計(jì)算機(jī)電路基礎(chǔ)講解

計(jì)算機(jī)電路基礎(chǔ)執(zhí)教者：謝婷半導(dǎo)體基本學(xué)問半導(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(gè)原子均是靠共價(jià)鍵緊密結(jié)合在一起。本征半導(dǎo)體

本征半導(dǎo)體：純凈的半導(dǎo)體。0K時(shí)，價(jià)電子不能擺脫共價(jià)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(jià)電子獲得能量。擺脫共價(jià)鍵束縛，成為自由電子，原來共價(jià)鍵處留下空位稱為空穴?？昭ㄅc自由電子統(tǒng)稱載流子。自由電子：負(fù)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)生變更N型半導(dǎo)體P型半導(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(jià)元素（磷、銻）自由電子（多子）：摻雜+熱激發(fā)空穴（少子）：熱激發(fā)P型半導(dǎo)體/空穴型半導(dǎo)體定義：硅晶體中摻入三價(jià)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）PN結(jié)的形成多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成耗盡層空穴濃度：P區(qū)>N區(qū)；自由電子：P區(qū)<N區(qū)多子由濃度高—>濃度低擴(kuò)散，擴(kuò)散到對方復(fù)合，交界區(qū)僅剩正負(fù)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(yùn)動(dòng)內(nèi)電場的存在，阻擋了多子的擴(kuò)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?dòng)——漂移。總結(jié)：PN結(jié)中存在：由濃度差引起的多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，它使阻擋層變寬；由內(nèi)電場作用下產(chǎn)生的少子漂移運(yùn)動(dòng)，它使阻擋層變窄。當(dāng)兩者強(qiáng)度相當(dāng)時(shí)，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。思索：PN結(jié)內(nèi)部存在電場，若將P區(qū)與N區(qū)端點(diǎn)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(kuò)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。（一）

PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

1．

加正向電壓（正向偏置）P區(qū)接電源正極，N區(qū)接電源負(fù)極。外電場EEXT與內(nèi)電場EIN方向相反。即減弱了內(nèi)電場，空間電荷區(qū)變窄，有利于多子擴(kuò)散，不利于少子漂移，使擴(kuò)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截止EEXT>EIN導(dǎo)通(一)

PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

2.

加反向電壓（反向偏置）P區(qū)接電源負(fù)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(qiáng)了內(nèi)電場，空間電荷區(qū)變寬，不利于多子擴(kuò)散，有利于少子漂移，使漂移電流超過擴(kuò)散電流，于是回路中形成反向電流IR。因?yàn)槭巧僮赢a(chǎn)生，所以很微弱。PN結(jié)截止（一）

PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

總結(jié)：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?，?dāng)正向偏置時(shí)，有較大的正向電流，電阻很小，成導(dǎo)通狀態(tài)，反向偏置時(shí)電流很?。◣缀鯙?）。電阻很大，成截止?fàn)顟B(tài)。PN結(jié)的伏安特性

正向特性（u>0）UON：開啟/導(dǎo)通電壓硅：0.5V鍺：0.1V

反向特性(u<0)

擊穿特性U（RB）：擊穿電壓半導(dǎo)體二極管A：陽極/正極K：陰極/負(fù)極二極管的伏安特性與PN結(jié)伏安特性一樣。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和反向復(fù)原時(shí)間tre5、溫度影響限幅電路如圖示：假設(shè)輸入U(xiǎn)I為一周期性矩形脈沖，低電壓UIL=-5V，高電壓UIH=5V。當(dāng)輸入U(xiǎn)I為-5V時(shí)，二極管D截止，視為“開路”，輸出UO=0V。當(dāng)輸入U(xiǎn)I為+5V時(shí)，二極管D導(dǎo)通，由于其等效電阻RD相對于負(fù)載電阻R的值小得多，故UI基本落在R上，即UO=UI=+5V。穩(wěn)壓管及其應(yīng)用工作在反向擊穿狀態(tài)，輸出穩(wěn)定值與一般二極管相反，陰極：高；陽極：低如圖：穩(wěn)壓值5.6V，IZ：5mA~82mA，分析電路不接RL時(shí)，IL=0，I1=IZD，RMIN=(12-5.6)/IZM=78Ω，若選R=82Ω，I1MAX=(12-5.6)/82=78mA保證IZD>5mA，ILMAX=I1MAX-5=78-5=73mA，RLMIN=5.6/73=75Ω，只要負(fù)載電阻RL大于75Ω,其上可獲得穩(wěn)定的5.6伏輸出電壓。半導(dǎo)體三極管材料：硅、鍺分類：NPN、PNP組成：三極：放射極e、基極b、集電極c兩結(jié)：放射結(jié)、集電結(jié)三極管放大原理要求：放射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏放射區(qū)向基區(qū)放射電子電子在基區(qū)中擴(kuò)散與復(fù)合電子被集電極收集輸出特性曲線截止區(qū)：ＵBE＜UONiB≈0,iC≈0放大區(qū)：ＵBE≥UON（硅：0.5V；鍺：0.3V）IC=βIB飽和區(qū)：ＵBE＞UONIＢＳ＞IＣＳ／β截止區(qū)三極管主要參數(shù)共放射極電流放大系數(shù)β集電極-放射極擊穿電壓UCEO集電極最大電流ICM最大功率PCM特征頻率fT集電極-放射極飽和壓降UCES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β=125,三極管飽和時(shí)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

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）MOS場效應(yīng)管壓控電流源器件分類：增加型、耗盡型PMOS管、NMOS管特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線輸出特性曲線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溝通參數(shù)：跨導(dǎo)gm導(dǎo)通電阻Rds極間電容例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(2V)故管子截止。iD=0，uO=uDS=12VuI=5V,uCS=uI=5V>UNT管子導(dǎo)通uDS=UC*rDS(ON)/(rDS(ON)+R1)=0.9V.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)重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：１、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(shí)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)。３、駕馭三極管輸出特性曲線中的截止區(qū)、放大區(qū)和飽