电子技术基础课程

常用的半导体器件
电子技术基础
例2 . 已知 Uab=1.5 V，Ubc=1.5 V。求 Ua；Ub；Uc；Uac
a
(1) 以a点为参考点，Ua=0
Uab= Ua–Ub Ub = Ua –Uab= –1.5 V
1.5 V Ubc= Ub–Uc Uc = Ub –Ubc= –1.5–1.5= –3 V b
（后面详细介绍）
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（3） 绝缘体
绝缘体的最外层电子数一般为6~8个，且距原子核较 近，因此受原子核的束缚力较强而不易挣脱其束缚。
常温下绝缘体内部几乎不存在自由电子，因此导电能 力极差或不导电。
常用的绝缘体材料有橡胶、云母、陶瓷等。
＋
原子核
绝缘体的特点：
内部几乎没有自由电子， 因此不导电。
沿任一回路，所有支路电压的代数和恒等于零。即
例:
u(t ) 0
a
R2 I2
+
b
U_S1 f 绕行方向 R1
R3 I3
I1
I4
c
e_ US4+ d R4
首先考虑选定一个绕行方向:顺 时针或逆时针。
若选顺时针方向绕行时:
uab+ubc-udc-ued -ufe-uaf=0
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+ U_S1 f 绕行方向
R1
I1
I4
e_ US4+ d R4
b
udc= –R4I4 ued= –US4
ufe=R1I1
uaf=US1
R3 I3
代入左式： uab+ubc-udc-ued-ufe-uaf=0
cቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
得：
–R1I1–US1+R2I2–R3I3+R4I4+US4=0
–R1I1+R2I2–R3I3+R4I4=US1–US4
Uac= Ua–Uc = 0 –(–3)=3 V
1.5 V (2) 以b点为参考点，Ub=0
c
Uab= Ua–Ub Ua = Ub +Uab= 1.5 V
Ubc= Ub–Uc Uc = Ub –Ubc= –1.5 V
Uac= Ua–Uc = 1.5 –(–1.5) = 3 V 结论：电路中电位参考点可任意选择；当选择不同的电位
＋
原子核
导体的特点：
内部含有大量的自由电子
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（2） 半导体
半导体的最外层电子数一般为4个，在常温下存在的自 由电子数介于导体和绝缘体之间，因而在常温下半导体的 导电能力也是介于导体和绝缘体之间。
常用的半导体材料有硅、锗、硒等。
＋
原子核
半导体的特点：
虽然导电性能介于导体 和绝缘体之间，但是具有 其独特的性能。
＋4
＋4
＋4 成为自由电子。
由于热激发而在晶体中出现电子空穴对的现象称为本征激发。
本征激发的结果，造成了半导体内部自由电子载流子运动的产 生，由此本征半导体的电中性被破坏，使失掉电子的原子变成带 正电荷的离子。
由于共价键是定域的，这些带正电的离子不会移动，即不能参 与导电，成为晶体中固定不动的带正电离子。
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受光照或温度
＋4
＋4
＋4
此时整个晶 体带电吗？
上升影响，共
为什么？
价键中其它一
些价电子直接
跳进空穴，使
＋4
＋4
＋4
失电子的原子
重新恢复电中
性。
＋4
＋4
＋4
价电子填补空穴的现象称为复合。
参与复合的价电子又会留下一个新的空位，而这个新的 空穴仍会被邻近共价键中跳出来的价电子填补上，这种价 电子填补空穴的复合运动使本征半导体中又形成一种不同 于本征激发下的电荷迁移，为区别于本征激发下自由电子 载流子的运动，我们把价电子填补空穴的复合运动称为空 穴载流子运动。
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电子技术基础 一、几个名词：(定义) 1.支路：电路中通过同一电流的每个分支，称为一条支路。 (
电路中的支路数用b来表示)
2.结点: 三条或三条以上支路的连接点称为结点 (结点数用n 来表示 )。
3.路径：两结点间的一条通路。路径由支路构成。
4.回路：由支路组成的闭合路径(回路数用 l 来表示) 。 a
电子技术基础 本征半导体——纯净的、不含其他杂质的半导体。
＋4
＋4
晶格结构
＋4
＋4
＋4
＋4
实际上半导体的 晶格结构是三维 的。
＋4
＋4
＋4
共价键结构
本征半导体原子核最外层的价电子都是4个，称为四价元 素，它们排列成非常整齐的晶格结构。在本征半导体的晶格 结构中，每一个原子均与相邻的四个原子结合，即与相邻四 个原子的价电子两两组成电子对，构成共价键结构。
a
R2 I2
+
b
U_S1 f 绕行方向 R1
R3 I3
I1
I4
c
e_ US4+ d R4
uab+ubc-udc-ued -ufe-uaf=0
证明：
uab+ubc-udc-ued -ufe-uaf = (Ua–Ub)+ (Ub – Uc) – (Ud–Uc) –
(Ue – Ud) – (Uf – Ue) – (Ua – Uf) =0
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（1） 导体
导体的最外层电子数通常是1~3个，且距原子核较远， 因此受原子核的束缚力较小。由于温度升高、振动等外界 的影响，导体的最外层电子就会获得一定能量，从而挣脱 原子核的束缚而游离到空间成为自由电子。因此，导体在 常温下存在大量的自由电子，具有良好的导电能力。常用 的导电材料有银、铜、铝、金等。
注意列写KCL方程时，各支路电流的方向采用的是参考方向。
注意电流正负符号:
(1)电流实际方向和参考方向之间关系； (2)流入 、流出结点。
KCL可推广到一个封闭面：
i1+i2+i3=0
(其中必有负的电流) i1
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电子技术基础 三、基尔霍夫电压定律(KVL)：在集总参数电路中，任何时刻，
+
+
uS1 _ 1
uS2 _
2
R3
3
b=3 n=2
R1
R2
l=3
b
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二、基尔霍夫电流定律 (KCL)：在集总参数电路中，任何时刻
，对任一结点，所有流出(流入)结点的各支路电流的代数
和恒等于零。即
i(t) 0
例:
i1
i2
•
i4 i3
令流出为“+”(支路电流背离结点) –i1+i2–i3+i4=0
WAB=WBA，此时可等效视为电场力做了负功–WAB，则B到
A的电压为
UBA

WAB q
U AB
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电子技术基础 （3）电位：电路中为分析的方便，常在电路中选某一点 为参考点，把任一点到参考点的电压称为该点的电位。
参考点的电位一般选为零，所以，参考点也称为零电位 点。
电位用U表示，单位与电压相同，也是V(伏)。
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从共价键晶格结 构来看，每个原
＋4
＋＋4
＋4 在游离走的价电子原 位上留下一个不能移
子外层都具有8个
动的空位，叫空穴。
价电子。但价电
子是相邻原子共 用，所以稳定性
＋＋4
＋4
并不能象绝缘体
那样好。
＋4
受光照或温度上升
影响，共价键中价电
子的热运动加剧，一
些价电子会挣脱原子
核的束缚游离到空间
参考时，电路中各点电位均不同，但任意两点间电
压保持不变。
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3. 基尔霍夫定律
基尔霍夫定律包括基尔霍夫电流定律
(Kirchhoff’s Current Law—KCL )和基尔霍夫 电压定律(Kirchhoff’s Voltage Law—KVL )。
它反映了电路中所有支路电流和电压的约束关系，是 分析集总参数电路的基本定律。基尔霍夫定律与元件 特性构成了电路分析的基础。
电子技术基础 主编 姜桥
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第1章 常用的半导体器件 第2章 基本单管放大电路 第3章 多级放大电路 第4章 负反馈放大电路 第5章 集成运算放大器的应用 第6章 直流稳压电源 第7章 逻辑代数与逻辑门电路 第8章 组合逻辑电路 第9章 集成触发器 第10章 时序逻辑电路 第11章 大规模集成电路
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3. 本征半导体
最常用的半导体为硅(Si)和锗(Ge)。它们的共同特征是四价 元素，即每个原子最外层电子数为4个。
+
+
Si(硅原子)
Ge(锗原子)
Si
Ge
+4
+4
因为原子呈电中性，所 以简化模型图中的原子 核只用带圈的+4符号表 示即可。
硅原子和锗原子的简化模型图
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电子技术基础 低频信号发生器的内部结构
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电子技术基础 二、电路模型 (circuit model) 1. 理想电路元件：根据实际电路元件所具备的电磁性质来设
想的具有某种单一电磁性质的元件，其u，i关系可用简单 的数学式子严格表示。 几种基本的电路元件： 电阻元件：表示消耗电能的元件。 电感元件：表示各种电感线圈产生磁场，储存磁场能的元件。 电容元件：表示各种电容器产生电场，储存电场能的元件。 电源元件：表示各种将其它形式的能量转变成电能的元件。