《电子技术基础》正式教案

电子技术基础教案
§1-1 半导体的基础知识
目的与要求
1. 了解半导体的导电本质，
2. 理解N型半导体和P型半导体的概念
3. 掌握PN结的单向导电性
重点与难点
重点
1.N型半导体和P型半导体
2. PN结的单向导电性
难点
1.半导体的导电本质
2.PN结的形成
教学方法
讲授法,列举法,启发法
教具
二极管,三角尺
小结
半导体中载流子有扩散运动和漂移运动两种运动方式。

载流子在电场作用下的定向运动称为漂移运动。

在半导体中，如果载流子浓度分布不均匀，因为浓度差，载流子将会从浓度高的区域向浓度低的区域运动，这种运动称为扩散运动。

多数载流子因浓度上的差异而形成的运动称为扩散运动
PN结的单向导电性是指PN结外加正向电压时处于导通状态，外加反向电压时处于截止状态。

布置作业
1.什么叫N型半导体和P型半导体
第一章常用半导体器件
§1-1 半导体的基础知识
自然界中的物质，按其导电能力可分为三大类：导体、半导体和绝缘体。

半导体的特点：
①热敏性
②光敏性
③掺杂性
导体和绝缘体的导电原理：了解简介。

一、半导体的导电特性
半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物质，如硅(Si)、锗(Ge)。

硅和锗是4价元素，原子的最外层轨道上有4个价电子。

1．热激发产生自由电子和空穴
每个原子周围有四个相邻的原子，原子之间通过共价键紧密结合在一起。

两个相邻原子共用一对电子。

室温下，由于热运动少数价电子挣脱共价键的束缚成为自由电子，同时在共价键中留下一个空位这个空位称为空穴。

失去价电子的原子成为正离子，就好象空穴带正电荷一样。

在电子技术中，将空穴看成带正电荷的载流子。

2．空穴的运动（与自由电子的运动不同）
有了空穴，邻近共价键中的价电子很容易过来填补这个空穴，这样空穴便转移到邻近共价键中。

新的空穴又会被邻近的价电子填补。

带负电荷的价电子依次填补空穴的运动，从效果上看，相当于带正电荷的空穴作相反方向的运动。

3.结论
（1）半导体中存在两种载流子，一种是带负电的自由电子，另一种是带正电的空穴，它们都可以运载电荷形成电流。

（2）本征半导体中，自由电子和空穴相伴产生，数目相同。

（3）一定温度下，本征半导体中电子空穴对的产生与复合相对平衡，电子空穴对的数目相对稳定。

（4）温度升高，激发的电子空穴对数目增加，半导体的导电能力增强。

空穴的出现是半导体导电区别导体导电的一个主要特征。

二、N型半导体和P型半导体
本征半导体
完全纯净的、结构完整的半导体材料称为本征半导体。

杂质半导体
在本征半导体中加入微量杂质，可使其导电性能显著改变。

根据掺入杂质的性质不同，杂质半导体分为两类：电子型（N 型）半导体和空穴型（P 型）半导体。

1. N 型半导体
在硅（或锗）半导体晶体中，掺入微量的五价元素，如磷（P ）、砷（As ）等，则构成N 型半导体。

在纯净半导体硅或锗中掺入磷、砷等5价元素，由于这类元素的原子最外层有5个价电子，故在构成的共价键结构中，由于存在多余的价电子而产生大量自由电子，这种半导体主要靠自由电子导电，称为电子半导体或N 型半导体，其中自由电子为多数载流子，热激发形成的空穴为少数载流子。

2.P 型半导体
在硅（或锗）半导体晶体中，掺入微量的三价元素，如硼（B ）、铟（In ）等，则构成P 型半导体。

在纯净半导体硅或锗中掺入硼、铝等3价元素，由于这类元素的原子最外层只有3个价电子，故在构成的共价键结构中，由于缺少价电子而形成大量空穴，这类掺杂后的半导体其导电作用主要靠空穴运动，称为空穴半导体或P 型半导体，其中空穴为多数载流子，热激发形成的自由电子是少数载流子。

三、PN 结及其单向导电性
1．PN 结的形成
半导体中载流子有扩散运动和漂移运动两种运动方式。

载流子在电场作用下的定向运动称为漂移运动。

在半导体中，如果载流子浓度分布不均匀，因为浓度差，载流子将会从浓度高的区域向浓度低的区域运动，这种运动称为扩散运动。

多数载流子因浓度上的差异而形成的运动称为扩散运动，如图1.6所示。

P 型半导体
N 型半导体
图1.7 PN结的形成（1）
由于空穴和自由电子均是带电的粒子，所以扩散的结果使P区和N区原来的电中性被破坏，在交界面的两侧形成一个不能移动的带异性电荷的离子层，称此离子层为空间电荷区，这就是所谓的PN结，如图1.7所示。

在空间电荷区，多数载流子已经扩散到对方并复合掉了，或者说消耗尽了，因此又称空间电荷区为耗尽层。

空间电荷区出现后，因为正负电荷的作用，将产生一个从N区指向P区的内电场。

内电场的方向，会对多数载流子的扩散运动起阻碍作用。

同时，内电场则可推动少数载流子（P区的自由电子和N区的空穴）越过空间电荷区，进入对方。

少数载流子在内电场作用下有规则的运动称为漂移运动。

漂移运动和扩散运动的方向相反。

无外加电场时，通过PN结的扩散电流等于漂移电流，PN结中无电流流过，PN结的宽度保持一定而处于稳定状态。

图1.8PN结的形成（2）
2. PN结的单向导电性
如果在PN结两端加上不同极性的电压，PN结会呈现出不同的导电性能。

（1）PN结外加正向电压
PN结P端接高电位，N端接低电位，称PN结外加正向电压，又称PN结正向
偏置，简称为正偏，
图1.9PN结外加正向电压
（2）PN结外加反向电压
PN结P端接低电位，N端接高电位，称PN结外加反向电压，又称PN结反向偏置，简称为反偏，
图1.20PN结外加反向电压
小结：PN结的单向导电性是指PN结外加正向电压时处于导通状态，外加反向电压时处于截止状态。

§1-2 二极管
目的与要求
1. 了解半导体二极管的结构
2. 掌握半导体二极管的符号
3. 理解半导体二极管的伏安特性
4. 知道二极管的主要参数
重点与难点
重点1.二极管的符号
2. 二极管的伏安特性
难点二极管的伏安特性
教学方法
讲授法,列举法,启发法
教具
二极管,三角尺
小结
外加正向电压较小时，外电场不足以克服内电场对多子扩散的阻力，PN结仍处于截止状态。

正向电压大于死区电压后，正向电流随着正向电压增大迅速上升。

通常死区电压硅管约为0.5V，锗管约为0.2V。

当反向电压的值增大到U BR时，反向电压值稍有增大，反向电流会急剧增大，称此现象为反向击穿，U BR为反向击穿电压。

布置作业
§1-2 二极管
一、半导体二极管的结构
二极管的定义：一个PN结加上相应的电极引线并用管壳封装起来，就构成了半导体二极管，简称二极管。

二极管按半导体材料的不同可以分为硅二极管、锗二极管和砷化镓二极管等。

二极管按其结构不同可分为点接触型、面接触型和平面型二极管三类。

点接触型二极管PN结面积很小，结电容很小，多用于高频检波及脉冲数字电路中的开关元件。

面接触型二极管PN结面积大，结电容也小，多用在低频整流电路中。

平面型二极管PN结面积有大有小。

图1.11 二极管的符号
简单介绍常见的二极管的外型
了解国产二极管的型号的命名方法。

二、半导体二极管的伏安特性
1、正向特性
外加正向电压较小时，外电场不足以克服内电场对多子扩散的阻力，PN结仍处于截止状态。

正向电压大于死区电压后，正向电流随着正向电压增大迅速上升。

通常死区电压硅管约为0.5V，锗管约为0.2V。

图1.13 二极管的伏安特性曲线
2、反向特性
二极管外加反向电压时，电流和电压的关系称为二极管的反向特性。

由图1.13可见，二极管外加反向电压时，反向电流很小（I≈-IS），而且在相当宽的反向电压范围内，反向电流几乎不变，因此，称此电流值为二极管的反向饱和电流从图1.13可见，当反向电压的值增大到U BR时，反向电压值稍有增大，反向电流会急剧增大，称此现象为反向击穿，U BR为反向击穿电压。

利用二极管的反向击穿特性，可以做成稳压二极管，但一般的二极管不允许工作在反向击穿区。

补充：二极管的温度特性
二极管是对温度非常敏感的器件。

实验表明，随温度升高，二极管的正向压降会减小，正向伏安特性左移，即二极管的正向压降具有负的温度系数（约为-2mV/℃）；温度升高，反向饱和电流会增大，反向伏安特性下移，温度每升高10℃，反向电流大约增加一倍。

三、二极管的主要参数
（1）最大整流电流I F
最大整流电流IF是指二极管长期连续工作时，允许通过二极管的最大正向电流的平均值。

（2）反向击穿电压U BR
反向击穿电压是指二极管击穿时的电压值。

（3）反向饱和电流IS
它是指管子没有击穿时的反向电流值。

其值愈小，说明二极管的单向导电性愈好。

另外
（4）反向击穿电压U B：指管子反向击穿时的电压值。

（5）最高工作频率fm：主要取决于PN结结电容的大小。

理想二极管：正向电阻为零，正向导通时为短路特性，正向压降忽略不计；反向电阻为无穷大，反向截止时为开路特性，反向漏电流忽略不计。

四、二极管极性的判定
将红、黑表笔分别接二极管的两个电极，若测得的电阻值很小（几千欧以下），则黑表笔所接电极为二极管正极，红表笔所接电极为二极管的负极；若测得的阻值很大（几百千欧以上），则黑表笔所接电极为二极管负极，红表笔所接电极为二极管的正极。

五、二极管好坏的判定
（1）若测得的反向电阻很大（几百千欧以上），正向电阻很小（几千欧以下），表明二极管性能良好。

（2）若测得的反向电阻和正向电阻都很小，表明二极管短路，已损坏。

（3）若测得的反向电阻和正向电阻都很大，表明二极管断路，已损坏。

补充：特殊二极管
1.稳压二极管
2.发光二极管LED
3.光电二极管
4.变容二极管
5.激光二极管
目的与要求
1. 了解三极管的结构及类型
2. 掌握半导体三极管的符号
3. 理解半导体三极管的伏安特性及电流放大作用
4. 知道三极管的主要参数和检测方法
重点与难点
重点1.三极管的符号
2. 三极管的伏安特性曲线
难点三极管的伏安特性曲线
教学方法
讲授法,列举法,启发法
教具
二极管,三极管，三角尺
小结
放大区
输出特性曲线近似平坦的区域称为放大区。

三极管工作在放大状态时，具有以下特点：
（a）三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置；
（b）基极电流I B微小的变化会引起集电极电流I C较大的变化，有电流关系式：I C=βI B；
（c）对NPN型的三极管，有电位关系：U C>U B>U E；
（d）对NPN型硅三极管，有发射结电压U BE≈0.7V；对NPN型锗三极管，有U BE≈0.2V。

布置作业
一、三极管的结构、符号及类型 1. 三极管的结构及符号
半导体三极管又称晶体三极管（下称三极管），一般简称晶体管，或双极型晶体管。

它是通过一定的制作工艺，将两个PN 结结合在一起的器件，两个PN 结相互作用，使三极管成为一个具有控制电流作用的半导体器件。

三极管可以用来放大微弱的信号和作为无触点开关。

三极管从结构上来讲分为两类：NPN 型三极管和PNP 型三极管
NPN 型
PNP 型
三极管的文字符号为V 。

三极管的结构特点：
三极管制作时，通常它们的基区做得很薄（几微米到几十微米），且掺杂浓度低；发射区的杂质浓度则比较高；集电区的面积则比发射区做得大，这是三极管实现电流放大的内部条件。

2．三极管的类型
（1）国产三极管的型号，见P10-表1-3 （2）三极管的分类：
三极管可以是由半导体硅材料制成，称为硅三极管；也可以由锗材料制成，称为锗三极管。

三极管从应用的角度讲，种类很多。

根据工作频率分为高频管、低频管和开关管；根据工作功率分为大功率管、中功率管和小功率管。

常见的三极管外形如图P10-1.13所示。

二、三极管的电流放大作用
B 集电区基区发射区
C
E
B
B C
E B 集电区基区发射区
1、产生放大作用的条件
内部：a）发射区杂质浓度>>基区>>集电区
b）基区很薄
外部：发射结正偏，集电结反偏
图1.14三极管的工作电压电路
2、三极管的电流分配及放大关系
I E=I C+I B
I E≈I C
I C=βI B
三、三极管的特性曲线
三极管的特性曲线是指三极管的各电极电压与电流之间的关系曲线，它反映出三极管的特性。

它可以用专用的图示仪进行显示，也可通过实验测量得到。

1、输入特性曲线
它是指一定集电极和发射极电压UCE下，三极管的基极电流IB与发射结电压UBE之间的关系曲线。

/V
BE
测量三极管特性的实验电路三极管的输入特性曲线
简单分析曲线规律。

硅管的死区电压约0.5V ，锗管的死区电压约0.3V ，三极管处于放大状态时，硅管的U BE 约0.7V ，锗管的U BE 约0.3V 。

2．输出特性曲线
三极管的输出特性曲线是指一定基极电流I B 下，三极管的集电极电流I C 与集电结电压U CE 之间的关系曲线。

曲线的分析理解，难点。

一般把三极管的输出特性分为3个工作区域，下面分别介绍。

①截止区
三极管工作在截止状态时，具有以下几个特点： （a ）发射结和集电结均反向偏置；
（b ）若不计穿透电流I CEO ，有I B 、I C 近似为0；
（c ）三极管的集电极和发射极之间电阻很大，三极管相当于一个开关断开。

②放大区
输出特性曲线近似平坦的区域称为放大区。

三极管工作在放大状态时，具有以下特点：
（a ）三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置；
（b ）基极电流I B 微小的变化会引起集电极电流I C 较大的变化，有电流关系式：I C =βI B ；
（c ）对NPN 型的三极管，有电位关系：U C >U B >U E ；
（d ）对NPN 型硅三极管，有发射结电压U BE ≈0.7V ；对NPN 型锗三极管，
CE /V
有U BE≈0.2V。

③饱和区
三极管工作在饱和状态时具有如下特点：
（a）三极管的发射结和集电结均正向偏置；
（b）三极管的电流放大能力下降，通常有I C<βI B；
（c）U CE的值很小，称此时的电压U CE为三极管的饱和压降，用U CES表示。

一般硅三极管的U CES约为0.3V，锗三极管的U CES约为0.1V；
（d）三极管的集电极和发射极近似短接，三极管类似于一个开关导通。

三极管作为开关使用时，通常工作在截止和饱和导通状态；作为放大元件使用时，一般要工作在放大状态。

四、三极管的主要参数
三极管的参数有很多，如电流放大系数、反向电流、耗散功率、集电极最大电流、最大反向电压等，这些参数可以通过查半导体手册来得到。

（1）共发射极电流放大系数β和β
它是指从基极输入信号，从集电极输出信号，此种接法（共发射极）下的电流放大系数。

（2）极间反向电流
①集电极基极间的反向饱和电流I CBO
②集电极发射极间的穿透电流I CEO
（3）极限参数
①集电极最大允许电流I CM
②集电极最大允许功率损耗P CM
③反向击穿电压
五、三极管的检测
1.已知型号和管脚排列的三极管，判断其性能的好坏
（1）测量极间电阻
（2）三极管穿透电流ICEO大小的判断
（3）电流放大系数β的估计
2.判别三极管的管脚
（1）判定基极和管型
（2）判定集电极c和发射极e
图1.CK判别三极管c、e电极的原理图
目的与要求
1. 了解场效应管的结构及工作原理
2. 掌握场效应管的分类和符号
3. 了解场效应管的转移特性曲线及输出特性曲线
4. 知道场效应管的主要参数
重点与难点
重点场效应管的分类和符号
难点场效应管的转移特性曲线及输出特性曲线
教学方法
讲授法,列举法,启发法
教具
三极管，三角尺
小结
结型场效应管分为N沟道结型管和P沟道结型管，它们都具有3个电极：栅极、源极和漏极，分别与三极管的基极、发射极和集电极相对应。

绝缘栅场效应管分为增强型和耗尽型两种，每一种又包括N沟道和P沟道两种类型。

场效应管的主要参数
①夹断电压（U P）
②开启电压(U T)
③饱和漏极电流I DSS
④最大漏源击穿电压（U
）
（BR）DS
⑤跨导（g m）
布置作业
场效应管则是一种电压控制器件，它是利用电场效应来控制其电流的大小，从而实现放大。

场效应管工作时，内部参与导电的只有多子一种载流子，因此又称为单极性器件。

根据结构不同，场效应管分为两大类，结型场效应管和绝缘栅场效应管。

一、结型场效应管
结型场效应管分为N沟道结型管和P沟道结型管，它们都具有3个电极：栅极、源极和漏极，分别与三极管的基极、发射极和集电极相对应。

1.结型场效应管的结构与符号
图1.23所示为N沟道结型场效应管的结构与符号，结型场效应管符号中的箭头，表示由P区指向N区。

图1.23 N沟道结型管的结构与符号
P沟道结型场效应管的构成与N沟道类似，只是所用杂质半导体的类型要反过来。

图1.39所示为P沟道结型场效应管的结构与符号
图1.23 P沟道结型管的结构与符号
2.结型场效应管的工作原理
以N沟道结型场效应管为例，参考P16图1-24.
（1）当栅源电压UGS=0时，两个PN结的耗尽层比较窄，中间的N型导电沟道比较宽，沟道电阻小。

（2）当UGS<0时，两个PN结反向偏置，PN结的耗尽层变宽，中间的N 型导电沟道相应变窄，沟道导通电阻增大。

（3）当UP<UGS≤0且UDS>0时，可产生漏极电流ID。

ID的大小将随栅源电压UGS的变化而变化，从而实现电压对漏极电流的控制作用。

U DS的存在，使得漏极附近的电位高，而源极附近的电位低，即沿N型导电沟道从漏极到源极形成一定的电位梯度，这样靠近漏极附近的PN结所加的反向偏置电压大，耗尽层宽；靠近源极附近的PN结反偏电压小，耗尽层窄，导电沟道成为一个楔形。

注意，为实现场效应管栅源电压对漏极电流的控制作用，结型场效应管在工作时，栅极和源极之间的PN结必须反向偏置。

3.结型场效应管的特性曲线
（1）转移特性曲线
在场效应管的U DS一定时，I D与U GS之间的关系曲线称为场效应管的转移特性曲线，如图1.25所示。

它反映了场效应管栅源电压对漏极电流的控制作用。

图1.25 N沟道结型场效应管的转移特性曲线
图1.25N沟道结型场效应管的输出特性曲线
当U GS=0时，导电沟道电阻最小，I D最大，称此电流为场效应管的饱和漏极电流I DSS。

当U GS=U P时，导电沟道被完全夹断，沟道电阻最大，此时I D=0，称U P为夹断电压。

（2）输出特性曲线
输出特性曲线是指栅源电压U GS一定时，漏极电流I D与漏源电压U DS之间的关系曲线。

场效应管的输出特性曲线可分为四个区域：
可变电阻区
恒流区
截止区（夹断区）
击穿区
二、绝缘栅场效应管
绝缘栅场效应管是由金属（Metal）、氧化物（Oxide）和半导体（Semiconductor）材料构成的，因此又叫MOS管。

绝缘栅场效应管分为增强型和耗尽型两种，每一种又包括N沟道和P沟道两种类型
补充：耗尽型：U GS=0时漏、源极之间已经存在原始导电沟道。

增强型：U GS=0时漏、源极之间才能形成导电沟道。

无论是N沟道MOS管还是P沟道MOS管，都只有一种载流子导电，均为单极型电压控制器件。

MOS管的栅极电流几乎为零，输入电阻R GS很高。

1、结构与符号
以N沟道增强型MOS管为例，它是以P型半导体作为衬底，用半导体工艺技术制作两个高浓度的N型区，两个N型区分别引出一个金属电极，作为MOS 管的源极S和漏极D；在P形衬底的表面生长一层很薄的SiO2绝缘层，绝缘层上引出一个金属电极称为MOS管的栅极G。

B为从衬底引出的金属电极，一般工作时衬底与源极相连。

图1.26 N沟道增强型MOS管的结构与符号
符号中的箭头表示从P区（衬底）指向N区（N沟道），虚线表示增强型。

2、N沟道增强型MOS管的工作原理
如P18图1.27所示，在栅极G和源极S之间加电压U GS，漏极D和源极S之间加电压U DS，衬底B与源极S相连。

形成导电沟道所需要的最小栅源电压U GS，称为开启电压U T。

3、特性曲线
（1）转移特性曲线
（2）输出特性（漏极特性）曲线
图1.28N沟道增强型MOS管的转移特性曲线
图1.28 N沟道增强型MOS管的输出特性曲线
三、场效应管的主要参数
①夹断电压（U P）
②开启电压(U T)
③饱和漏极电流I DSS
④最大漏源击穿电压（U
）
（BR）DS
⑤跨导（g m）
四、场效应管应注意的事项
（1）选用场效应管时，不能超过其极限参数。

（2）结型场效应管的源极和漏极可以互换。

（3）MOS管有3个引脚时，表明衬底已经与源极连在一起，漏极和源极不能互换；有4个引脚时，源极和漏极可以互换。

（4）MOS管的输入电阻高，容易造成因感应电荷泄放不掉而使栅极击穿永久失效。

因此，在存放MOS管时，要将3个电极引线短接；焊接时，电烙铁的外壳要良好接地，并按漏极、源极、栅极的顺序进行焊接，而拆卸时则按相反顺序进行；测试时，测量仪器和电路本身都要良好接地，要先接好电路再去除电极之间的短接。

测试结束后，要先短接电极再撤除仪器。

（5）电源没有关时，绝对不能把场效应管直接插入到电路板中或从电路板中拔出来。

（6）相同沟道的结型场效应管和耗尽型MOS场效应管，在相同电路中可以通用。

第5节其他半导体器件简单介绍，了解。

§2.1 基本共射极放大电路目的与要求
1. 掌握共射极放大电路组成
2. 了解共射极放大电路的工作原理及性能特点
3. 知道共射极放大电路中各元件的作用
重点与难点
重点共射极放大电路组成
难点共射极放大电路的工作原理
教学方法
讲授法,列举法,启发法
教具
三极管，三角尺
小结
电路中各元件的作用如下。

（1）三极管
（2）隔直耦合电容C1和C2
（3）基极回路电源UBB和基极偏置电阻Rb
（4）集电极电源U CC
（5）集电极负载电阻Rc
布置作业
第二章常用放大器
2.1 基本共射极放大电路
一、三极管在放大电路中的三种连接方式
上图所示为三极管在放大电路中的三种连接方式：图（a）从基极输入信号，从集电极输出信号，发射极作为输入信号和输出信号的公共端，此即共发射极（简称共射极）放大电路；图（b）从基极输入信号，从发射极输出信号，集电极作为输入信号和输出信号的公共端，此即共集电极放大电路；图（c）从发射极输入信号，从集电极输出信号，基极作为输入信号和输出信号的公共端，此即共基极放大电路。

二、基本放大电路的组成和工作原理
1.共射极放大电路组成
在三种组态放大电路中，共发射极电路用得比较普遍。

这里就以NPN共射极放大电路为例，讨论放大电路的组成、工作原理以及分析方法。

电路中各元件的作用如下。

（1）晶体管V。

放大元件，用基极电流iB控制集电极电流iC。

（2）电源UCC和UBB。

使晶体管的发射结正偏，集电结反偏，晶体管处在放大状态，同时也是放大电路的能量来源，提供电流iB和iC。

UCC一般在几伏到十几伏之间。