【正文】 第1章 半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)教學(xué)目的：了解載流子的運(yùn)動規(guī)律，PN結(jié)的形成及特性，掌握二極管、三極管的工作原理、特性曲線及主要參數(shù)。教學(xué)重點(diǎn)：二極管的應(yīng)用，三極管的特性曲線及工作狀態(tài)的分析。教學(xué)難點(diǎn)：穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用，三極管電路的分析教學(xué)內(nèi)容：半導(dǎo)體及其特性，PN結(jié)及其特性，半導(dǎo)體二極管，半導(dǎo)體三極管及其工作原理，三極管的共特性曲線及主要參數(shù)。 教學(xué)方法：理論講解與舉例相結(jié)合，講例題時邊講邊練（學(xué)生先作，老師后講）。教學(xué)進(jìn)度：本內(nèi)容為12學(xué)時，、,。參考資料：電子電路基礎(chǔ)（林家儒主編，第2版，2006年），114頁。教學(xué)內(nèi)容第一節(jié) 半導(dǎo)體及其特性一、半導(dǎo)體的基本知識概念：導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。元素：半導(dǎo)體器件中用的最多的是硅和鍺?，F(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們的最外層電子（價電子）都是四個。 半導(dǎo)體的特點(diǎn)：(1)、當(dāng)受外界熱和光的作用時，它的導(dǎo)電能力明顯變化。(2)、當(dāng)受外界熱和光的作用時，它的導(dǎo)電能力明顯變化。(3)、純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會使它的導(dǎo)電能力明顯改變。二、本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電形式兩種載流子：自由電子（帶負(fù)電）和空穴（帶正電）在常溫下，使一些價電子獲得足夠的能量而脫離共價鍵的束縛，成為自由電子，同時共價鍵上留下一個空位，稱為空穴。這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)，也稱熱激發(fā)。電子空穴對：因熱激發(fā)而出現(xiàn)的自由電子和空穴是同時成對出現(xiàn)的，本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成：自由電子移動產(chǎn)生的電流和空穴移動產(chǎn)生的電流。三、雜質(zhì)半導(dǎo)體概念：在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加。N 型半導(dǎo)體：自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也稱為（電子半導(dǎo)體）。加五價元素（磷）自由電子占大多數(shù)，稱為多子；空穴占少數(shù)，叫少子。P 型半導(dǎo)體：空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也稱為（空穴半導(dǎo)體）。加三價元素（硼）空穴占大多數(shù)，稱為多子；自由電子占少數(shù)，叫少子。第二節(jié) PN結(jié)及其特性 一、PN結(jié)的形成在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造P 型半導(dǎo)體和N 型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流子的擴(kuò)散，在它們的交界面處就形成了PN 結(jié)。二、重要特性 單向?qū)щ娦裕篜N 結(jié)加上正向電壓、正向偏置的意思都是： P 區(qū)加正、N 區(qū)加負(fù)電壓。三、注意（1）、空間電荷區(qū)中內(nèi)電場阻礙P中的空穴、N區(qū)中的電子（都是多子）向?qū)Ψ竭\(yùn)動（擴(kuò)散運(yùn)動）。（2）、P區(qū)中的電子和N區(qū)中的空穴（都是少子），數(shù)量有限，因此由它們形成的電流很小。四、PN結(jié)的伏安特性測二極管的伏安特性曲線圖如下： 正向： ① 正向電壓VF小于門坎電壓VT時，二極管V截止，正向電流IF =0；其中，門檻電壓 ② VF VT時，V導(dǎo)通，IF急劇增大。導(dǎo)通后V兩端電壓基本恒定：結(jié)論：正偏時電阻小，具有非線性。反向：反向電壓VR VRM (反向擊穿電壓)時，反向電流IR很小，且近似為常數(shù)，稱為反向飽和電流。VR VRM時，IR劇增，此現(xiàn)象稱為反向電擊穿。對應(yīng)的電壓VRM稱為反向擊穿電壓。結(jié)論：反偏電阻大，存在電擊穿現(xiàn)象。電擊穿——可逆熱擊穿——不可逆雪崩擊穿——高反壓，碰撞電離齊納擊穿——較低反壓，場致激發(fā)第三節(jié) 半導(dǎo)體二極管一、半導(dǎo)體二極管外型：實物內(nèi)部結(jié)構(gòu)：PN節(jié)二極管的電路符號：二、主要參數(shù) 1. 最大整流電流 IOM：二極管長期使用時，允許流過二極管的最大正向平均電流。2. 反向擊穿電壓UBR：二極管反向擊穿時的電壓值。擊穿時反向電流劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐?，甚至過熱而燒壞。手冊上給出的最高反向工作電壓UWRM一般是UBR的一半。3. 反向電流 IR指二極管加反向峰值工作電壓時的反向電流。反向電流大，說明管子的單向?qū)щ娦圆?，因此反向電流越小越好。反向電流受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流要比硅管大幾十到幾百倍。三、常用二極管類型1．分類(1) 按材料分：硅管、鍺管；(2) 按PN結(jié)面積：點(diǎn)接觸型(電流小，高頻應(yīng)用)、面接觸型(電流大，用于整流)； (3) 按用途：如圖所示， 二極管圖形符號例如利用單向?qū)щ娦园呀涣麟娮兂芍绷麟姷恼鞫O管；利用反向擊穿特性進(jìn)行穩(wěn)壓的穩(wěn)壓二極管；利用反向偏壓改變PN結(jié)電容量的變?nèi)荻O管；利用磷化鎵把電能轉(zhuǎn)變成光能的發(fā)光二極管；將光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕墓怆姸O管。2．型號舉例如下整流二極管——2CZ82B穩(wěn)壓二極管——2CW50變?nèi)荻O管——2AC1等等四、穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路：抑制電網(wǎng)電壓和整流電路負(fù)載的變化引起的輸出電壓變化，將平滑的直流電變成穩(wěn)定的直流電。1．硅穩(wěn)壓二極管的特性(1)穩(wěn)壓管工作在反向擊穿狀態(tài)。(2)當(dāng)工作電流滿足條件時，穩(wěn)壓管兩端電壓幾乎不變。2．穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)(1)穩(wěn)定電壓——穩(wěn)壓管在規(guī)定電流下的反向擊穿電壓。(2)穩(wěn)定電流IZ——穩(wěn)壓管在穩(wěn)定電壓下的工作電流。(3)最大穩(wěn)定電流IZmax——穩(wěn)壓管允許長期通過的最大反向電流。(4)動態(tài)電阻rZ——穩(wěn)壓管兩端電壓變化量與電流變化量的比值，即rZ = DVZ/DIZ。此值越小，管子穩(wěn)壓性能越好。 第四節(jié) 半導(dǎo)體三極管及其工作原理一、三極管的結(jié)構(gòu)及符號三極管是由兩個PN結(jié)組成，按PN結(jié)的組成方式，三極管有PNP型和NPN型兩種類型。從結(jié)構(gòu)上看，三極管內(nèi)部有三個區(qū)域，分別稱為發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)，并相應(yīng)地引出三個電極，發(fā)射極(e)、基極(b)和集電極(c)。三個區(qū)形成的兩個PN結(jié)分別稱為發(fā)射結(jié)和集電結(jié)。二、三極管的三種連接方式因為放大器一般為4端網(wǎng)絡(luò)，而三極管只有3個電極，所以組成放大電路時，勢必要有一個電極作為輸入與輸出信號的公共端。根據(jù)所選公共端電極的不同，有以下三種連接方式。⑴共基極、⑵共發(fā)射極、⑶共集電極。三、三極管的放大作用1. 三極管實現(xiàn)放大的結(jié)構(gòu)要求和外部條件⑴結(jié)構(gòu)要求①發(fā)射區(qū)重?fù)诫s，多數(shù)載流子電子濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)多數(shù)載流子空穴濃度。②基區(qū)做的很薄，通常只有幾微米到幾十微米，而且是低摻雜。③集電極面積大，以保證盡可能收集到發(fā)射區(qū)發(fā)射的電子。⑵外部條件外加電源的極性應(yīng)使發(fā)射結(jié)處于正向偏置；集電結(jié)處于反向偏置狀態(tài)。 IC≈IE第五節(jié) 三極管的共射特性曲線及主要參數(shù)一、輸入特性當(dāng)UCE不變時，輸入回路中的電流與IB與電壓UBE之間的關(guān)系曲線稱為輸入特性，即UCE＝0V時，從三極管的輸入回路看，相當(dāng)于兩個PN結(jié)的并聯(lián)，當(dāng)b、e間；加上正電壓時，三極管的輸入特性就是兩個正向二極管的伏安特性。UCE≥1V，b、e間加正電壓，此時集電極電位比基極高，集電結(jié)為反向偏置，阻擋層變寬，基區(qū)變窄，基區(qū)電子復(fù)合減少，故基極電流IB下降。與UCE＝0V時相比，在相同條件下，IB要小得多。結(jié)果輸入特性曲線將右移。二、 輸出特性當(dāng)IB不變時，輸出回路中的電流IC與電壓UCE之間的關(guān)系曲線稱為輸出特性。固定一個IB值，得一條輸出特性曲線，改變IB值，可提一簇輸出特性曲線。在輸出特性曲線上可以劃分為三個區(qū)域。⑴截止區(qū)IB≤0的區(qū)域稱為截止區(qū)。在截止區(qū)，集電結(jié)和發(fā)射結(jié)均處于反向偏置。即UBE0、 UBC0⑵放大區(qū)發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。對于硅NPN型三極管，UBE≥ UBC0△IC=△IB⑶飽和區(qū)在靠近縱軸附近，各條輸出曲線的上升部分屬于飽和區(qū)，在這個區(qū)域，不同IB值的各條曲線幾乎重疊在一起。IC不再隨IB變化，此時三極管失去了放大作用。發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都處于正向偏置狀態(tài)。對NPN型三極管，UBE0 UBC0臨界飽和： UCE=UBE 即UCB=0時過飽和：UCEUBE 在深度飽和時，小功率管的管壓降為UCES通常小于0.三、三極管的主要參數(shù)（1）電流放大系數(shù)①共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)β②共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)③共基極交流電流放大系數(shù)α④共基極直流電流放大系數(shù) （2）極間反向電流①集電極基極反向飽和電流ICBO②集電極發(fā)射極穿透電流ICEO這兩項越小，管子質(zhì)量越高。（3）極限參數(shù)①集電極最大允許電流ICM由于三極管的電流放大系數(shù)β值與工作電流有關(guān)，工作電流太大，β就下降，使三極管的性能下降，也使放大的信號產(chǎn)生嚴(yán)重失真。一般定義當(dāng)β值下降為正常值的1/3～2/3時的IC值為ICM。②集電極最大允許功率損耗PCMPC=ICUCE PCPCM為安全區(qū) PCPCM為過耗區(qū)課后作業(yè)：、、第2章 放大電路分析基礎(chǔ)教學(xué)目的：掌握共射放大電路的基礎(chǔ)，圖解分析法和等效電路分析法，共基和共集放大電路。教學(xué)重點(diǎn)：靜態(tài)工作點(diǎn)的分析，放大電路的動態(tài)特性，圖解分析和等效電路分析。教學(xué)難點(diǎn)：放大電路的動態(tài)分析。教學(xué)內(nèi)容：共射放大電路分析基礎(chǔ)，放大電路的圖解分析，放大電路的等效電路分析，共集放大電路，共基放大電路。教學(xué)方法：理論講解與舉例相結(jié)合，課后習(xí)題學(xué)生先做再講解。教學(xué)進(jìn)度：本內(nèi)容為14學(xué)時， 、2,參考資料：電子電路基礎(chǔ)（林家儒主編，第2版，2006年），1945頁。教學(xué)內(nèi)容第一節(jié) 共射放大電路分析基礎(chǔ)一、放大電路的基本概念放大：所謂放大，表面上是將信號的幅度由小增大，但是放大的實質(zhì)是能量的轉(zhuǎn)換，即由一個較小的輸入信號控制直流電源，使之轉(zhuǎn)換成交流能量輸出，驅(qū)動負(fù)載。注意：一定要有功率放大（變壓器不是放大器）放大電路的組成的原則是：⑴為保證三極管工作在放大區(qū)，發(fā)射結(jié)必須正向偏置；集電結(jié)必須反向運(yùn)用。⑵電路中應(yīng)保證輸入信號能加至三極管的發(fā)射結(jié)，以控制三極管的電流。同時，也要保證放大了的信號從電路中輸出。二、放大電路的組成如圖，元件介紹：（1）、c1 、c2耦合電容(隔直電容)的作用：使交流信號順利通過，而無直流聯(lián)系。耦合電容容量較大，一般采用電解電容器，而電解電容分正負(fù)極，接反就會損壞。（2）RB RC 偏置電阻。（3）核心元件為三極管。（4）直流電源為能量提供者。上圖是NPN型三極管組成的放大電路，若用PNP型，則電源和電解電容極性反接就可以了。實際中，為了方便，采用單電源，如下左圖。習(xí)慣畫法如下圖。三、靜態(tài)特性分析靜態(tài)：無輸入信號ui時直流分析：又稱為靜態(tài)分析，用于求出電路的直流工作狀態(tài)，即基極直流電流IB；集電極直流電流IC；集電極與發(fā)射極間的直流電壓UCE。求靜態(tài)工作點(diǎn)就是求IB IC UCE1. 求IB由于三極管導(dǎo)通時，UBE變化很小，可視為常數(shù)。一般地硅管 UBE＝～ 鍺管 UBE＝～ 當(dāng)UCC、Rb已知，可求出IBQ2. 求IC3. 求UCE四、直流通路和交流通路當(dāng)輸入信號為零時，電路只有直流電流；當(dāng)考慮信號的放大時，我們應(yīng)考慮電路的交流通路。所以在分析、計算具體放大電路前，應(yīng)分清放大電路的交、直流通路。由于放大電路中存在著電抗元件，所以直流通路和交流通路不相同。直流通路：電容視為開路，電感視為短路；交流通路：電容和電感作為電抗元件處理，一般電容按短路處理，電感按開路處理。直流電源因為其兩端的電壓固定不變，內(nèi)阻視為零，故在畫交流通路時也按短路處理。要求同學(xué)能畫出一個放大電路的直流通路和交流通路。第二節(jié) 放大電路的圖解分析一、靜態(tài)工作特性的分析三極管電流、電壓關(guān)系可用其輸入特性曲線和輸出特性曲線表示。我們可以在特性曲線上，直接用作圖的方法來確定靜態(tài)工作點(diǎn)。圖解法求Q點(diǎn)的步驟：在輸出特性曲線所在坐標(biāo)中，按直流負(fù)載線方程,作出直流負(fù)載線。由基極回路求出IBQ找出這一條輸出特性曲線與直流負(fù)載線的交點(diǎn)即為Q點(diǎn)。讀出Q點(diǎn)的電流、電壓即為所求?！纠咳缦聢D電路，已知Rb=280kΩ，Rc=3kΩ，Ucc=12V，三極管的輸出特性曲線也如下圖所示，試用圖解法確定靜態(tài)工作點(diǎn)。解：首先寫出直流負(fù)載方程，并做出直流負(fù)載線uCE=UCC－iCRciC=0，uCE=UCC=12V，得M點(diǎn)；uCE=0，iC=UCC/Rc=12/3=4mA，得N點(diǎn)；連接MN，即得直流負(fù)載線。直流負(fù)載線與iB=IBQ=40μA這一條特性曲線的交點(diǎn)，即為Q點(diǎn)，從圖上可得ICQ=2mA，UCEQ=6V。二、動態(tài)特性分析畫交流負(fù)載線交流負(fù)載線具有如下兩個特點(diǎn)：⑴交流負(fù)載線必通過Q點(diǎn)，因為當(dāng)輸入信號ui的瞬時值為零時，如忽略電容C1和C2的影響，則電路狀態(tài)和靜態(tài)相同。⑵交流負(fù)載線的斜率由決定。因此，按上述特點(diǎn)，可做出交流負(fù)載線，即通過Q點(diǎn)，作一條的直線，就是交流負(fù)載線。具體作法如下：首先作一條的輔助線(此線有無數(shù)條)，然后過Q點(diǎn)作一條平行于輔助線的直線即為交流負(fù)載線。由于，所以，故一般情況下交流負(fù)載線比直流負(fù)載線陡。交流負(fù)載線的另外一種作法：交流負(fù)載線也可以通過求出交流負(fù)載線在uCE坐標(biāo)的截距，再與Q點(diǎn)相連即可得到。設(shè)截距點(diǎn)為，則有：畫輸入輸出的交流波形圖設(shè)電路使則：從圖可讀出相應(yīng)的數(shù)據(jù)，畫出波形，數(shù)據(jù)如下表所示ωt0ππ/2π3π/22πiB/uA