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计算机电路基础,执教者谢婷,,半导体基本知识,半导体定义导电性能介于导体和绝缘之间的物质材料常见硅、锗硅、锗晶体的每个原子均是靠共价键紧密结合在一起。,本征半导体,本征半导体纯净的半导体。0K时，价电子不能挣脱共价键而参与导电，因此不导电。随T上升晶体中少数的价电子获得能量。挣脱共价键束缚，成为自由电子，原来共价键处留下空位称为空穴。空穴与自由电子统称载流子。自由电子负电荷空穴正电荷不导电自由电子与空穴成对出现/复合,杂质半导体,杂质半导体在本征半导体中掺入微量杂质。导电性能发生变化N型半导体P型半导体,N型半导体/电子型半导体,定义硅晶体中掺入五价元素（磷、锑）自由电子（多子）掺杂热激发空穴（少子）热激发,P型半导体/空穴型半导体,定义硅晶体中掺入三价元素（硼、铟）自由电子（少子）热激发空穴（多子）掺杂热激发总结多子掺杂（主）热激发少子热激发（主）,PN结的形成,多子扩散运动形成耗尽层空穴浓度P区N区；自由电子P区浓度低扩散，扩散到对方复合，交界区仅剩正负离子形成耗尽层/阻挡层/空间电荷区/内电场EIN。少子漂移运动内电场的存在，阻止了多子的扩散，P区的少子电子，N区少子空穴，内电场作用下向对方移动漂移。总结PN结中存在由浓度差引起的多子扩散运动，它使阻挡层变宽；由内电场作用下产生的少子漂移运动，它使阻挡层变窄。当两者强度相当时，达到动态平衡。,思考PN结内部存在电场，若将P区与N区端点用导线连接，是否有电流流过,无电流流过在无外电压的条件下，扩散电流漂移电流，且方向相反，处于平衡状态，所以流过交界面的静态电流为0。,（一）PN结的单向导电性,1．加正向电压（正向偏置）P区接电源正极，N区接电源负极。外电场EEXT与内电场EIN方向相反。即削弱了内电场，空间电荷区变窄，有利于多子扩散，不利于少子漂移，使扩散电流大大超过了漂移电流，于是回路形成较大的正向电流IF。EEXTEIN导通,一PN结的单向导电性,2.加反向电压（反向偏置）P区接电源负极，N区接电源正极。外电场EEXT与内电场EIN方向相同。即加强了内电场，空间电荷区变宽，不利于多子扩散，有利于少子漂移，使漂移电流超过扩散电流，于是回路中形成反向电流IR。因为是少子产生，所以很微弱。PN结截止,（一）PN结的单向导电性,总结PN结具有单向导电性，当正向偏置时，有较大的正向电流，电阻很小，成导通状态，反向偏置时电流很小（几乎为0）。电阻很大，成截止状态。,PN结的伏安特性,正向特性（u0）UON开启/导通电压硅0.5V锗0.1V反向特性u5mA，ILMAXI1MAX-578-573mA，RLMIN5.6/7375Ω，只要负载电阻RL大于75Ω,其上可获得稳定的5.6伏输出电压。,半导体三极管,材料硅、锗分类NPN、PNP组成三极发射极e、基极b、集电极c两结发射结、集电结,三极管放大原理,要求发射结正偏，集电结反偏发射区向基区发射电子电子在基区中扩散与复合电子被集电极收集,输出特性曲线,截止区ＵBE＜UONiB≈0,iC≈0放大区ＵBE≥UON（硅0.5V；锗0.3V）ICβIB饱和区ＵBE＞UONIＢＳ＞IＣＳ／β,截止区,三极管主要参数,共发射极电流放大系数β集电极-发射极击穿电压UCEO集电极最大电流ICM最大功率PCM特征频率fT集电极-发射极饱和压降UCES,例开关电路如图所示.输入信号U1是幅值为5V频率为1KHZ的脉冲电压信号.已知β125,三极管饱和时UBE0.7V,UCES0.25V.试分析电路的工作状态和输出电压的波形,,三极管的三种接法,共射极电路共基极电路共集极电路（射极跟随器）,MOS场效应管,压控电流源器件分类增强型、耗尽型PMOS管、NMOS管特性曲线转移特性曲线输出特性曲线,MOS场效应管的主要参数,直流参数开启电压UTN，UTP输入电阻rgs交流参数跨导gm导通电阻Rds极间电容,例NMOS管构成反相器如图示,其主要参数为UTN2.0V，gM1.3MA/V，rDSON875，电源电压UC12V。输入脉冲电压源辐值为5V,频率为1KHZ。试分析电路的工作状态及输出电压UO的波形。,1uI0V，uCSuI0UNT管子导通uDSUC*rDSON/rDSONR10.9V.,本章小结,开关特性二极管、三极管、MOS管三种管子的特性曲线与主要参数,重点和难点,重点１、理解PN结的单向导电性。２、理解三极管的电流放大作用及实现电流作用的外部工作条件。理解三极管的输入特性和输出特性以及主要参数。３、掌握三极管输出特性曲线中的截止区、放大区和饱和区等概念。４、熟悉对三极管开关电路工作状态的分析方法。５、熟悉MOS场效应管的分类及符号。难点１、载流子运动规律与器件外部特性的关系。只须了解，不必深究,主教材重点例题,１、P44例2.1.1２、P51例2.2.1３、P61例2.3.1作业P641P655,