变。当掺杂五价元素后，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：diiNnnpp229P型 半导体的掺杂掺杂 -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+3410硅晶遂道扫描图11三极管发明人诺贝尔奖获得者在观察300mm芯片12300mm芯片封装后的CPU1314硅晶片遂道扫描表面电流15 一、半导体二极管及其特性 当在P型半导体

3、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、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。16二极管用途 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。171819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

4、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20二极管型号与伏安特性 + -0.3V0.6V锗管硅管UBRUDID21二极管模型图PN2223二极管反向截止PN+-24发光二极管25大功率整流管26桥式全波整流、电路与波形电路：4D 02tU2mRLU2ID+ID-27单向桥式整流的其它画法 接线图式 桥式RLRL Tr Tr 28稳压电源 原理框图：交流电源整流滤波稳压变压29电感滤波电路U1U0U1tU0t0030三端稳压器31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 C32串联型晶体管稳压电源固定式串联稳压原理：RL

5、 RuiU0ILRLU0+CEBVT控制极33固定式串联稳压电路电路图uiICUZIBIZUCEDZRBRLUBEU0U234典型串联型稳压电源 电路 UiUZIB1IR4DZR4R1IB2U0RPR2R3I 1I 2UBE2IC2 VT35太阳能电板36二、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37尖波脉冲信号38三角波信号39正弦波信号40高频正弦波信号41低频正弦波信号42脉冲方波信号43半导体三极管及其特性 电路 多子理论 -RRCmAmAAIEIBICNNP-IE-IC-IBVT44三极管模型

6、电子为多数载流子N区空穴为多数载流子P区管脚 b45铝合金封装式三极管46NNP-IE-IC-IBECB47输入、输出特性曲线 uiIBICUBE00.5IBICIB80A6040200饱和区截止区UCE放大区48温度对三极管参数的影响温度对三极管参数的影响 IC0UCEIBt0IBtIct0Ict049 基本放大电路共射放大电路 习惯画法IBICIERBRCUiUCERBRCUiUCEVTVTEC+UC50三、场效应管的结构和特性 N沟道NNDSPGPGDGS51场效应管P沟道PPDSNGNGDGS52增强绝缘栅型场效应管IRL3803 120A大功率调速器场效应管53晶体二极管D与三极管T

7、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。54直流电路的放大倍数（开路）电路 等效电路 rbeERbRcRBRCu。ui55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56单管甲类功放电路解析图单管甲类功放电路解析图57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

8、+UCCVT1VT258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 59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-uf60五、集成电路和集成运算放大器 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6162Ic63直耦式放大器二级放大电路RB2RC1RC2RB1+UCCUiUoVT1VT264解决级间影响的有效

9、方法 后置发射级电阻 RB2RC1RC2RB1UiUoVT1VT2RE2+ UCC65模拟电子元件模拟运放电路 I c66稳压管电路电路RB2RC1RC2RB1UiUoVT1VT2DZ UE2R + UCC67差动放大电路镜相电路 UCCRB2RC1RB1UiVT1RB2RB1RC1RRUi1Ui2VT2Uo1Uo2+-68典型的长尾差放电路长尾 RB2RC1RB1UiVT1RB2RB1RC1RR+UCCUi1Ui2VT2Uo1Uo2RPReUE2IEUo-UCC69单端反相输出电路反相RC1RB1UiVT1+UCCVT2Re-UEE2IEUo+RB170同相端输出电路同相RB1UiVT1RB

10、1+UCCVT2Re-UEE2IEUo+-+RC-71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 n72CMOS集成电路73带恒流源的差放电路及等效图电路RB1VT1RB1VT2 +UCC ICUo+RCRCR2R1R3T3等效IE-UEEui1ui2-UEE7475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76塑封设备分装过程光刻设备77F007型

11、集成运放电路管脚 管脚 连接图48621357+15V-15V23678415RP78桥式整流79运算电路反相反相运算电路： U0/Ui= - 当Rf= 10R1时，有： Af = -10 RRf1Ui1b+-+R2R1R faI1IfUo80运算电路同相同相运算电路： Uo/Ui=（1+ ）当Rf= 10R1时 有： Af = 11 RRf1IfUi1b+-+10k10k100kaI1Uo81集成电路82集成电路组成的RC正弦波振子电路 U i1b+-+R1R faI1IfUoC2R2R1C183各种Ic84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

12、 t W+3V0+3V085电路板电路底板86数字电路实验板87传感元件88电阻器89线路板90滤波器91滤波元件92延时线圈93振荡子94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 951.逻辑门1.与门 SAHLSBA YBE + 12VRD2D1A B03V03VY0VU0E + 12VRY0VA 3。9K962.或门 的 开关、门、D电路电

13、路 SAHLSBEA YB1E 12VRD2D1A B03V03VYUo973.非门的开关、门、T、CMOS电路开关HLRSEA Y1RB RC RB1 -UBBVT A Y +UCC984.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 Y1BBAYBAY99数据选择器与状态表逻辑图 G2G11YABE100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+B11AB101 用“与非门” 连接成“或非门” Y= A+B= A B 11Y=A+BAB Y=A+B 1102半加器电路CAB=1SC

14、OABSC103全加器的电路、符号电路 符号Cn=1AnB n=1SnC n-11COAnB nSCC n-1CI104其他组合“逻辑门” 电路 与或非门 原标准1BACDY+YABCD105数字电路106可编程数字电路107 同步RS触发器电路ABQQCDRSCPRDSDQQSDC RSRD引导门加CP基本RS触发器108RS 触发器始状为“0”：上升沿触发 不定 CPQQRS109JK触发器电路符号Q1Q1C1Q2JKCPCPCQ2Q CJKCJKQ 110Q Q CJKCJ JK KQ Q Q Q CJKCJ JK KQ Q 异随J111Q Q J JK KQ Q CJKCQ Q Q Q

15、 CJKCJ JK K00不变112Q Q CJKCJ JK KQ Q Q Q CJKCJ JK KQ Q 1-1翻转113JK 触发器波形图CP 异为J ； 0、0不变 ； 1、1翻转。JKQ114 D 触发器符号、卡诺图符号 卡诺图DNQN+10 0 1 1 SDRDDCQQCPD115二进制计数器波形图CP1= CPCP2= Q1CP3= Q2CP4= Q3 Q4116二进制计数器4位二进制计数器可表达：015 CJKCQ2CJKCCJKCCJKCQ1 Q3Q4CP F4F3F2F1117二-十进制计数器 JK触发器组成: J2= ; J4=Q2Q3; CP4=Q2RD清零CPCJ3K3CF3CJ2K2CF2CJ4K4CF4CJ1K1CF1Q4Q1Q2Q3Q44Q118二-十进制计数器波形图CP1= CPCP2= Q1 J2= Q4CP3= Q2CP4= Q1J4= Q2Q3 Q4Q3Q2Q1119数码-光电显示板二极管、液晶。当X i；Y i 通电发发光 Y1YnX1Xn120121PC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/APLC122ADC 与 DAC为计算机装上眼睛；为计算