模擬電子技術大一第一課

模擬電子技術基礎德州學院計算機科學系系統(tǒng)結構教研室2012·09主講：安定第一講課程與專業(yè)關系及地位首先，模擬電子技術是計算機科學與技術、網絡工程與通信、信息與信息管理類專業(yè)的一門主要技術基礎課。是關于模擬電子技術方面入門性質的技術基礎課，它具有自身的體系，是實踐性很強的課程。通過學習、掌握本課程專業(yè)知識與專業(yè)技能，為學習后續(xù)課程、將電子技術運用到計算機應用領域與信息技術領域打下堅實的基礎。課程與專業(yè)關系及地位其次，《模擬電子技術》在計算機系統(tǒng)專業(yè)課程中具有承上啟下的地位，是計算機專業(yè)本科教學中的重要課程。學好該課程，不僅對其后續(xù)課程數字電路、計算機組成原理、微機原理與接口技術、嵌入式系統(tǒng)等課程的學習有很大幫助，而且在實際中有廣泛的用途。因此，《模擬電子技術》在計算機科學中有著非常重要的作用。課程名稱模擬電子技術：模擬電子技術是對電路信號進行仿真、模擬處理的電路技術，其處理和研究的對象是連續(xù)變化的交流信號。課程名稱數字電子技術：數字電子技術是對電路高、低電平信號進行計數、計算、定時、邏輯計算和分析、時序組合與分析等數字處理的電路技術，其處理和研究的對象是離散變化的直流信號。緒論1.電子技術的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢2.電子技術的應用范圍3.本課程與其它專業(yè)課的關系4.電子技術基礎學習特點1.電子技術的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢電子技術發(fā)展水平的關鍵是元器件的發(fā)展。其中具標志性的發(fā)展（主線）是由：電子管器件→晶體管器件→集成電路器件(LSI)→大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路器件(VLSI)。1.電子技術的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢元器件發(fā)展的（輔線）是電阻器、電容器、電感器、傳感器等器件微小型化、高可靠性、高精密性的發(fā)展。2.電子技術的應用范圍信號檢測:壓力、溫度、液位、流量等物理量的測量與調節(jié)。電子儀器。智能小區(qū)、醫(yī)療。2.電子技術的應用范圍汽車電子:電源發(fā)動機控制——點火裝置、燃油噴射控制、發(fā)動機電子控制行駛裝置——車速控制、間歇刮水、防霧裝置、車門鎖緊裝置、…………汽車電子報警與安全裝置——安全帶、車燈未關報警、車速報警、安全氣囊……旅居性——空調控制、動力窗控制儀表——里程表、數字式數字表、出租車用儀表……娛樂通訊——收音機、汽車導航、汽車電話、汽車電臺……3.本課程與其它專業(yè)課的關系課程性質：技術基礎課服務對象：電專業(yè)、計算機專業(yè)、物理專業(yè)課程特點：內容豐富，技術更新快，緊密聯(lián)系實際，應用非常廣泛。本課程是電專業(yè)一切電類后續(xù)課程的基礎。學時少，內容多，不能輕視。否則，對以后的學習將會造成很大影響。3.本課程與其它專業(yè)課的關系先行課程：電路分析基礎內容主要有：電路基本概念、電路定律、線性電路的分析方法、一階電路、二階電路、高階電路和復數頻率、正弦穩(wěn)態(tài)電路分析、交流功率、頻率響應等。3.本課程與其它專業(yè)課的關系電專業(yè)、物理專業(yè)在模擬電子技術課程前先學習電路分析基礎課程。由于計算機專業(yè)屬性，所以電路分析基礎不作為本專業(yè)課程。因此這方面的缺失只能由自學，或教學中用到時再簡介來彌補。3.本課程與其它專業(yè)課的關系再由于模擬電子技術課程課時少，內容多；對教和學都帶來相當的困難。因此要求同學們在課后擠時間自學《電路分析基礎》的內容（至少需要了解概念和掌握最基本的內容）。這樣才能保證同學們跟上模擬電子技術課程的教學和學習。4.電子疼技術邊基礎哄學習殖特點課堂勸教學陜：緊跟載老師垃講課珠思路屆，搞商清基公本概蝕念，用注意伸解題束方法播和技革巧。習題歪：獨立獲完成眾作業(yè)柔，按稅時交讓作業(yè)濁。實驗雀：注意身理論夸聯(lián)系奔實際抹，掌并握常列用儀火器、趕儀表賣的使皆用方雕法，樓驗證片與探墓索相訴結合伙。4.電子愉技術權基礎筍學習講特點教學核形式圣：課堂銷上，懷多媒竹體授寶課；溉課后檢→辦挨公室糟答疑鴨。聯(lián)系州方式拌：電子冶郵件券地址藏：an老di規(guī)ng陵19霧56撲@y池ea討h.綱ne磁t辦公離室：黎綜合存樓3樓(3壞01祥5)系統(tǒng)急結構步教研紛室參考濁書：《模擬歪電子胡技術啞基礎》（第癢四版零）：清華憶大學爬童詩慎白、移華成破英主紛編2.結《電子跑技術殖基礎》（模道擬部避分第哨四版高）：華中川理工簡大學怒康華創(chuàng)光主奴編3.圖書適館有杰關電鏈子技擊術的裙書籍自學鼓參考君書：《電路霉分析旬基礎》翁黎壞朗：機械欄工業(yè)運出版冬社20遠09年09月2.卵《電路練分析下基礎》周茜鍵：河電子舒工業(yè)咱出版平社除（20桶10年版牛）3.圖書縫館有浮關電瘡路分惑析的聾書籍1.逃1半導壤體的衛(wèi)基本沫知識1.團2坑P怕N結1.承3半導薦體二繳極管第一各章庫晶功體二過極管1.桶1半導巡壽體的沃基本亡知識1.1.1本征半導體及其導電性1.1.2雜質半導體1.1.3半導體的溫度特性根據考物體脊導電級能力(電阻洽率)的不策同，喝來劃浪分導棒體、斑絕緣瞞體和戀半導靠體。半導做體的電電阻舉率為10-3～109cm。典選型的妨半導權體有毫硅Si和鍺Ge以及工砷化所鎵Ga歡As等。1.螞1.環(huán)1本征朝半導鞠體及分其導皮電性本征型半導吧體——化學的成分令純凈供的半來導體闖晶體元。制造痕半導燃體器老件的青半導蘇體材曲料的倚純度屯要達笨到99派.9騙99段99輪99錢%，常橡稱為路“九姐個9”。它攔在物皺理結降構上索呈單砌晶體痕形態(tài)喇。(1）本生征半指導體酒的共川價鍵接結構硅和萄鍺是艘四價耳元素幅，在苗原子芽最外犁層軌歪道上梳的四晃個電可子稱匪為價越電子暖。它斗們分富別與紅周圍水的四登個原師子的庸價電糞子形僻成共滿價鍵據。共艙價鍵勿中的蛾價電無子為陰這些提原子還所共雨有，步并為墨它們斤所束駱縛，鵲在空西間形鐮成排圖列有瞞序的穴晶體匯。這種賊結構猶的立保體和際平面擾示意懇圖見劃圖01寫.0頭1。

圖01.01硅原子空間排列及共價鍵結構平面示意圖

(a)硅晶體的空間排列(b)共價鍵結構平面示意圖(c)（2）電唉子空半穴對當導尸體處屋于熱校力學外溫度0K時，漆導體舒中沒魂有自阻由電常子。賴當溫父度升護高或歉受到隸光的殘照射夫時，仙價電滔子能坡量增悟高，撞有的具價電令子可蘿以掙脫原子福核的嶄束縛朵，而扣參與視導電蛋，成誓為自由蠶電子。自由半電子屢產生踢的同霸時，談在其點原來呈的共品價鍵公中就聯(lián)出現(xiàn)括了一摘個空旱位，燭原子據的電疑中性課被破級壞，噴呈現(xiàn)響出正鍵電性統(tǒng)，其外正電生量與頂電子榴的負擇電量港相等掏，人遍們常顆稱呈連現(xiàn)正通電性肢的這漆個空偶位為空穴。這一糠現(xiàn)象伯稱為本征廳激發(fā)，也稱熱激菠發(fā)?？梢娤橐驘嵛昙ぐl(fā)夢而出言現(xiàn)的序自由狐電子脖和空材穴是繡同時共成對抱出現(xiàn)休的，刊稱為電子寧空穴垂對。游離尖的部風分自挪由電潛子也噸可能責回到稍空穴駝中去打，稱跑為復合墳，如圖01壁.0糾2所示禍。本征垂激發(fā)鋼和復不合在美一定箱溫度系下會笛達到放動態(tài)開平衡。圖01愿.0枕2本征樸激發(fā)賞和復湯合的譯過程（動畫1-間1）(3只)空穴幅的移漲動自由戴電子覺的定例向運繪動形誓成了福電子洪電流坡，空黨穴的耍定向林運動經也可是形成豈空穴位電流淹，它充們的嗎方向例相反栗。只慮不過昌空穴王的運關動是獵靠相燭鄰共邪價鍵秋中的伯價電基子依豈次充朱填空到穴來藝實現(xiàn)商的，晉因此傳，空壁穴的微導電懼能力捐不如萌自由傭電子（見摩圖01跪.0禁3的動熄畫演韻示）。（動畫1-時2）圖01帳.0泡3空穴遲在晶巷格中委的移危動1.龜1.撕2雜質旨半導昌體(1掃)N型半瘡導體(2辯)P型半害導體在本啞征半花導體臉中摻框入某么些微學量元堪素作浙為雜成質，清可使街半導余體的金導電獅性發(fā)身生顯允著變鞏化。憐摻入醒的雜永質主六要是扇三價雨或五想價元妖素。瞞摻入鋒雜質奶后的辜本征酷半導誼體稱晴為雜質蓬半導愿體。(1）N型半活導體在本朵征半似導體著中摻廁入五拳價雜膨質元沙素，繩例如籃磷，批可形概成N型半艱導體,也稱電子器型半挺導體。因五糾價雜逼質原支子中爪只有膛四個攔價電塘子能烘與周繡圍四拔個半踏導體刮原子后中的浩價電許子形呀成共瘋價鍵任，而燥多余追的一歸個價爸電子破因無怖共價慚鍵束約縛而圖很容點易形濁成自母由電賄子。在N型半攔導體漿中自由鈔電子測是多騾數載享流子,它主迎要由雜質玻原子允提供；空穴雹是少橋數載超流子,由熱菠激發(fā)恥形成嗚。提供第自由紫電子南的五早價雜叉質原窗子因自由枝電子脫離頑而帶千正電真荷成倆為正離春子，因冒此，綢五價附雜質壁原子押也被蛇稱為施主洽雜質療。N型半卵導體排的結秋構示括意圖喉如圖01必.0輔4所示捏。

圖01.04N型半導體結構示意圖(2枝)娃P型半喚導體本征吳半導驢體中詠摻入闊三價盡雜質電元素貿，如膠硼、訴鎵、陶銦等侵形成P型半辨導體，也稱油為空穴織型半幫導體。因三垃價雜逝質原命子與娃硅原摘子形驚成共肯價鍵疤時，躁缺少芽一個淋價電同子而扁在共顆價鍵莊中留濤下一萄個空岸穴。P型半胡導體惡中空穴液是多紐奉數載瓣流子桂，主要阻由摻蘿雜形墻成；電子顫是少燦數載鬼流子錫，由熱鍋激發(fā)苦形成鄰?？昭〒尯苋蓍y易俘哥獲電閥子，枕使雜給質原課子成炸為負割離子光。三墾價雜扮質租因而顛也稱老為受主谷雜質。P型半槐導體稱的結伸構示癥意圖遠如圖01如.0嘗5所示慎。圖01.05P型半導體的結構示意圖

圖01.05P型半導體的結構示意圖1.觀1.遷3雜質時對半路導體潔導電揭性的攝影響摻入別雜口質對如本征介半導錢體的最導電稱性有趟很大的影壓響，回一些酸典型趣的數你據如飛下:

T=300K室溫下,本征硅的電子和空穴濃度:

n=p=1.4×1010/cm31

本征硅的原子濃度:

4.96×1022/cm3

3以上適三個因濃度睛基本稈上依胃次相淚差106/c寸m3。

2摻雜后N型半導體中的自由電子濃度:

n=5×1016/cm3雜質酷半導飾體簡雅化?；笮?.豆2拋PN結1.出2.千1旋P題N結的歸形成1.悔2.粥2許P薪N結的這單向結導電禾性1.兩2.忽3帽P核N結的偷電容毒效應1.村2.紛1PN結的轉形成在一武塊本雁征半藏導體察兩側恒通過眉擴散籠不同森的雜緒質,分別壟形成N型半膠導體歌和P型半洞導體越。此垃時將索在N型半來導體啞和P型半吩導體督的結予合面炭上形采成如波下物排理過挺程:因濃鴿度差多子狼的擴再散運羊動由雜質俘離子形成孫空間玻電荷野區(qū)空間悟電荷搜區(qū)形成內電姜場內電已場促粗使少黃子漂孟移內電卷場阻捷止多罰子擴暑散最后狗多子擴散和少戴子的漂移達到動態(tài)躺平衡。對伐于P型半壺導體倒和N型半深導體洪結合豬面，滑離子攏薄層討形成賀的空間金電荷借區(qū)稱為P庫N結,在空齒間電荷濾區(qū)，室由于慣缺少多艷子，布所以訴也稱耗盡挎層。圖01廣.0場6視P犯N結的剩形成怖過程（動畫1-幻玉3）PN結形苦成的若過程椒可參鑼閱圖01喬.0突6。1.齊2.蠶2PN結的理單向橋導電短性如果攔外加敘電壓組使PN結中蠟：P區(qū)的鋤電位社高于N區(qū)的黎電位拐，稱盈為加正向壁電壓老，簡稱正偏撲；PN結具個有單喜向導柿電性閥，若外談加電費壓使悄電流劇從P區(qū)流擋到N區(qū)，PN結呈虹低阻筍性，炕所以色電流太大；因反之魂是高恨阻性副，電感流小疾。P區(qū)的泄電位孝低于N區(qū)的怎電位鈔，稱射為加反向談電壓棵，簡稱反偏蹦。(1在)透P首N結加鄉(xiāng)豐正向革電壓丑時的抱導電路情況外加紹的正棒向電牽壓有咬一部晚分降贈落在PN結區(qū)篩，方錄向與PN結內怖電場旁方向估相反稠，削鄭弱了晌內電蘭場。襖內電庫場對肯多子徹擴散故運動繳的阻綠礙減診弱，永擴散拖電流叢加大街。擴爬散電顏流遠介大于煤漂移跌電流前，可嫁忽略窮漂移稈電流醋的影覺響,PN結呈桶現(xiàn)低溪阻性。PN結加嫁正向崖電壓屯時的小導電臥情況脹如圖01導.0傻7（動畫1-興4）圖01.07PN結加正向電壓時的導電情況(2勵)語P惹N結加衡反向葬電壓揪時的罰導電裂情況外加宿的反抗向電液壓有離一部駁分降翅落在PN結區(qū)父，方脫向與PN結內降電場倚方向群相同涌，加襪強了擱內電梁場。瞧內電儉場對免多子靜擴散單運動妖的阻教礙增嗓強，筆擴散頃電流才大大開減小必。此壯時PN結區(qū)室的少員子在役內電油場的方作用下形距成的凍漂移糠電流撫大于幼擴散電仇流，濾可忽冶略擴用散電開流，由嗎于漂倚移電良流本克身就撕很小，PN結呈倡現(xiàn)高慘阻性斬。在一瘦定溫真度條檔件下低，由本事征激爆發(fā)決僚定的仔少子扒濃度是土一定愉的，剖故少脾子形單成的漂碗移電耍流是水恒定宜的，鄭基本上前與所燒加反樓向電仗壓的距大小無吳關，這個于電流鍵也稱缺為反向屢飽和悅電流。PN結加很反向宣電壓銀時的疼導電爬情況憑如圖01御.0姐8所示扶。圖01.08PN結加反向電壓時的導電情況PN結外儲加正指向電孤壓時杜，呈莊現(xiàn)低較電阻洪，具妻有較噸大的朋正向用擴散跌電流郵；PN結加為反向輕電壓及時，輕呈現(xiàn)丙高電像阻，冤具有超很小個的反襲向漂牽移電戲流。由此僑可以療得出蒸結論疲：PN結具謙有單忌向導睛電性頸。（動畫1-樸5）圖01.08PN結加反向電壓時的導電情況1.在雜職質半體導體撇中多還子的泊數量疑與（a.摻雜屬濃度限、b.溫度眼）有姐關。2.在雜木質半資導體忘中少宏子的昨數量歸與狡。（a.摻雜橡濃度眾、b.溫度肆）有奔關。3.當溫代度升縣高時午，少趨子的懷數量燃。（a.減少薄、b.不變有、c.增多亂）abc4.在外址加電棒壓的衫作用足下，P型半投導體妖中的累電流說主要駐是紡，N型半敞導體蠶中的辦電流綿主要楚是所。（a.電子鉤電流調、b.空穴喪電流勺）ba思考算題：1.遠2.惑3勿P賣N結的趕電容便效應PN結具腎有一屢定的批電容繪效應領，它介由兩寧方面