模拟电子和数字电子讲课简要课件

1.1半导体的基础知识1.1.1本征半导体

纯净的具有晶体结构的半导体导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。一、导体、半导体和绝缘体PNJunction1.1半导体的基础知识1.1.1本征半导体导体：自1半导体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：当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。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。光敏器件二极管半导体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2+4+4+4+4+4+4+4+4+4

完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导体称为本征半导体

将硅或锗材料提纯便形成单晶体，它的原子结构为共价键结构。价电子共价键图1.1.1本征半导体结构示意图二、本征半导体的晶体结构当温度T=0

K时，半导体不导电，如同绝缘体。+4+4+4+4+4+4+4+4+4完全纯净的、3+4+4+4+4+4+4+4+4+4图1.1.2本征半导体中的自由电子和空穴自由电子空穴若T

，将有少数价电子克服共价键的束缚成为自由电子，在原来的共价键中留下一个空位——空穴。T

自由电子和空穴使本征半导体具有导电能力，但很微弱。空穴可看成带正电的载流子。三、本征半导体中的两种载流子（动画1-1）（动画1-2）+4+4+4+4+4+4+4+4+4图1.1.2本征半导4四、本征半导体中载流子的浓度在一定温度下本征半导体中载流子的浓度是一定的，并且自由电子与空穴的浓度相等。本征激发复合动态平衡四、本征半导体中载流子的浓度在一定温度下本征半导体中载流子的51.半导体中两种载流子带负电的自由电子带正电的空穴

2.本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现，称为电子-空穴对。

3.本征半导体中自由电子和空穴的浓度用ni和pi

表示，显然ni

=pi

。

4.由于物质的运动，自由电子和空穴不断的产生又不断的复合。在一定的温度下，产生与复合运动会达到平衡，载流子的浓度就一定了。

5.载流子的浓度与温度密切相关，它随着温度的升高，基本按指数规律增加。小结1.半导体中两种载流子带负电的自由电子带正电的空穴261.1.2杂质半导体杂质半导体有两种N型半导体P型半导体一、N型半导体(Negative)在硅或锗的晶体中掺入少量的5价杂质元素，如磷、锑、砷等，即构成N型半导体(或称电子型半导体)。常用的5价杂质元素有磷、锑、砷等。1.1.2杂质半导体杂质半导体有两种N型半导体P型半导7本征半导体掺入5价元素后，原来晶体中的某些硅原子将被杂质原子代替。杂质原子最外层有5个价电子，其中4个与硅构成共价键，多余一个电子只受自身原子核吸引，在室温下即可成为自由电子。自由电子浓度远大于空穴的浓度，即n>>p。

电子称为多数载流子(简称多子)，

空穴称为少数载流子(简称少子)。5价杂质原子称为施主原子。本征半导体掺入5价元素后，原来晶体中的某8+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5自由电子施主原子图1.1.3

N型半导体+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5自由电子施主原子9二、P型半导体+4+4+4+4+4+4+4+4+4在硅或锗的晶体中掺入少量的3价杂质元素，如硼、镓、铟等，即构成P型半导体。+3空穴浓度多于电子浓度，即p>>n。空穴为多数载流子，电子为少数载流子。

3价杂质原子称为受主原子。受主原子空穴图1.1.4

P型半导体二、P型半导体+4+4+4+4+4+4+4+4+4在10说明：

1.掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度；温度决定少数载流子的浓度。3.杂质半导体总体上保持电中性。

4.杂质半导体的表示方法如下图所示。

2.杂质半导体载流子的数目要远远高于本征半导体，因而其导电能力大大改善。(a)N型半导体(b)P型半导体图杂质半导体的的简化表示法说明：1.掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度；温度决定少11在一块半导体单晶上一侧掺杂成为P型半导体，另一侧掺杂成为N型半导体，两个区域的交界处就形成了一个特殊的薄层，称为PN结。PNPN结图PN结的形成一、PN结的形成1.1.3

PN结在一块半导体单晶上一侧掺杂成为P型半导体12

PN结中载流子的运动耗尽层空间电荷区PN1.扩散运动

2.扩散运动形成空间电荷区电子和空穴浓度差形成多数载流子的扩散运动。——PN结，耗尽层。PN（动画1-3）PN结中载流子的运动耗尽层空间电荷区PN1.扩散运动133.空间电荷区产生内电场PN空间电荷区内电场Uho空间电荷区正负离子之间电位差Uho

——电位壁垒；——

内电场；内电场阻止多子的扩散——

阻挡层。

4.漂移运动内电场有利于少子运动—漂移。少子的运动与多子运动方向相反阻挡层3.空间电荷区产生内电场PN空间电荷区内电场Uho空间145.扩散与漂移的动态平衡扩散运动使空间电荷区增大，扩散电流逐渐减小；随着内电场的增强，漂移运动逐渐增加；当扩散电流与漂移电流相等时，PN结总的电流等于零，空间电荷区的宽度达到稳定。对称结即扩散运动与漂移运动达到动态平衡。PN不对称结5.扩散与漂移的动态平衡扩散运动使空间电荷区增大，扩散电流15二、PN结的单向导电性1.PN结外加正向电压时处于导通状态又称正向偏置，简称正偏。外电场方向内电场方向耗尽层VRI空间电荷区变窄，有利于扩散运动，电路中有较大的正向电流。图1.1.6PN什么是PN结的单向导电性？有什么作用？二、PN结的单向导电性1.PN结外加正向电压时处于导16在PN结加上一个很小的正向电压，即可得到较大的正向电流，为防止电流过大，可接入电阻R。2.PN结外加反向电压时处于截止状态(反偏)反向接法时，外电场与内电场的方向一致，增强了内电场的作用；外电场使空间电荷区变宽；不利于扩散运动，有利于漂移运动，漂移电流大于扩散电流，电路中产生反向电流I

；由于少数载流子浓度很低，反向电流数值非常小。在PN结加上一个很小的正向电压，即可得到较大的正向电17耗尽层图1.1.7

PN结加反相电压时截止反向电流又称反向饱和电流。对温度十分敏感，

随着温度升高，IS将急剧增大。PN外电场方向内电场方向VRIS耗尽层图1.1.7PN结加反相电压时截止反向电18

当PN结正向偏置时，回路中将产生一个较大的正向电流，PN结处于导通状态；当PN结反向偏置时，回路中反向电流非常小，几乎等于零，PN结处于截止状态。

（动画1-4）

（动画1-5）综上所述：可见，PN结具有单向导电性。（动画1-4）（动画1-5）综上所述：可见，P19四、PN结的伏安特性

i=f

(u

)之间的关系曲线。604020–0.002–0.00400.51.0–25–50i/mAu/V正向特性死区电压击穿电压U(BR)反向特性图1.1.10

PN结的伏安特性反向击穿齐纳击穿雪崩击穿四、PN结的伏安特性i=f(u)之间的关系曲线。20五、PN结的电容效应当PN上的电压发生变化时，PN结中储存的电荷量将随之发生变化，使PN结具有电容效应。电容效应包括两部分势垒电容扩散电容1.势垒电容Cb是由PN结的空间电荷区变化形成的。(a)PN结加正向电压（b)PN结加反向电压-N空间电荷区PVRI+UN空间电荷区PRI+-UV五、PN结的电容效应当PN上的电压发生变化时，PN结中21空间电荷区的正负离子数目发生变化，如同电容的放电和充电过程。由于PN结宽度l随外加电压u而变化，因此势垒电容Cb不是一个常数。其Cb=f(U)

曲线如图示。OuCb图1.1.11（b)空间电荷区的正负离子数目发生变化，如同电容的放电和充电过222.扩散电容CdQ是由多数载流子在扩散过程中积累而引起的。在某个正向电压下，P区中的电子浓度np(或N区的空穴浓度pn)分布曲线如图中曲线1所示。x=0处为P与耗尽层的交界处当电压加大，np(或pn)会升高，如曲线2所示(反之浓度会降低)。OxnPQ12Q当加反向电压时，扩散运动被削弱，扩散电容的作用可忽略。Q正向电压变化时，变化载流子积累电荷量发生变化，相当于电容器充电和放电的过程——扩散电容效应。图1.1.12PNPN结2.扩散电容CdQ是由多数载流子在扩散过程中积累而引23综上所述：PN结总的结电容Cj

包括势垒电容Cb和扩散电容Cd

两部分。Cb和Cd

值都很小，通常为几个皮法~几十皮法，有些结面积大的二极管可达几百皮法。当反向偏置时，势垒电容起主要作用，可以认为Cj

Cb。一般来说，当二极管正向偏置时，扩散电容起主要作用，即可以认为Cj

Cd；在信号频率较高时，须考虑结电容的作用。综上所述：PN结总的结电容Cj包括势垒电容Cb和扩24

1.1数字电路的基本概念5V(V)0t(ms)1020304050数字信号在电路中常表现为突变的电压或电流。

一、模拟信号与数字信号模拟信号——时间连续数值也连续的信号。如速度、压力、温度等。数字信号——在时间上和数值上均是离散的。如电子表的秒信号，生产线上记录零件个数的记数信号等。1.1数字电路的基本概念5V(V)0t25

有两种逻辑体制：

正逻辑体制规定：高电平为逻辑1，低电平为逻辑0。

负逻辑体制规定：低电平为逻辑1，高电平为逻辑0。

下图为采用正逻辑体制所表的示逻辑信号：二、正逻辑与负逻辑

数字信号是一种二值信号，用两个电平（高电平和低电平）分别来表示两个逻辑值（逻辑1和逻辑0）。

逻辑0

逻辑0

逻辑0

逻辑1

逻辑1

有两种逻辑体制：二、正逻辑与负逻辑26

三、数字信号的主要参数

一个理想的周期性数字信号，可用以下几个参数来描绘：

Vm——信号幅度。

T——信号的重复周期。

tW——脉冲宽度。

q——占空比。其定义为：

5V(V)0t(ms)twTVm三、数字信号的主要参数

一个理想的周期27

图中所示为三个周期相同（T=20ms），但幅度、脉冲宽度及占空比各不相同的数字信号。图中所示为三个周期相同（T=20ms），但幅28

1.2数制例1.2.1

将二进制数10011.101转换成十进制数。解：将每一位二进制数乘以位权，然后相加，可得

(10011.101)B＝1×24＋0×23＋0×22＋1×21＋1×20＋1×2－1＋0×2－2＋1×2－3

＝（19.625)D一、几种常用的计数体制

1.十进制(Decimal)

2.二进制(Binary)

3.十六进制(Hexadecimal)与八进制（Octal）二、不同数制之间的相互转换

1．二进制转换成十进制1.2数制例1.2.1将二进制29例1.2.2

将十进制数23转换成二进制数。

解：用“除2取余”法转换:

2.十进制转换成二进制则（23)D=（10111)B例1.2.2将十进制数23转换成二进制数。

解：用“除230

1.3二—十进制码（BCD码）

BCD码——用二进制代码来表示十进制的0～9十个数。

要用二进制代码来表示十进制的0～9十个数，至少要用4位二进制数。

4位二进制数有16种组合，可从这16种组合中选择10种组合分别来表示十进制的0～9十个数。

选哪10种组合，有多种方案，这就形成了不同的BCD码。

1.3二—十进制码（BCD码）BCD31位权0123456789十进制数842100000001001000110100010101100111100010018421码242100000001001000110100101111001101111011112421码0011010001010110011110001001101010111100000000010010001101001000100110101011110054215421码无权余3码

常用BCD码位权0十进制数842100008421码2432

1.4数字电路中的二极管与三极管(1)加正向电压VF时，二极管导通，管压降VD可忽略。二极管相当于一个闭合的开关。一、二极管的开关特性1．二极管的静态特性1.4数字电路中的二极管与三极管(1)加正向电压V33

可见，二极管在电路中表现为一个受外加电压vi控制的开关。当外加电压vi为一脉冲信号时，二极管将随着脉冲电压的变化在“开”态与“关”态之间转换。这个转换过程就是二极管开关的动态特性。(2)加反向电压VR时，二极管截止，反向电流IS可忽略。二极管相当于一个断开的开关。

342二极管开关的动态特性

给二极管电路加入一个方波信号，电流的波形怎样呢？ts为存储时间，tt称为渡越时间。tre＝ts十tt称为反向恢复时间2二极管开关的动态特性给二极管电路加入35反向恢复时间：tre＝ts十tt产生反向恢复过程的原因：反向恢复时间tre就是存储电荷消散所需要的时间。

同理，二极管从截止转为正向导通也需要时间，这段时间称为开通时间。开通时间比反向恢复时间要小得多，一般可以忽略不计。反向恢复时间：tre＝ts十tt产生反向恢复过程的原因：36

二、三极管的开关特性1．三极管的三种工作状态

（1）截止状态：当VI小于三极管发射结死区电压时，IB＝ICBO≈0，

IC＝ICEO≈0，VCE≈VCC，三极管工作在截止区，对应图中的A点。

三极管工作在截止状态的条件为：发射结反偏或小于死区电压二、三极管的开关特性1．三极管的三种37工作状态截止放大饱和条件工作特点偏值情况集电极电流管压降近似的等效电路C、E间等效电阻

三种工作状态比较发射结电压＜死区电压发射结正偏集电结反偏发射结正偏集电结正偏很大相当开关断开可变很小相当开关闭合工作状态截止放大饱和条件偏值情况集电极电流管38

2．三极管的动态特性（1）延迟时间td——从vi正跳变的瞬间开始，到iC上升到

0.1ICS所需的时间

（2）上升时间tr——iC从0.1ICS上升到0.9ICS所需的时间。（3）存储时间ts——从vi下跳变的瞬间开始，到iC下降到0.9ICS所需的时间。（4）下降时间tf——C从0.9ICS下降到0.1ICS所需的时间。

开通时间ton=td+tr关断时间toff=ts+tf2．三极管的动态特性（1）延迟时间td——从vi正跳变的瞬39一、基本逻辑运算设：开关闭合=“1”

开关不闭合=“0”

灯亮，L=1

灯不亮，L=0

1.5基本逻辑运算

与逻辑——只有当决定一件事情的条件全部具备之后，这件事情才会发生。1．与运算与逻辑表达式：AB灯L不闭合不闭合闭合闭合不闭合闭合不闭合闭合不亮不亮不亮亮0101BLA0011输入0001输出

与逻辑真值表一、基本逻辑运算设：开关闭合=“1”1.5402．或运算或逻辑表达式：

L＝A+B

或逻辑——当决定一件事情的几个条件中，只要有一个或一个以上条件具备，这件事情就发生。AB灯L不闭合不闭合闭合闭合不闭合闭合不闭合闭合不亮亮亮亮0101BLA0011输入0111输出

或逻辑真值表2．或运算或逻辑表达式：或逻辑——当决定一件事情的413．非运算非逻辑表达式：

非逻辑——某事情发生与否，仅取决于一个条件，而且是对该条件的否定。即条件具备时事情不发生；条件不具备时事情才发生。A灯L闭合不闭合不亮亮LA0110非逻辑真值表3．非运算非逻辑表达式：非逻辑——某事情发生与否42

二、其他常用逻辑运算

2．或非

——由或运算和非运算组合而成。

1．与非

——由与运算和非运算组合而成。0101BLA0011输入1110输出

“与非”真值表0101BLA0011输入1000输出

“或非”真值表二、其他常用逻辑运算2．或非——由或运算433．异或异或是一种二变量逻辑运算，当两个变量取值相同时，逻辑函数值为0；当两个变量取值不同时，逻辑函数值为1。0101BLA0011输入0110输出

“异或”真值表异或的逻辑表达式为：3．异或异或是一种二变量逻辑运算，当两个变量取值相同44

1.6逻辑函数及其表示方法解：第一步：设置自变量和因变量。第二步：状态赋值。

对于自变量A、B、C设：同意为逻辑“1”，不同意为逻辑“0”。

对于因变量L设：事情通过为逻辑“1”，没通过为逻辑“0”。一、逻辑函数的建立例1.6.1

三个人表决一件事情，结果按“少数服从多数”的原则决定，试建立该逻辑函数。第三步：根据题义及上述规定列出函数的真值表。000001010011100101110111ABC00010111

L三人表决电路真值表1.6逻辑函数及其表示方法解：第一步：设置自45

一般地说，若输入逻辑变量A、B、C…的取值确定以后，输出逻辑变量L的值也唯一地确定了，就称L是A、B、C的逻辑函数，写作：

L=f（A，B，C…）逻辑函数与普通代数中的函数相比较，有两个突出的特点：（1）逻辑变量和逻辑函数只能取两个值0和1。（2）函数和变量之间的关系是由“与”、“或”、“非”三种基本运算决定的。一般地说，若输入逻辑变量A、B、C…的取值确46

本章小结1．数字信号在时间上和数值上均是离散的。2．数字电路中用高电平和低电平分别来表示逻辑1和逻辑0，它和二进制数中的0和1正好对应。因此，数字系统中常用二进制数来表示数据。3．常用BCD码有8421码、242l码、542l码、余3码等，其中842l码使用最广泛。4．在数字电路中，半导体二极管、三极管一般都工作在开关状态，即工作于导通（饱和）和截止两个对立的状态，来表示逻辑1和逻辑0。影响它们开关特性的主要因素是管子内部电荷存储和消散的时间。5．逻辑运算中的三种基本运算是与、或、非运算。本章小结1．数字信号在时间上和数值上均是离散的。47

1.1半导体的基础知识1.1.1本征半导体

纯净的具有晶体结构的半导体导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。一、导体、半导体和绝缘体PNJunction1.1半导体的基础知识1.1.1本征半导体导体：自48半导体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：当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。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。光敏器件二极管半导体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49+4+4+4+4+4+4+4+4+4

完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导体称为本征半导体

将硅或锗材料提纯便形成单晶体，它的原子结构为共价键结构。价电子共价键图1.1.1本征半导体结构示意图二、本征半导体的晶体结构当温度T=0

K时，半导体不导电，如同绝缘体。+4+4+4+4+4+4+4+4+4完全纯净的、50+4+4+4+4+4+4+4+4+4图1.1.2本征半导体中的自由电子和空穴自由电子空穴若T

，将有少数价电子克服共价键的束缚成为自由电子，在原来的共价键中留下一个空位——空穴。T

自由电子和空穴使本征半导体具有导电能力，但很微弱。空穴可看成带正电的载流子。三、本征半导体中的两种载流子（动画1-1）（动画1-2）+4+4+4+4+4+4+4+4+4图1.1.2本征半导51四、本征半导体中载流子的浓度在一定温度下本征半导体中载流子的浓度是一定的，并且自由电子与空穴的浓度相等。本征激发复合动态平衡四、本征半导体中载流子的浓度在一定温度下本征半导体中载流子的521.半导体中两种载流子带负电的自由电子带正电的空穴

2.本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现，称为电子-空穴对。

3.本征半导体中自由电子和空穴的浓度用ni和pi

表示，显然ni

=pi

。

4.由于物质的运动，自由电子和空穴不断的产生又不断的复合。在一定的温度下，产生与复合运动会达到平衡，载流子的浓度就一定了。

5.载流子的浓度与温度密切相关，它随着温度的升高，基本按指数规律增加。小结1.半导体中两种载流子带负电的自由电子带正电的空穴2531.1.2杂质半导体杂质半导体有两种N型半导体P型半导体一、N型半导体(Negative)在硅或锗的晶体中掺入少量的5价杂质元素，如磷、锑、砷等，即构成N型半导体(或称电子型半导体)。常用的5价杂质元素有磷、锑、砷等。1.1.2杂质半导体杂质半导体有两种N型半导体P型半导54本征半导体掺入5价元素后，原来晶体中的某些硅原子将被杂质原子代替。杂质原子最外层有5个价电子，其中4个与硅构成共价键，多余一个电子只受自身原子核吸引，在室温下即可成为自由电子。自由电子浓度远大于空穴的浓度，即n>>p。

电子称为多数载流子(简称多子)，

空穴称为少数载流子(简称少子)。5价杂质原子称为施主原子。本征半导体掺入5价元素后，原来晶体中的某55+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5自由电子施主原子图1.1.3

N型半导体+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5自由电子施主原子56二、P型半导体+4+4+4+4+4+4+4+4+4在硅或锗的晶体中掺入少量的3价杂质元素，如硼、镓、铟等，即构成P型半导体。+3空穴浓度多于电子浓度，即p>>n。空穴为多数载流子，电子为少数载流子。

3价杂质原子称为受主原子。受主原子空穴图1.1.4

P型半导体二、P型半导体+4+4+4+4+4+4+4+4+4在57说明：

1.掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度；温度决定少数载流子的浓度。3.杂质半导体总体上保持电中性。

4.杂质半导体的表示方法如下图所示。

2.杂质半导体载流子的数目要远远高于本征半导体，因而其导电能力大大改善。(a)N型半导体(b)P型半导体图杂质半导体的的简化表示法说明：1.掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度；温度决定少58在一块半导体单晶上一侧掺杂成为P型半导体，另一侧掺杂成为N型半导体，两个区域的交界处就形成了一个特殊的薄层，称为PN结。PNPN结图PN结的形成一、PN结的形成1.1.3

PN结在一块半导体单晶上一侧掺杂成为P型半导体59

PN结中载流子的运动耗尽层空间电荷区PN1.扩散运动

2.扩散运动形成空间电荷区电子和空穴浓度差形成多数载流子的扩散运动。——PN结，耗尽层。PN（动画1-3）PN结中载流子的运动耗尽层空间电荷区PN1.扩散运动603.空间电荷区产生内电场PN空间电荷区内电场Uho空间电荷区正负离子之间电位差Uho

——电位壁垒；——

内电场；内电场阻止多子的扩散——

阻挡层。

4.漂移运动内电场有利于少子运动—漂移。少子的运动与多子运动方向相反阻挡层3.空间电荷区产生内电场PN空间电荷区内电场Uho空间615.扩散与漂移的动态平衡扩散运动使空间电荷区增大，扩散电流逐渐减小；随着内电场的增强，漂移运动逐渐增加；当扩散电流与漂移电流相等时，PN结总的电流等于零，空间电荷区的宽度达到稳定。对称结即扩散运动与漂移运动达到动态平衡。PN不对称结5.扩散与漂移的动态平衡扩散运动使空间电荷区增大，扩散电流62二、PN结的单向导电性1.PN结外加正向电压时处于导通状态又称正向偏置，简称正偏。外电场方向内电场方向耗尽层VRI空间电荷区变窄，有利于扩散运动，电路中有较大的正向电流。图1.1.6PN什么是PN结的单向导电性？有什么作用？二、PN结的单向导电性1.PN结外加正向电压时处于导63在PN结加上一个很小的正向电压，即可得到较大的正向电流，为防止电流过大，可接入电阻R。2.PN结外加反向电压时处于截止状态(反偏)反向接法时，外电场与内电场的方向一致，增强了内电场的作用；外电场使空间电荷区变宽；不利于扩散运动，有利于漂移运动，漂移电流大于扩散电流，电路中产生反向电流I

；由于少数载流子浓度很低，反向电流数值非常小。在PN结加上一个很小的正向电压，即可得到较大的正向电64耗尽层图1.1.7

PN结加反相电压时截止反向电流又称反向饱和电流。对温度十分敏感，

随着温度升高，IS将急剧增大。PN外电场方向内电场方向VRIS耗尽层图1.1.7PN结加反相电压时截止反向电65

当PN结正向偏置时，回路中将产生一个较大的正向电流，PN结处于导通状态；当PN结反向偏置时，回路中反向电流非常小，几乎等于零，PN结处于截止状态。

（动画1-4）

（动画1-5）综上所述：可见，PN结具有单向导电性。（动画1-4）（动画1-5）综上所述：可见，P66四、PN结的伏安特性

i=f

(u

)之间的关系曲线。604020–0.002–0.00400.51.0–25–50i/mAu/V正向特性死区电压击穿电压U(BR)反向特性图1.1.10

PN结的伏安特性反向击穿齐纳击穿雪崩击穿四、PN结的伏安特性i=f(u)之间的关系曲线。67五、PN结的电容效应当PN上的电压发生变化时，PN结中储存的电荷量将随之发生变化，使PN结具有电容效应。电容效应包括两部分势垒电容扩散电容1.势垒电容Cb是由PN结的空间电荷区变化形成的。(a)PN结加正向电压（b)PN结加反向电压-N空间电荷区PVRI+UN空间电荷区PRI+-UV五、PN结的电容效应当PN上的电压发生变化时，PN结中68空间电荷区的正负离子数目发生变化，如同电容的放电和充电过程。由于PN结宽度l随外加电压u而变化，因此势垒电容Cb不是一个常数。其Cb=f(U)

曲线如图示。OuCb图1.1.11（b)空间电荷区的正负离子数目发生变化，如同电容的放电和充电过692.扩散电容CdQ是由多数载流子在扩散过程中积累而引起的。在某个正向电压下，P区中的电子浓度np(或N区的空穴浓度pn)分布曲线如图中曲线1所示。x=0处为P与耗尽层的交界处当电压加大，np(或pn)会升高，如曲线2所示(反之浓度会降低)。OxnPQ12Q当加反向电压时，扩散运动被削弱，扩散电容的作用可忽略。Q正向电压变化时，变化载流子积累电荷量发生变化，相当于电容器充电和放电的过程——扩散电容效应。图1.1.12PNPN结2.扩散电容CdQ是由多数载流子在扩散过程中积累而引70综上所述：PN结总的结电容Cj

包括势垒电容Cb和扩散电容Cd

两部分。Cb和Cd

值都很小，通常为几个皮法~几十皮法，有些结面积大的二极管可达几百皮法。当反向偏置时，势垒电容起主要作用，可以认为Cj

Cb。一般来说，当二极管正向偏置时，扩散电容起主要作用，即可以认为Cj

Cd；在信号频率较高时，须考虑结电容的作用。综上所述：PN结总的结电容Cj包括势垒电容Cb和扩71

1.1数字电路的基本概念5V(V)0t(ms)1020304050数字信号在电路中常表现为突变的电压或电流。

一、模拟信号与数字信号模拟信号——时间连续数值也连续的信号。如速度、压力、温度等。数字信号——在时间上和数值上均是离散的。如电子表的秒信号，生产线上记录零件个数的记数信号等。1.1数字电路的基本概念5V(V)0t72

有两种逻辑体制：

正逻辑体制规定：高电平为逻辑1，低电平为逻辑0。

负逻辑体制规定：低电平为逻辑1，高电平为逻辑0。

下图为采用正逻辑体制所表的示逻辑信号：二、正逻辑与负逻辑

数字信号是一种二值信号，用两个电平（高电平和低电平）分别来表示两个逻辑值（逻辑1和逻辑0）。

逻辑0

逻辑0

逻辑0

逻辑1

逻辑1

有两种逻辑体制：二、正逻辑与负逻辑73

三、数字信号的主要参数

一个理想的周期性数字信号，可用以下几个参数来描绘：

Vm——信号幅度。

T——信号的重复周期。

tW——脉冲宽度。

q——占空比。其定义为：

5V(V)0t(ms)twTVm三、数字信号的主要参数

一个理想的周期74

图中所示为三个周期相同（T=20ms），但幅度、脉冲宽度及占空比各不相同的数字信号。图中所示为三个周期相同（T=20ms），但幅75

1.2数制例1.2.1

将二进制数10011.101转换成十进制数。解：将每一位二进制数乘以位权，然后相加，可得

(10011.101)B＝1×24＋0×23＋0×22＋1×21＋1×20＋1×2－1＋0×2－2＋1×2－3

＝（19.625)D一、几种常用的计数体制

1.十进制(Decimal)

2.二进制(Binary)

3.十六进制(Hexadecimal)与八进制（Octal）二、不同数制之间的相互转换

1．二进制转换成十进制1.2数制例1.2.1将二进制76例1.2.2

将十进制数23转换成二进制数。

解：用“除2取余”法转换:

2.十进制转换成二进制则（23)D=（10111)B例1.2.2将十进制数23转换成二进制数。

解：用“除277

1.3二—十进制码（BCD码）

BCD码——用二进制代码来表示十进制的0～9十个数。

要用二进制代码来表示十进制的0～9十个数，至少要用4位二进制数。

4位二进制数有16种组合，可从这16种组合中选择10种组合分别来表示十进制的0～9十个数。

选哪10种组合，有多种方案，这就形成了不同的BCD码。

1.3二—十进制码（BCD码）BCD78位权0123456789十进制数842100000001001000110100010101100111100010018421码242100000001001000110100101111001101111011112421码0011010001010110011110001001101010111100000000010010001101001000100110101011110054215421码无权余3码

常用BCD码位权0十进制数842100008421码2479

1.4数字电路中的二极管与三极管(1)加正向电压VF时，二极管导通，管压降VD可忽略。二极管相当于一个闭合的开关。一、二极管的开关特性1．二极管的静态特性1.4数字电路中的二极管与三极管(1)加正向电压V80

可见，二极管在电路中表现为一个受外加电压vi控制的开关。当外加电压vi为一脉冲信号时，二极管将随着脉冲电压的变化在“开”态与“关”态之间转换。这个转换过程就是二极管开关的动态特性。(2)加反向电压VR时，二极管截止，反向电流IS可忽略。二极管相当于一个断开的开关。

812二极管开关的动态特性

给二极管电路加入一个方波信号，电流的波形怎样呢？ts为存储时间，tt称为渡越时间。tre＝ts十tt称为反向恢复时间2二极管开关的动态特性给二极管电路加入82反向恢复时间：tre＝ts十tt产生反向恢复过程的原因：反向恢复时间tre就是存储电荷消散所需要的时间。

同理，二极管从截止转为正向导通也需要时间，这段时间称为开通时间。开通时间比反向恢复时间要小得多，一般可以忽略不计。反向恢复时间：tre＝ts十tt产生反向恢复过程的原因：83

二、三极管的开关特性1．三极管的三种工作状态

（1）截止状态：当VI小于三极管发射结死区电压时，IB＝ICBO≈0，

IC＝ICEO≈0，VCE≈VCC，三极管工作在截止区，对应图中的A点。

三极管工作在截止状态的条件为：发射结反偏或小于死区电压二、三极管的开关特性1．三极管的三种84工作状态截止放大饱和条件工作特点偏值情况集电极电流管压降近似的等效电路C、E间等效电阻

三种工作状态比较发射结电压＜死区电压发射结正偏集电结反偏发射结正偏集电结正偏很大相当开关断开可变很小相当开关闭合工作状态截止放大饱和条件偏值情况集电极电流管85

2．三极管的动态特性（1）延迟时间td——从vi正跳变的瞬间开始，到iC上升到

0.1ICS所需的时间

（2）上升时间tr——iC从0.1ICS上升到0.9ICS所需的时间。（3）存储时间ts——从vi下跳变的瞬间开始，到iC下降到0.9ICS所需的时间。（4）下降时间tf——C从0.9ICS下降到0.1ICS所需的时间。