计 算 机 电 路 基 础 执教者：谢婷.

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1 计 算 机 电 路 基 础 执教者：谢婷

2 本章内容 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

3 重点和难点 重点： 难点： 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

4 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。

5 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

6 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

7 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

8 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）

9 PN结的形成 多子扩散运动形成耗尽层 少子漂移运动
空穴浓度： P区>N区；自由电子：P区<N区 多子由浓度高—>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。

10 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。

11 （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。
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。 EEXT< EIN 截止 EEXT> EIN 导通

12 (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。
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

13 （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。

14 PN结的伏安特性 正向特性（u>0） 反向特性 (u<0) 击穿特性 UON：开启/导通电压 硅：0.5V 锗：0.1V
U（RB）：击穿电压 稳压管使用

15 半导体二极管 A：阳极/正极 K：阴极/负极 二极管的伏安特性与PN结伏安特性一致。 二极管主要参数： 1． 最大正向电流IF
2．  反向击穿电压U（RB） 3．  反向电流IR 4．  最高工作频率FT 和反向恢复时间tre 5、 温度影响

16 限幅电路如图示：假设输入UI为一周期性矩形脉冲，低电压UIL=-5V，高电压UIH=5V。
当输入UI为-5V时，二极管D截止， 视为“开路”，输出UO=0V。 当输入UI为+5V时，二极管D导通， 由于其等效电阻RD相对于负载电 阻R的值小得多，故UI基本落在R上， 即UO=UI=+5V。

17 二极管分析 1、分析二极管的状态：是导通还是截止——二极管的两端电压：若是反偏则截止；若是正偏还要看P的电压是否比N的电压高Uon（导通电压）是则导通，否则截止。若是理想二级管，Uon=0V。 2、二极管导通则相当于一导线（理想状态）或一个小电阻（非理想状态）；截止则相当于断开的开关。

18 稳压管及其应用 工作在反向击穿状态，输出稳定值 与普通二极管相反，阴极：高；阳极：低 如图：稳压值5.6V，IZ：5mA~82mA，分析电路
不接RL时 ，IL=0，I1=IZD ，RMIN=(12-5.6)/IZM=78Ω ， 若选R=82Ω ，I1MAX=(12-5.6)/82=78mA 保证IZD>5mA ，ILMAX=I1MAX-5=78-5=73mA， RLMIN=5.6/73=75Ω ，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。

19 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 三区：发射区、基区、集电区 两结：发射结、集电结

20 三极管放大原理 发射区浓度很高，基区浓度低且很簿 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

21 输出特性曲线 截止区：ＵBE＜UON iB≈0,iC≈0 放大区：ＵBE≥UON （硅： 0.5V；锗：0.3V）IC=βIB
饱和区：ＵBE＞UON IＢＳ＞IＣＳ／β 截止区

22 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

23 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 β=125,三极管饱和时UBE=0. 7V,UCES=0
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 β=125,三极管饱和时UBE=0.7V,UCES=0.25V.试分析电路的工作状态和输出电压的波形

24 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）

25 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

26 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

27 例NMOS管构成反相器如图示,其主要参数为UTN=2. 0V，gM=1
例NMOS管构成反相器如图示,其主要参数为UTN=2.0V，gM=1.3MA/V，rDS(ON)=875，电源电压UC=12V。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。 (1)uI=0V，uGS=uI(0)<UTN(2V) 故管子截止。iD=0，uO=uC=12V uI=5V,uGS=uI=5V>UTN 管子导通 uDS=UC*rDS(ON)/(rDS(ON)+R1)=0.9V.

28 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

29 重点和难点 重点： 难点： 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

30 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

31 主教材重点例题 １、P44 例2.1.1 ２、P51 例2.2.1 ３、P61 例2.3.1 作业： P63 1 P64 5