計算機電路基礎(chǔ)講解課件

1、計算機電路基礎(chǔ)講解計算機電路基礎(chǔ)講解半導(dǎo)體基本知識半導(dǎo)體：定義:導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣之間的物質(zhì)材料:常見硅、鍺硅、鍺晶體的每個原子均是靠共價鍵緊密結(jié)合在一起。 半導(dǎo)體基本知識半導(dǎo)體：本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體：純凈的半導(dǎo)體。0K時，價電子不能掙脫共價鍵而參與導(dǎo)電，因此不導(dǎo)電。隨T上升晶體中少數(shù)的價電子獲得能量。掙脫共價鍵束縛，成為自由電子，原來共價鍵處留下空位稱為空穴。空穴與自由電子統(tǒng)稱載流子。自由電子：負電荷空穴：正電荷不導(dǎo)電自由電子與空穴成對出現(xiàn)/復(fù)合本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體：純凈的半導(dǎo)體。0K時，價電子不能掙脫雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中摻入微量雜質(zhì)。導(dǎo)電性能發(fā)生變化N型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體

2、雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體：N型半導(dǎo)體/電子型半導(dǎo)體定義：硅晶體中摻入五價元素（磷、銻）自由電子（多子）：摻雜+熱激發(fā)空穴（少子）：熱激發(fā)N型半導(dǎo)體/電子型半導(dǎo)體定義：硅晶體中摻入五價元素（磷、銻） P型半導(dǎo)體/空穴型半導(dǎo)體定義：硅晶體中摻入三價元素（硼、銦）自由電子（少子）：熱激發(fā)空穴（多子）：摻雜+熱激發(fā)總結(jié)：多子：摻雜（主）+熱激發(fā)少子：熱激發(fā)（主） P型半導(dǎo)體/空穴型半導(dǎo)體定義：硅晶體中摻入三價PN結(jié)的形成 多子擴散運動形成耗盡層空穴濃度： P區(qū)N區(qū)；自由電子：P區(qū)濃度低擴散，擴散到對方復(fù)合，交界區(qū)僅剩正負離子形成耗盡層/阻擋層/空間電荷區(qū)/內(nèi)電場EIN。 少子漂移運動 內(nèi)電場的存在，阻止了

3、多子的擴散，P區(qū)的少子電子，N區(qū)少子空穴， 內(nèi)電場作用下向?qū)Ψ揭苿悠啤？偨Y(jié)：PN結(jié)中存在：由濃度差引起的多子擴散運動，它使阻擋層變寬；由內(nèi)電場作用下產(chǎn)生的少子漂移運動，它使阻擋層變窄。當兩者強度相當時，達到動態(tài)平衡。PN結(jié)的形成 多子擴散運動形成耗盡層思考 ：PN結(jié)內(nèi)部存在電場，若將P區(qū)與N區(qū)端點用導(dǎo)線連接，是否有電流流過？無電流流過在無外電壓的條件下，擴散電流=漂移電流，且方向相反，處于平衡狀態(tài)，所以流過交界面的靜態(tài)電流為0。思考 ：PN結(jié)內(nèi)部存在電場，若將P區(qū)與N區(qū)端點用導(dǎo)線連接，是（一） PN結(jié)的單向?qū)щ娦? 加正向電壓（正向偏置）P區(qū)接電源正極，N區(qū)接電源負極。外電場EEXT與內(nèi)電場

4、EIN方向相反。即削弱了內(nèi)電場，空間電荷區(qū)變窄，有利于多子擴散，不利于少子漂移，使擴散電流大大超過了漂移電流，于是回路形成較大的正向電流IF。EEXT EIN 導(dǎo)通（一） PN結(jié)的單向?qū)щ娦? 加正向電壓（正向偏置(一)PN結(jié)的單向?qū)щ娦?2. 加反向電壓（反向偏置）P區(qū)接電源負極，N區(qū)接電源正極。外電場EEXT與內(nèi)電場EIN方向相同。即加強了內(nèi)電場，空間電荷區(qū)變寬，不利于多子擴散，有利于少子漂移，使漂移電流超過擴散電流，于是回路中形成反向電流IR。因為是少子產(chǎn)生，所以很微弱。PN結(jié)截止(一)PN結(jié)的單向?qū)щ娦?2. 加反向電壓（反向偏（一） PN結(jié)的單向?qū)щ娦钥偨Y(jié)：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?，當?/p>

5、向偏置時，有較大的正向電流，電阻很小，成導(dǎo)通狀態(tài)，反向偏置時電流很?。◣缀鯙?）。電阻很大，成截止狀態(tài)。（一） PN結(jié)的單向?qū)щ娦钥偨Y(jié)：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦裕琍N結(jié)的伏安特性 正向特性（u0）UON：開啟/導(dǎo)通電壓硅：0.5V 鍺：0.1V 反向特性 (u0）半導(dǎo)體二極管 A：陽極/正極 K：陰極/負極二極管的伏安特性與PN結(jié)伏安特性一致。 二極管主要參數(shù)：1 最大整流電流IF2 反向擊穿電壓U（RB）3 反向電流IR4 最高工作頻率FT 和反向恢復(fù)時間tre5、 溫度影響半導(dǎo)體二極管 A：陽極/正極 K：陰極/負極限幅電路如圖示：假設(shè)輸入UI為一周期性矩形脈沖，低電壓UIL=-5V，高電壓U

6、IH=5V。當輸入UI為-5V時，二極管D截止，視為“開路”，輸出UO=0V。 當輸入UI為+5V時，二極管D導(dǎo)通，由于其等效電阻RD相對于負載電阻R的值小得多，故UI基本落在R上，即UO=UI=+5V。限幅電路如圖示：假設(shè)輸入UI為一周期性矩形脈沖，低電壓UIL穩(wěn)壓管及其應(yīng)用工作在反向擊穿狀態(tài)，輸出穩(wěn)定值與普通二極管相反，陰極：高；陽極：低如圖：穩(wěn)壓值5.6V，IZ：5mA82mA，分析電路不接RL時 ，IL=0，I1=IZD ，RMIN=(12-5.6)/IZM=78 ，若選R=82 ，I1MAX=(12-5.6)/82=78mA保證IZD5mA ，ILMAX=I1MAX-5=78-5=7

7、3mA， RLMIN=5.6/73=75 ，只要負載電阻RL大于75 ,其上可獲得穩(wěn)定的5.6伏輸出電壓。 穩(wěn)壓管及其應(yīng)用工作在反向擊穿狀態(tài)，輸出穩(wěn)定值半導(dǎo)體三極管材料：硅、鍺分類：NPN、PNP組成：三極：發(fā)射極e、基極b、集電極c 兩結(jié)：發(fā)射結(jié)、集電結(jié)半導(dǎo)體三極管材料：硅、鍺三極管放大原理要求：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子電子在基區(qū)中擴散與復(fù)合電子被集電極收集三極管放大原理要求：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏輸出特性曲線截止區(qū)：BEUON iB0,iC0放大區(qū)：BEUON （硅： 0.5V；鍺：0.3V）IC=IB飽和區(qū)：BEUON II截止區(qū)輸出特性曲線截止區(qū)：BEUON iB0,

8、iC0截止三極管主要參數(shù)共發(fā)射極電流放大系數(shù)集電極-發(fā)射極擊穿電壓UCEO集電極最大電流ICM最大功率PCM特征頻率fT集電極-發(fā)射極飽和壓降UCES三極管主要參數(shù)共發(fā)射極電流放大系數(shù)例開關(guān)電路如圖所示.輸入信號U1是幅值為5V頻率為1KHZ的脈沖電壓信號.已知 =125,三極管飽和時UBE=0.7V,UCES=0.25V.試分析電路的工作狀態(tài)和輸出電壓的波形 例開關(guān)電路如圖所示.輸入信號U1是幅值為5V頻率為1KHZ的三極管的三種接法共射極電路：共基極電路:共集極電路（射極跟隨器）三極管的三種接法共射極電路： MOS場效應(yīng)管壓控電流源器件分類：增強型、耗盡型PMOS管、NMOS管特性曲線轉(zhuǎn)移

9、特性曲線輸出特性曲線 MOS場效應(yīng)管壓控電流源器件MOS場效應(yīng)管的主要參數(shù)直流參數(shù)：開啟電壓 UTN，UTP輸入電阻 rgs交流參數(shù)：跨導(dǎo)gm導(dǎo)通電阻Rds極間電容MOS場效應(yīng)管的主要參數(shù)直流參數(shù)：例NMOS管構(gòu)成反相器如圖示,其主要參數(shù)為UTN=2.0V，gM=1.3MA/V，rDS(ON)=875，電源電壓UC=12V。輸入脈沖電壓源輻值為5V,頻率為1KHZ。試分析電路的工作狀態(tài)及輸出電壓UO的波形。 (1)uI=0V，uCS=uI(0)UNT 管子導(dǎo)通uDS=UC*rDS(ON)/(rDS(ON)+R1)=0.9V.例NMOS管構(gòu)成反相器如圖示,其主要參數(shù)為UTN=2.0V，本章小結(jié)開關(guān)特性：二極管、三極管、MOS管三種管子的特性曲線與主要參數(shù)本章小結(jié)開關(guān)特性：二極管、三極管、MOS管重點和難點 重點： 、理解PN結(jié)的單向?qū)щ娦浴?、理解三極管的電流放大作用及實現(xiàn)電流作用的外部工作條件。理解三極管的輸入特性和輸出特性以及主要參數(shù)。 、掌握三極管輸出特性曲線中的截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)等概念。 、熟