電子技術(shù)發(fā)展史

1、(1-1)電子技術(shù)的發(fā)展歷史電子技術(shù)的發(fā)展歷史 電子技術(shù)是在電子技術(shù)是在19世紀末葉無線電發(fā)明之后才世紀末葉無線電發(fā)明之后才發(fā)展起來的一門重要學(xué)科。發(fā)展起來的一門重要學(xué)科。測量技術(shù)、測量技術(shù)、 20世紀四十年代：世紀四十年代：晶體管晶體管 晶體管與電子管相比晶體管與電子管相比: 體積小、重量輕、功耗低、壽命長。體積小、重量輕、功耗低、壽命長。 20世紀六十年代：世紀六十年代：集成電路集成電路 SSI里程碑！里程碑！（3 億個晶體管）億個晶體管）（4 個晶體管）個晶體管） LSI VLSI 20世紀初：世紀初：真空管真空管通信技術(shù)、通信技術(shù)、計算技術(shù)、計算技術(shù)、自動控制技術(shù)。自動控制技術(shù)。MSI

2、上一頁上一頁下一頁下一頁返返 回回電子技術(shù)電子技術(shù)(1-2) 晶體管晶體管 第二代電子器件第二代電子器件 中、小規(guī)模集成電路中、小規(guī)模集成電路 第三代電子器件第三代電子器件 大規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路 第四代電子器件第四代電子器件 超大規(guī)模集成電路超大規(guī)模集成電路 第五代電子器件第五代電子器件微電子學(xué)微電子學(xué)電力電子學(xué)電力電子學(xué) 真空管真空管 第一代電子器件第一代電子器件電子技術(shù)電子技術(shù)上一頁上一頁下一頁下一頁返返 回回(1-3)電子技術(shù)電子技術(shù)1 1、性質(zhì)：、性質(zhì)：電子技術(shù)電子技術(shù)是一門技術(shù)基礎(chǔ)課，是一門技術(shù)基礎(chǔ)課，是研究電子器件應(yīng)用是研究電子器件應(yīng)用的科學(xué)。電子器件的種類很多，他們都是通

3、過控制電子在不的科學(xué)。電子器件的種類很多，他們都是通過控制電子在不同介質(zhì)中的運動狀態(tài)或能量狀態(tài)而產(chǎn)生不同的作用的。同介質(zhì)中的運動狀態(tài)或能量狀態(tài)而產(chǎn)生不同的作用的。2、特點：、特點：a、非純理論性課程、非純理論性課程b、實踐性很強、實踐性很強c、以工程實踐的觀點處理電路中的一些問題、以工程實踐的觀點處理電路中的一些問題3、內(nèi)容：以器件為基礎(chǔ)，以信號為主線、內(nèi)容：以器件為基礎(chǔ)，以信號為主線 研究各種電路的工作原理、特點及性能指標等。研究各種電路的工作原理、特點及性能指標等。4、目的：了解一般的常用器件、目的：了解一般的常用器件 掌握對基本電子電路的分析方法及計算方法掌握對基本電子電路的分析方法及計

4、算方法(1-4)電容器電容器上一頁上一頁下一頁下一頁返返 回回(1-5)電阻器電阻器上一頁上一頁下一頁下一頁返返 回回(1-6)電感器電感器上一頁上一頁下一頁下一頁返返 回回(1-7)雙極型三極管雙極型三極管上一頁上一頁下一頁下一頁返返 回回(1-8)雙極型雙極型三極管三極管上一頁上一頁下一頁下一頁返返 回回(1-9)晶晶閘閘管管上一頁上一頁下一頁下一頁返返 回回(1-10)晶閘管晶閘管上一頁上一頁下一頁下一頁返返 回回(1-11)電電子子元元件件圖圖例例上一頁上一頁下一頁下一頁返返 回回(1-12)電子元件圖例電子元件圖例上一頁上一頁下一頁下一頁返返 回回(1-13)電子元件圖例電子元件圖例

5、上一頁上一頁返返 回回(1-14)第第 8 章章 半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件8.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識8.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管8.3 特殊二極管特殊二極管分析與思考分析與思考教學(xué)基本要求教學(xué)基本要求練習(xí)題練習(xí)題8.4 雙極型晶體管雙極型晶體管返回主頁返回主頁(1-15)半導(dǎo)體：半導(dǎo)體：導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間。導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間。 如：硅、鍺、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。如：硅、鍺、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。8.18.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識定義：純凈的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體定義：純凈的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)特點：最外層電子（價電子）都是四個。結(jié)構(gòu)特點

6、：最外層電子（價電子）都是四個。（一）（一） 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體u 含有兩種載流子含有兩種載流子帶負電的電子、帶正電的空穴帶負電的電子、帶正電的空穴u 載流子的數(shù)量少且成對出現(xiàn)載流子的數(shù)量少且成對出現(xiàn)u 當(dāng)受外界熱和光的作用時，導(dǎo)電能力明顯變化。當(dāng)受外界熱和光的作用時，導(dǎo)電能力明顯變化。u 往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，導(dǎo)電能力明顯改變。往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，導(dǎo)電能力明顯改變。(1-16)共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為束縛電子束縛電子常溫下束縛電子很難脫離共價鍵成為常溫下束縛電子很難脫離共價鍵成為自由電子自由電子因此本征半導(dǎo)體

7、中的自由電子很少因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。形成共價鍵后，形成共價鍵后，每個原子的最外每個原子的最外層電子是八個，層電子是八個，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)共價鍵有很強的結(jié)共價鍵有很強的結(jié)合力，使原子規(guī)則合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。排列，形成晶體。+4+4+4+4共價鍵共用共價鍵共用電子對電子對本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理(1-17)本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理在絕對在絕對0 0度（度（T=0K）和沒有外界激發(fā)時）和沒有外界激發(fā)時, ,價電子完全被價電子完全被共價鍵束縛著，沒有可以運動的帶電粒子（即共價鍵束縛

8、著，沒有可以運動的帶電粒子（即載流子載流子），），它的導(dǎo)電能力為它的導(dǎo)電能力為 0 0，相當(dāng)于絕緣體。，相當(dāng)于絕緣體。在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價電子獲得足夠的在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價電子獲得足夠的能量而脫離共價鍵的束縛，成為能量而脫離共價鍵的束縛，成為自由電子自由電子，同時共價鍵上，同時共價鍵上留下一個空位，稱為留下一個空位，稱為空穴空穴。本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子 即即帶負電的自由電子帶負電的自由電子和和帶正電的空穴帶正電的空穴本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。溫度越高，載流子的濃度越高，因

9、此其導(dǎo)電能力越強。溫度越高，載流子的濃度越高，因此其導(dǎo)電能力越強。 溫度是影響半導(dǎo)體性能的一個重要的外部因素溫度是影響半導(dǎo)體性能的一個重要的外部因素 這是半導(dǎo)體的一大特點。這是半導(dǎo)體的一大特點。(1-18)（二）（二） 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體P 型半導(dǎo)體：型半導(dǎo)體：N N 型半導(dǎo)體：型半導(dǎo)體：空穴數(shù)量空穴數(shù)量 自由電子數(shù)量自由電子數(shù)量多數(shù)載流子多數(shù)載流子 少數(shù)載流子少數(shù)載流子自由電子數(shù)量自由電子數(shù)量 空穴數(shù)量空穴數(shù)量與濃度有關(guān)與濃度有關(guān)與溫度有關(guān)與溫度有關(guān)靠空穴導(dǎo)電靠空穴導(dǎo)電靠自由電子導(dǎo)電靠自由電子導(dǎo)電定義：滲入少量雜質(zhì)的半導(dǎo)體。定義：滲入少量雜質(zhì)的半導(dǎo)體。形成：向本征半導(dǎo)體中滲入適量的形成：向

10、本征半導(dǎo)體中滲入適量的 3 3 價價元素元素形成：向本征半導(dǎo)體中滲入適量的形成：向本征半導(dǎo)體中滲入適量的 5 5 價元素價元素(1-19)P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+擴散運動擴散運動內(nèi)電場內(nèi)電場漂移運動漂移運動擴散的結(jié)果是使空間電擴散的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬。荷區(qū)逐漸加寬。漂移使空間電漂移使空間電荷區(qū)變薄。荷區(qū)變薄?？臻g電荷區(qū)，空間電荷區(qū)，也稱耗盡層。也稱耗盡層。擴散和漂移這一對相反的運動擴散和漂移這一對相反的運動最終達到平衡，空間電荷區(qū)的最終達到平衡，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。厚度固定不變。（三）（三）PN結(jié)結(jié)稱為稱為PNPN結(jié)結(jié)（1 1） PN 結(jié)的形成結(jié)的形成(1-20)（

11、1 1） PN 結(jié)的形成結(jié)的形成在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造P 型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和N 型半型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流子的擴散、漂移，在它們的交界面處就形成了導(dǎo)體，經(jīng)過載流子的擴散、漂移，在它們的交界面處就形成了PN 結(jié)結(jié)擴散運動：多數(shù)載流子由濃度差形成的運動。擴散運動：多數(shù)載流子由濃度差形成的運動。漂移運動：少數(shù)載流子在內(nèi)電場作用下形成的運動。漂移運動：少數(shù)載流子在內(nèi)電場作用下形成的運動。(1-21)+RE一、正向特性一、正向特性PN 結(jié)正向偏置結(jié)正向偏置內(nèi)電場內(nèi)電場外電場外電場變窄變窄PN+_內(nèi)電場被削弱，多子內(nèi)電場被削弱，多子的擴散加強能夠形成的擴散加強能夠形成較

12、大的擴散電流。較大的擴散電流。I（2 2）PN結(jié)的特性結(jié)的特性擴散運動漂移運動擴散運動漂移運動較大較大(1-22)二、反向特性二、反向特性PN 結(jié)反向偏置結(jié)反向偏置+內(nèi)電場內(nèi)電場外電場外電場變厚變厚NP+_內(nèi)電場被被加強，多子內(nèi)電場被被加強，多子的擴散受抑制。少子漂的擴散受抑制。少子漂移加強，但少子數(shù)量有移加強，但少子數(shù)量有限，只能形成較小的反限，只能形成較小的反向電流。向電流。REI0+擴散運動擴散運動 漂移運動漂移運動(1-23) PN結(jié)具有單向?qū)щ娦越Y(jié)具有單向?qū)щ娦?正向偏置時，正向偏置時，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài) 呈現(xiàn)呈現(xiàn)正向電阻很小，電流較大正向電阻很小，電流較大 反向偏置時

13、，反向偏置時，PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài) 呈現(xiàn)呈現(xiàn)反向電阻很大，電流較小反向電阻很大，電流較小 反向電流受溫度影響較大反向電流受溫度影響較大通過分析可知通過分析可知(1-24)PN8.2 8.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管一、基本結(jié)構(gòu)一、基本結(jié)構(gòu)PN PN 結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。引線引線外殼外殼觸絲線觸絲線基片基片點接觸型點接觸型PN結(jié)結(jié)面接觸型面接觸型二極管的電路符號：二極管的電路符號：(1-25)導(dǎo)通電壓導(dǎo)通電壓 硅管硅管0.7V,鍺管鍺管0.3V死區(qū)電壓死區(qū)電壓 硅管硅管0.5V,鍺管鍺管0.2V正向正向UI反向反向VmA1、正向

14、特性：、正向特性：當(dāng)正向電壓超過死區(qū)電當(dāng)正向電壓超過死區(qū)電壓后，壓后，二極管導(dǎo)通二極管導(dǎo)通 二、伏安特性二、伏安特性(1-26)反向擊穿反向擊穿電壓電壓UBUI導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降 硅管硅管0.7V,鍺管鍺管0.3V死區(qū)電壓死區(qū)電壓 硅管硅管0.5V,鍺管鍺管0.2V正向正向伏伏毫安毫安2 2、反向特性：、反向特性： 反向飽和電流反向飽和電流擊穿時反向電流劇增，擊穿時反向電流劇增，二極管的單向?qū)щ娦员欢O管的單向?qū)щ娦员黄茐?，甚至過熱而燒壞破壞，甚至過熱而燒壞硅管：幾硅管：幾AA鍺管：幾百鍺管：幾百AA反向擊穿電壓反向擊穿電壓B反向反向(1-27)IU03 3、近似和理想伏安特性、近似和理想伏安特

15、性考慮二極管導(dǎo)通電壓時的伏安特性考慮二極管導(dǎo)通電壓時的伏安特性DUIU0忽略二極管導(dǎo)通電壓時的伏安特性忽略二極管導(dǎo)通電壓時的伏安特性0UD=DU硅管硅管：0.6-0.7V鍺管鍺管：0.2-0.3V1 1、近似特性、近似特性2 2、理想特性、理想特性(1-28)三、主要參數(shù)三、主要參數(shù)1. 1. 額定正向平均電流（最大整流電流額定正向平均電流（最大整流電流 ）IF二極管長期使用時，允許流過二極管的最大正向平均電流。二極管長期使用時，允許流過二極管的最大正向平均電流。3. 3. 最高反向工作電壓最高反向工作電壓UR R 指不被擊穿所允許的最大反向電壓，手冊上給出的最高指不被擊穿所允許的最大反向電壓

16、，手冊上給出的最高反向工作電壓反向工作電壓4. 4. 反向電流反向電流 IRm指二極管加反向峰值工作電壓時的反向電流。反向電流大，指二極管加反向峰值工作電壓時的反向電流。反向電流大，說明管子的單向?qū)щ娦圆?，因此反向電流越小越好。反向電說明管子的單向?qū)щ娦圆?，因此反向電流越小越好。反向電流受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流流受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流要比硅管大幾十到幾百倍。較小，鍺管的反向電流要比硅管大幾十到幾百倍。選擇和使用二極管的依據(jù)選擇和使用二極管的依據(jù)2. 2. 正向電壓降正向電壓降UFIF所對應(yīng)的電壓。所對應(yīng)的電壓。BR)U32(or21=U(1-29)四、二極管的主要應(yīng)用四、二極管的主要應(yīng)用應(yīng)用一、鉗制電位的作用應(yīng)用一、鉗制電位的作用例例8.2.1 已知：已知：DA和和DB為硅二極管，求下列情況下輸出電壓為硅二極管，求下列情況下輸出電壓UF的值。（的值。（1）AUBU6VADBDFURV3UUBA0UV,3(2)UBA0U(3)UBA(1-30