电子技术基础知识

1、导体：导体：自然界中很容易导电的物质称为自然界中很容易导电的物质称为导体导体，金属一般都是导体。金属一般都是导体。绝缘体：绝缘体：有的物质几乎不导电，称为有的物质几乎不导电，称为绝缘体绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半导体半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为绝缘体之间，称为半导体半导体，如锗、硅、，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。砷化镓和一些硫化物、氧化物等。半导体半导体的导电机理不同于其它物质，所以的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。例如：它具有不同于其它物质的特点。例如：当受外界热

2、和光的作用时，它的导当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。电能力明显变化。往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使 它的导电能力明显改变。它的导电能力明显改变。1.1.掺杂性掺杂性2.2.热敏性和光敏性热敏性和光敏性本征半导体本征半导体（纯净和具有晶体结构的半导体）（纯净和具有晶体结构的半导体）本征半导体的结构特点本征半导体的结构特点GeGeSiSi现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们现代电子学中，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。的最外层电子（价电子）都是四个。在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成在硅和锗晶体中，原子按四

3、角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形成与其相临的原子之间形成共价键共价键，共用一对价，共用一对价电子。电子。硅和锗的晶硅和锗的晶体结构体结构：通过一定的工艺过程，可以将半导体制成通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体晶体。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+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键中，称为共价键中的两个电子被紧紧

4、束缚在共价键中，称为束缚电子束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自自由电子由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。本征半导体的导电能力很弱。形成共价键后，每个原子的最外层电子是形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。八个，构成稳定结构。共价键有很强的结合力，使原子规共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。则排列，形成晶体。+4+4+4+4在绝对在绝对0 0度（度（T T=0K=0K）和没有外界激发时）和没有外界激发时, ,价电价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中

5、没有可子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即以运动的带电粒子（即载流子载流子），它的导电能），它的导电能力为力为 0 0，相当于绝缘体。，相当于绝缘体。在常温下，由于热激发，使一些价电子获在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由自由电子电子，同时共价键上留下一个空位，称为，同时共价键上留下一个空位，称为空穴空穴。1.1.载流子、自由电子和空穴载流子、自由电子和空穴+4+4+4+4自由电子自由电子空穴空穴束缚电子束缚电子2.2.本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理+4+4+4+4+4+4+4+4在其

6、它力的作用下，在其它力的作用下，空穴吸引附近的电子空穴吸引附近的电子来填补，这样的结果来填补，这样的结果相当于空穴的迁移，相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流可以认为空穴是载流子。子。本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子自由电子和和空穴空穴。温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点

7、。大特点。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体中电流由两部分组成：本征半导体中电流由两部分组成： 1. 1. 自由电子移动产生的电流。自由电子移动产生的电流。 2. 2. 空穴移动产生的电流。空穴移动产生的电流。（在本征半导体中（在本征半导体中 自由电子和空穴成对出现，自由电子和空穴成对出现，同时又不断的复合）同时又不断的复合）在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会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。其原因是掺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大大增加。杂半导体的某种载流子浓

8、度大大增加。P P 型半导体：型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为（空穴半导体）。称为（空穴半导体）。N N 型半导体：型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体，自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为（电子半导体）。也称为（电子半导体）。一、一、N 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，在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷，晶体中的某些半导体原子被杂质取代，磷原晶体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，其中四个与相邻子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电的半导体原子形成共价键

9、，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发子，这个电子几乎不受束缚，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。动的带正电的离子。+4+4+4+4+5+5+4+4多余多余电子电子磷原子磷原子N N 型半导体中型半导体中的载流子是什的载流子是什么？么？1.1.由磷原子提供的电子，浓度与磷原子相同。由磷原子提供的电子，浓度与磷原子相同。2.2.本征半导体中成对产生的电子和空穴。本征半导体中成对产生的电子和空穴。掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度

10、。自由电子称为由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流多数载流子子（多子多子），空穴称为），空穴称为少数载流子少数载流子（少子少子）。）。二、二、P P 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（或铟），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，与相邻的取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键时，半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动使得硼原子成为不能

11、移动的带负电的离子。的带负电的离子。+4+4+4+4+3+3+4+4空穴空穴硼原子硼原子P P 型半导体中空穴是多子，电子是少子型半导体中空穴是多子，电子是少子。三、杂质半导体的符号三、杂质半导体的符号P P 型半导体型半导体+N N 型半导体型半导体P P 型半导体型半导体N N 型半导体型半导体+扩散运动扩散运动内电场内电场E E漂移运动漂移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。荷区逐渐加宽。内电场越强，漂移运动内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电越强，而漂移使空间电荷区变薄。荷区变薄。空间电荷区，空间电荷区，也称耗尽层。也称耗尽层。漂移运动漂移运动P P型半导体型

12、半导体N N 型半导体型半导体+扩散运动扩散运动内电场内电场E E所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。度固定不变。+空间空间电荷电荷区区N型区型区P型区型区电位电位VV0(1) 加正向电压（正偏）加正向电压（正偏）电源正极接电源正极接P区，负极接区，负极接N区区 外电场的方向与内电场方向相反。外电场的方向与内电场方向相反。 外电场削弱内电场外电场削弱内电场 耗尽层变窄耗尽层变窄 扩散运动漂移运动扩散运动漂移运动多子多子扩散形成正向电流扩散形成正

13、向电流I I F F+P型半导体+N型半导体+WER空间电荷区内电场E正向电流正向电流(2) (2) 加反向电压加反向电压电源正极接电源正极接N N区，负极接区，负极接P P区区 外电场的方向与内电场方向相同。外电场的方向与内电场方向相同。 外电场加强内电场外电场加强内电场耗尽层变宽耗尽层变宽 漂移运动扩散运动漂移运动扩散运动少子漂移形成反向电流少子漂移形成反向电流I I R R+内电场+E+EW+空 间 电 荷 区+R+IRP PN N 在一定的温度下，在一定的温度下，由本征激发产生的少子浓由本征激发产生的少子浓度是一定的，故度是一定的，故I IR R基本上与基本上与外加反压的大小无关外加反

14、压的大小无关，所所以称为以称为反向饱和电流反向饱和电流。但。但I IR R与温度有关。与温度有关。 PN PN结加正向电压时，具有较大的正结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻，向扩散电流，呈现低电阻， PNPN结导通；结导通； PNPN结加反向电压时，具有很小的反结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，呈现高电阻，向漂移电流，呈现高电阻， PNPN结截止。结截止。 由此可以得出结论：由此可以得出结论：PNPN结具有单向结具有单向导电性。导电性。PN 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。引线引线外壳线外壳线触丝线触丝线基片基片点接触型点

15、接触型PN结结面接触型面接触型PN二极管的电路符号：二极管的电路符号：阳极阳极+阴极阴极-伏安特性伏安特性UI死区电压死区电压 硅管硅管0.5V,锗管锗管0.1V。导通压降导通压降: : 硅硅管管0.60.7V,锗锗管管0.20.3V。反向击穿反向击穿电压电压UBR1. 1. 最大整流电流最大整流电流 I IOMOM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。正向平均电流。3. 3. 反向击穿电压反向击穿电压U UBRBR二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热剧增，二

16、极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压U UWRMWRM一一般是般是U UBRBR的一半。的一半。2. 2. 反向工作峰值电压反向工作峰值电压U UBWMBWM保证二极管不被击穿时的反向峰值电压。保证二极管不被击穿时的反向峰值电压。4. 4. 反向电流反向电流 I IR R指二极管加反向峰值工作电压时的反向电指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。反向电流受差，因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅温度的影

17、响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要比管的反向电流较小，锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。硅管大几十到几百倍。5. 微变电阻微变电阻 rDiDuDIDUDQ iD uDrD 是二极管特性曲线上工是二极管特性曲线上工作点作点Q 附近电压的变化与附近电压的变化与电流的变化之比：电流的变化之比：DDDiur显然，显然，rD是对是对Q附近的微小附近的微小变化区域内的电阻。变化区域内的电阻。6. 二极管的极间电容二极管的极间电容（结电容）（结电容）二极管的两极之间有电容，此电容由两部分组成：二极管的两极之间有电容，此电容由两部分组成：势垒电容势垒电容CB和和扩散电容扩散电容

18、CD。势垒电容：势垒电容：势垒区是积累空间电荷的区域，当电压变化时，势垒区是积累空间电荷的区域，当电压变化时，就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化，这样所表现出就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化，这样所表现出的电容是的电容是势垒电容势垒电容。当外加电压发生变化时，耗尽层的宽度要相当外加电压发生变化时，耗尽层的宽度要相应地随之改变，即应地随之改变，即PNPN结中存储的电荷量要随结中存储的电荷量要随之变化，就像电容充放电一样。之变化，就像电容充放电一样。 当外加正向电压不当外加正向电压不同时，同时，PNPN结两侧堆积结两侧堆积的少子的数量及浓度的少子的数量及浓度梯度也不同，这就相梯度也不同，这就

19、相当电容的充放电过程当电容的充放电过程。+NPpLx浓浓度度分分布布耗耗尽尽层层NP区区区区中中空空穴穴区区中中电电子子区区浓浓度度分分布布nL电容效应在交流信号作用下才会明显表现出来电容效应在交流信号作用下才会明显表现出来扩散电容：扩散电容：为了形成正向为了形成正向电流（扩散电流），注入电流（扩散电流），注入P P 区的少子（电子）在区的少子（电子）在P P 区区有浓度差，越靠近有浓度差，越靠近PNPN结浓结浓度越大，即在度越大，即在P P 区有电子区有电子的积累。同理，在的积累。同理，在N N区有空区有空穴的积累。正向电流大，穴的积累。正向电流大，积累的电荷多。积累的电荷多。这样所产这样所

20、产生的电容就是扩散电容生的电容就是扩散电容. .CB在正向和反向偏置时均不能忽略。而反向偏置在正向和反向偏置时均不能忽略。而反向偏置时，由于载流子数目很少，扩散电容可忽略。时，由于载流子数目很少，扩散电容可忽略。PN结高频小信号时的等效电路：结高频小信号时的等效电路：势垒电容和扩散电势垒电容和扩散电容的综合效应容的综合效应rd二极管：二极管：死区电压死区电压=0 .5V=0 .5V，正向压降，正向压降 0.7V(0.7V(硅二极管硅二极管) ) 理想二极管：理想二极管：死区电压死区电压=0 =0 ，正向压降，正向压降=0 =0 RLuiuouiuott二极管的应用举例二极管的应用举例1 1：二

21、极管半波整流二极管半波整流二极管的应用是主要利用它的单向导电性，主二极管的应用是主要利用它的单向导电性，主要应用于整流、限幅、保护等等。要应用于整流、限幅、保护等等。二极管的应用举例二极管的应用举例2 2：tttuiuRuoRRLuiuRuoUIIZIZmax UZ IZ稳压稳压误差误差曲线越陡，曲线越陡，电压越稳电压越稳定。定。+-UZ动态电阻：动态电阻：ZZIUZrr rz z越小，稳越小，稳压性能越压性能越好。好。（4 4）稳定电流）稳定电流I IZ Z、最大、最小稳定电流最大、最小稳定电流I Izmaxzmax、I Izminzmin。（5 5）最大允许功耗）最大允许功耗maxZZZM

22、IUP稳压二极管的参数稳压二极管的参数: :（1 1）稳定电压）稳定电压 U UZ Z（2 2）电压温度系数）电压温度系数 U U（%/%/） 稳压值受温度变化影响的的系数。稳压值受温度变化影响的的系数。（3 3）动态电阻）动态电阻ZZIUZr在电路中稳压管只有与适当的在电路中稳压管只有与适当的电阻连接才能起到稳压作用。电阻连接才能起到稳压作用。UIIZIZmax UZ IZUZ反向电流随光照强度的增加而上升。反向电流随光照强度的增加而上升。IU照度增加照度增加有正向电流流过有正向电流流过时，发出一定波长时，发出一定波长范围的光，目前的范围的光，目前的发光管可以发出从发光管可以发出从红外到可见

23、波段的红外到可见波段的光，它的电特性与光，它的电特性与一般二极管类似。一般二极管类似。常见三极管的外形结构常见三极管的外形结构小功率管塑封管硅铜塑封三极管实物照片实物照片BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极NPN型型PNP集电极集电极基极基极发射极发射极BCEPNP型型BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极基区：较薄，基区：较薄，掺杂浓度低掺杂浓度低集电区：集电区：面积较大面积较大发射区：掺发射区：掺杂浓度较高杂浓度较高BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极发射结发射结集电结集电结BECIBIEICNPN型三极管型三极管BECIBIEICPNP型三极管型三极管符号符号ICm

24、A AVVUCEUBERBIBECEB 一一. 一个实验一个实验结论结论: :1. IE=IC+IB常数BCBCBCBCIIII1IIII.23. IB=0, IC=ICEO4.4.要使晶体管放大要使晶体管放大, ,发射结必须正偏发射结必须正偏, ,集电结必须集电结必须反偏。反偏。二二. 电流放大原理电流放大原理BECNNPEBRBECIE基区空穴基区空穴向发射区向发射区的扩散可的扩散可忽略。忽略。IBE进入进入P区的电子区的电子少部分与基区的少部分与基区的空穴复合，形成空穴复合，形成电流电流IBE ，多数，多数扩散到集电结。扩散到集电结。发射结正发射结正偏，发射偏，发射区电子不区电子不断向基

25、区断向基区扩散，形扩散，形成发射极成发射极电流电流IE。BECNNPEBRBECIE集电结反偏，有集电结反偏，有少子形成的反向少子形成的反向电流电流ICBO。ICBOIC=ICE+ICBO ICEIBEICE从基区扩从基区扩散来的电散来的电子作为集子作为集电结的少电结的少子，漂移子，漂移进入集电进入集电结而被收结而被收集，形成集，形成ICE。IB=IBE-ICBO IBEIBBECNNPEBRBECIEICBOICEIC=ICE+ICBO ICEIBEICE与与IBE之比称为电流放大倍数之比称为电流放大倍数BCCBOBCBOCBECEIIIIIIII一一.输入特性输入特性UCE 1VIB( A

26、)UBE(V)204060800.40.8工作压降：工作压降： 硅管硅管UBE 0.60.7V,锗管锗管UBE 0.20.3V。UCE=0VUCE =0.5V 死区电死区电压，硅管压，硅管0.5V，锗，锗管管0.1V。二、二、输出特性输出特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域满此区域满足足IC= IB称为线性称为线性区（放大区（放大区）。区）。当当UCE大于一大于一定的数值时，定的数值时，IC只与只与IB有关，有关，IC= IB。IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域

27、中此区域中UCE UBE,集电结正偏，集电结正偏， IBIC，UCE 0.3V称为饱和区。称为饱和区。IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中 : IB=0,IC=ICEO,UBE I IC C，U UCECE 0.3V0.3V (3) (3) 截止区：截止区： U UBEBE 0 、UGK0时时T1导通导通ib1 = i giC1 = ig = ib2ic2 =ib2 = ig = ib1T2导通导通形成正反馈形成正反馈晶闸管迅速导通；晶闸管迅速导通；T1进一步导通进一步导通晶闸管开始工作时晶闸管开始工作时 ，UAK加反向

28、电压，加反向电压，或不加触发信号（即或不加触发信号（即UGK = 0 ）；）；晶闸管导通后，晶闸管导通后， UGK，去掉去掉依靠正反馈，依靠正反馈，晶闸管仍维持导通状态；晶闸管仍维持导通状态；晶闸管截止的条件：晶闸管截止的条件：（1）（2）晶闸管正向导通后，令其截止，必须晶闸管正向导通后，令其截止，必须减小减小UAK，或加大回路电阻，使晶闸管，或加大回路电阻，使晶闸管中电流的正反馈效应不能维持。中电流的正反馈效应不能维持。1.1.晶闸管具有单向导电性晶闸管具有单向导电性（正向导通条件：（正向导通条件：A A、K K间加正向电压，间加正向电压，G G、K K间加触发信号）；间加触发信号）；2.2

29、.晶闸管一旦导通，控制极失去作用晶闸管一旦导通，控制极失去作用若使其关断，必须降低若使其关断，必须降低U UAKAK或加大回路电或加大回路电阻，把阳极电流减小到维持电流以下。阻，把阳极电流减小到维持电流以下。 门电路是用以实现逻辑关系的电子电门电路是用以实现逻辑关系的电子电路，与我们所讲过的基本逻辑关系相对应，路，与我们所讲过的基本逻辑关系相对应，门电路主要有：门电路主要有：与门与门、或门或门、与非门与非门、或或非门非门、异或门异或门等。等。在数字电路中，一般用高电平代表在数字电路中，一般用高电平代表1、低点平代表低点平代表0，即所谓的，即所谓的正逻辑系统正逻辑系统。 分立元件门电路分立元件门

30、电路 门电路的基本概念门电路的基本概念A、B、C条件都具备时，事件条件都具备时，事件F才发生。才发生。EFABC&ABCF逻辑符号逻辑符号F=ABC逻辑式逻辑式逻辑乘法逻辑乘法逻辑与逻辑与AFBC00001000010011000010101001101111真值表真值表二极管与门二极管与门FD1D2AB+12VuA uB uF 0V 0V 0.3V 0V 3V 0.3V 3V 0V 0.3V 3V 3V 3.3V 设二极管的饱和压降设二极管的饱和压降为为0.3伏。伏。0101BFA0011输输 入入0001输出输出 真值表真值表A、B、C只有一个条件具备时，事件只有一个条件具备时，事件F就就发生。发生。 1ABCF逻辑符号逻辑符号AEFBCF=A+B+C逻辑式逻辑式逻辑加法逻辑加法逻辑或逻辑或AFBC00001001010111010011101101111111真值表真值表二极管或门二极管或门uA uB uF 0V 0V -0.3V 0V 3V 2.7V 3V 0V 2.7V 3V 3V 2.7V FD1D2AB-12V0101BFA0011输输 入入0111输出输出 真值表真值表A条件具备