电子技术绪论

本文由紫狼姮奉献ppt文档可能在WAP端扫瞄体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。电子技术根底东北大学信息科学与工程学院NortheasternUniversity赵丽红Email:“mailto:zlh3132@126“zlh3132@126绪论电子技术的进展及分类模拟信号与模拟电路数字信号与数字电路电子技术根底课的电子技术的进展〔〕电子技术的进展〔1〕电子技术的进展，推动计算机技术的进展，电子技术的进展，推动计算机技术的进展，使之无孔不入”应用广泛！播送通信：放射机、接收机、扩音、录音、程控交换机、播送通信：放射机、接收机、扩音、录音、程控交换机、、、手机网络：路由器、交换机、网络：路由器、ATM交换机、收发器、调制解调器交换机收发器、工业：钢铁、石油化工、机加工、工业：钢铁、石油化工、机加工、数控机床交通：飞机、火车、轮船、交通：飞机、火车、轮船、汽车军事：雷达、军事：雷达、电子导航航空航天：卫星定位、航空航天：卫星定位、监测医学：刀医学：γ刀、CT、B〔空调、冰箱、电视、音响、摄像机、消费类电子：家电〔空调、冰箱、电视、音响、摄像机、照相机、电子表、电子玩具照相机、电子表、电子玩具、各类报警器、保安系统电子技术的进展〔〕电子技术的进展〔2〕电子技术的进展很大程度上反映在元器件的进展从电子管→半导体管半导体管→集成电路上。从电子管半导体管集成电路真空管(电子管电子管)Vacuumtube第一代真空管电子管1897年汤姆逊年汤姆逊(J.J.Thomson)验证了电子的存在年汤姆逊验证了电子的存在1904年英弗列明年英弗列明(J.A.Fleming)真空二极管年英弗列明1906年美德福雷斯特年美德福雷斯特(L.De.Forest)真空三极管年美德福雷斯特晶体管Transister其次代晶体管1947贝尔试验室布拉顿布拉顿(W.Brettern)巴丁(J.Bardeen)巴丁点接触晶体管肖克利〔肖克利〔W.Shockley)1952电子技术的进展〔〕电子技术的进展〔3〕电子技术的进展很大程度上反映在元器件的进展从电子管→半导体管半导体管→集成电路上。从电子管半导体管集成电路集成电路IC第三代集成电路(IntegratedCircuit)195819691975419974010/620232023年或年到达饱和。到达饱和。学习电子技术课程需时刻关注电子技术的进展！学习电子技术课程需时刻关注电子技术的进展！电子技术的进展〔〕电子技术的进展〔4〕电子技术的进展很大程度上反映在元器件的进展从电子管→半导体管半导体管→集成190419041947194719581958电子管、晶体管、电子管、晶体管、集成电路比较电子学从应用学科分类无线电电子学：无线电电子学：通讯信息电子学：掌握、计量、信息电子学：掌握、计量、计算技术电力电子学：电力电子学：与电力工程相结合边缘学科：光电子学、空间电子学、边缘学科：光电子学、空间电子学、核电子学、子学、生物医学电子学等电子模拟电子技术数字电子技术模拟信号与模拟电路(1)模拟信号与模拟电路信号是反映信息的物理量如温度、压力、流量，自然界的声音信号等等，如温度、压力、流量，自然界的声音信物理量〔如声、信息需要借助于某些物理量〔如声、光、电〕的变化来表示和传递(一种含义。一种含义电信号由于非电的物理量简洁转换成电信号，由于非电的物理量简洁转换成电信号u或电流或电流i电信号是指随时间而变u=f(t)i=f(t)模拟信号与模拟电路(2)模拟信号与模拟电路对应任意时间值t均有确定的函数值u或，对应任意时间值均有确定的函数值或i，ui的幅值是连续取值的，即在时间和数或的幅值是连续取值值上路。任何瞬间的任何值均是有意义的大多数物理量所转换成的信号均为模拟信号。大多数物理量所转换成的信号均为模拟信号。模拟信号与模拟电路(3)模拟信号与模拟电路模拟电路最根本的处理是对信号的放大。模拟电路最根本的处理是对信号的放大。放大：输入为小信号，放大：输入为小信号，有源元件掌握电源使负载获得大信号，源元件：能够掌握能量的元件。有功能和性能各异的放大电路。有功能和性能各异的放大电路。其它模拟电路多以放数字信号与数字电路(1)数字信号与数字电路数字信号在时间和数值上均具有离散性，或u或i的变化在时间上不连续，总是发生在离散的瞬间；时间上不连续，总是发生在离散的瞬间；且它们的数值是一个最小量值的整数倍，们的数值是一个最小量值的整数倍，当其值小于最小量值路。“1”介于KK+1之介于与之间时需依据阈值确定为KK+1确定为或“1”电子技术根底的特点工程性实践性常用电子仪器的使用方法电子电路的测试方法故障的推断与排解方法EDA软件的应用方法软件的应用方法模拟电子技术主要内容学时〕半导体二极管和三极管〔8〕学时学时〕放大电路根底〔8〕学时功率放大电路〔2〕〕〔学时差动放大电路〔4〕大电路〔学时〕学时信号的运算电路、比较器〔学时学时〕信号的运算电路、比较器〔6〕直流电源〔学时学时〕直流电源〔2〕数字电子技术主要内容数字规律根底规律门电路组合规律电路触发器时序规律电路半导体存储器脉冲波形的产生与整形可编程规律器件和现场可编程门阵列模和模/数转换数/模和模数转换模和模课程意义和目的电子技术是一门硬件方面的重要根底课。电子技术是一门硬件方面的重要根底课。任务是使同学们获得电子技术的根本理论、任务是使同学们获得电子技术的根本理论、根本学问、根本技能，根本学问、根本技能，把握电子技术的根本分析方法和设计方法，本分析方法和设计方法，培育同学们的分析问题、解决问题力量以及工程试验力量。析问题、解决问题力量以及工程试验力量。本课程通过对常用电子元器件、本课程通过对常用电子元器件、模拟电路及其系统的分析和设计的学习，及其系统的分析和设计的学习，使学生打下根底。学习本门课程应留意的问题学习。学习。能娴熟运用电子技术的分析方法和设计方法。⑵能娴熟运用电子技术的分⒌教材及参考书模拟电子技术教材：模拟电子技术教材：《电路与电子学》王文辉刘淑英等电路与⒌教材及参考书⒍学时安排和成绩评定8820%考试：804内容主要有：半导体的导电性能PN结的形成及单向导电性结的形成及单向导电性半导体器件的构造半导体器件主要包括：半导体器件主要包括：主要包括半导体二极管〔包括稳压管、特别二极管等〕半导体二极管〔包括稳压管、特别二极管等〕三极管和场效应管4.1PN半导体⑴半导体的物理特性物质依据其导电性能分为导体：导电力量良好的物质。导体：导电力量良好的物质。绝缘体：导电力量很差的缘体之间的物质，如硅、间的物质，如硅、锗、硒、砷化镓及一些硫化物和氧⑴半导体的物理特性半导体的导电力量具有独特的性质。半导体的导电力量具有独特的性质。的半导体受到光照受到光照时③纯洁的半导体受到光照时，导电力量明显提高。提高。半导体为什么具有以上的导电性质？半导体为什么具有以上的导电性质？⑵半导体的晶体构造原子的组成：原子的组成：带正电的原子核带正电的原子核假设干个围绕原子核运动的带负电的电子假设干个围绕半导体器件的材料：半导体器件的材料：硅〔Silicon-S：四价元素，硅的原子序数是，外〕144〔Germanium-Ge〕：也是四价元素，锗的原子序〕324⑵半导体的晶体构造简化原子构造模型如图4-1(a)的简化形式。的简化形式。简化原子构造模型如图的简化形式惯性核+4价电子4-1(a)硅和锗的简化原子模型⑵半导体的晶体构造⑵半导体的晶体构造4-1(b)是晶体共价键构造的平面示意图。是晶体共价键构造的平面示意图+4+4+4+4+4+4+4+4+4共价键4-1(b)晶体共价键构造平面示意图晶体共价键构造平面示意图半导体的导电原理2.半导体的导电原理⑴本征半导体〔IntrinsicSemiconductor〕本征半导体〔〕物质导电力量的大小取决于其中能参与导电的粒子—载流子的多少。电的粒子载流子⑴本征半导体〔相当于T=本征半导体在确定零度〔T=0K273℃〕相当于绝缘体。激发，半导体不能导电，相当于绝缘体。绝缘体在室温条件下，在室温自由电子在原子间随机运动—电子载流子自由电子在原子间随机运动电子载流子空⑴本征半导体半导体中的载流子半导体中的载流子中的自由电子空穴〔空穴〔Hole〕〕自由电子的同时，在原来的共价键位置上留下了一个空位，在原来的共价键位置上留下了一个空位，这个空位叫做空穴空穴。位叫做空穴。空穴带正电荷。空穴带正电荷。⑴本征半导体在本征半导体中，激发出一个自由电子，在本征半导体中，激发出一个自由电子，同时便产生一个空穴。同时便产生一个空穴。电子和空穴总是成对地产生，称为电子空程叫做本征激发本征激发〔程叫做本征激发IntrinsicExcitatio。〕产生本征激发⑴本征半导体空穴的运动实质上是价电子自由填补空穴而形成的。电子成的。+4BC+4+4A+4空穴+4+4+4+4+44-1(b)晶体共价键构造平面示意图⑴本征半导体由于空穴带正电荷，且可在原子间移动，由于空穴带正电荷，且可在原子间移动，因⑴本征半导体半导体由于热激发而不断产生电子空穴对，半导体由于热激发而不断产生电子空穴对，那么，电子空穴对是否会越来越多，那么，电子空穴对是否会越来越多，电子和空穴浓度是否会越来越大呢？空穴浓度是否会越来越大呢？试验说明中存在载流子的产生过程载流子的产生过程产生载流子的复合复合过程载流子的复合过程综上所述：综上所述：(1)半导体中有两种载流子：自由电子和空半导体中有两种载流子：自由电子和空半导体中有两种载流子电子带负电，空穴带正电。穴，电子带负电，空穴带正电。(2)本征半导体中，电子和空穴总是成对地本征半导体中，本征半导体中产生，产生，nipi。(3)⑵杂质半导体本征半导体的电导率很小，本征半导体的电导率很小，而且受温度和光照等条件影响甚大，光照等条件影响甚大，不能直接用来制造半导体器件。半导体器件。本征半导体的物理性质：本征半导体的物理性质：纯洁的半导体中掺入微量元素，导电力量显微量元素——“杂质⑵杂质半导体常用的杂质元素三价的硼(boron)、铝(aluminium)、铟(indium(gallium)五价的砷(arsenic)、磷(phosphor)、锑(antimony)、五价的砷、通过掌握掺入的杂质元素的种类和数量来制成各种各样的半导体器件。成各种各样的P体分为：N①N导体中自由电子浓度大为增加，可使半导体中自由电子浓度大为增加，型半导体。形成N型半导体形成型半导体。掺入的五价杂质原子占据晶格中某些硅或锗〕原子的位置。4-2〔或锗〕①N+4+4+4掺入五价原子+4+4+4掺入五价原子占据Si原子占据原子位置共价键在室温下+4就可以激发成自由电子+4+44-2N①N杂质半导体中有本征激发产生的少量电子空穴对。有本征激发产生的少量电子空穴对。自由电子的数目高，导电力量显著提高电子的数目高力量显著提高。自由电子的数目高，故导电力量显著提高。把掺入五价元素杂质的半导体称为N型半导体把掺入五价元素杂质的半导体称为型半导体〔简称多子〕〔简称多子；流子〔简称少子〕〔简称少子。N自由电子数等于正离子数和空穴数之和；自由电子数等于正离子数和空穴数之和；自由电子带负电，空穴和正离子带正电；自由电子带负电，空穴和正离子带正电；整块半导体中正负电荷量相等，保持电中性。整块半导体中正负电荷量相等，保持电中性。②P在本征半导体中参加微量的三价元素，在本征半导体中参加微量的三价元素，可使半P使半导体中的空穴浓度大为增加，形成型半导体。型半导体。在P型半导体中型半导体中空位吸引邻空穴数等于负近原子的价电离子数与自由带正电，空穴带正电，负离子和自由电子带负电；子带负电；整块半导体中图4-3P型半导体型半导体正负电荷量相等保持电中性。，晶体构造示意图保持电中性。+4+4+4A+4+3空位共价键+4+4+4+4综上所述：综上所述：本征半导体中参加五价杂质元素，便形成N型半导体。本征半导体中参加五价杂质元素，便形成型半导体型半导体。本征半导体中参加五价杂质元素本征半导体中参加三价杂质元素，便形成P型半导体。本征半导体中参加三价杂质元素，便形成型半导体型半导体。本征半导体中参加三价杂质元素温度有关。⑶载流子的漂移运动和集中运动漂移运动〔①漂移运动〔DriftMovement〕〕有电场力作用时，有电场力作用时，电子和空穴便产生定向运动，称为漂移运动。称为漂移运动。漂移运动漂移运动产生的电流称为漂移电流。漂移运动产生的电流称为漂移电流。漂移电流②集中运动集中运动由于浓度差而引起的定向运动称为集中运动〔DiffusionMovement〕，载流子集中〕大小与载流子的浓度梯度成正比。PNPN是指在P型半导体和型半导体的交界处形成是指在型半导体和N型半导体的交界处形PN二极管的核心是一个PN结二极管的核心是一个结；三极管中包含了两个PN3.PN浓度差引起载流子的集中。浓度差引起载流子的集中。集中的结果形成自建电场。集中的结果形成自建电场。空间电荷区也称作耗尽区”“耗尽区”“势垒区”PN自建电场阻挡集中，加强漂移。自建电场阻挡集中，加强漂移。PN4.结的特性⑴PN①PNPN结正偏时结正偏时空间电荷区变窄。空间电荷区变窄。不大的正向电压，不大②PNPN结加反向电压或称反向偏置结加反向电压(或称反向偏置结加反向电压或称反向偏置)流过PNPN称为结的反向电流。向电流。PNPN电阻，称之截止。②PNPN加反向电压时建电场增加，多子的集中电流近似为零。建电场增加，多子的集中电流近似PN大。结论：结论：PNPNPNPN加反向电压产生很小的反向饱和电流，结加反向电压产生很小的反向饱和电流近似为零，PN⑵PN定量描绘PN的曲线——PN结的伏安特性。结的伏安特性。的关系的曲线结的伏安特性依据理论分析，PNI=IS(e?1)qUkT外加电压流过PN(K)确定温度的电流反向饱和电流电子电荷量q=1.6×10-19C×玻耳兹曼常数自然对数的底k=1.38×10-23J/K×⑵PNkT令=UT则I=IS(eqqUkT1)UUTI=IS(e?1)在常温下，在常温下，T=300K，，23UUT大于U当UTe>>1UUTkT1.38×10×300UT26mV?19q1.6×10I=ISe⑵PNI=IS(e?1)外加反向电压时，U为负值，当|U|比UT大外加反向电压时，为负值，比为UUUTeUT<<1≈IS即加反向电压时，结只流过