电子技术发展史讲义课件

电子技术的发展历史电子技术的发展历史 电子技术是在电子技术是在19世纪末叶无线电发明之后才世纪末叶无线电发明之后才发展起来的一门重要学科。发展起来的一门重要学科。测量技术、测量技术、20世纪四十年代：世纪四十年代：晶体管晶体管 晶体管与电子管相比晶体管与电子管相比:体积小、重量轻、功耗低、寿命长。体积小、重量轻、功耗低、寿命长。20世纪六十年代：世纪六十年代：集成电路集成电路 SSI里程碑！里程碑！（3 亿个晶体管）亿个晶体管）（4 个晶体管）个晶体管）LSI VLSI 20世纪初：世纪初：真空管真空管通信技术、通信技术、计算技术、计算技术、自动控制技术。自动控制技术。MSI上一页上一页下一页下一页返返 回回电子技术电子技术1 晶体管晶体管 第二代电子器件第二代电子器件 中、小规模集成电路中、小规模集成电路 第三代电子器件第三代电子器件 大规模集成电路大规模集成电路 第四代电子器件第四代电子器件 超大规模集成电路超大规模集成电路 第五代电子器件第五代电子器件微电子学微电子学电力电子学电力电子学 真空管真空管 第一代电子器件第一代电子器件电子技术电子技术上一页上一页下一页下一页返返 回回2电子技术电子技术1 1、性质：、性质：电子技术电子技术是一门技术基础课，是一门技术基础课，是研究电子器件应用是研究电子器件应用的科学。电子器件的种类很多，他们都是通过控制电子在不的科学。电子器件的种类很多，他们都是通过控制电子在不同介质中的运动状态或能量状态而产生不同的作用的。同介质中的运动状态或能量状态而产生不同的作用的。2、特点：、特点：a、非纯理论性课程非纯理论性课程b、实践性很强实践性很强c、以工程实践的观点处理电路中的一些问题以工程实践的观点处理电路中的一些问题3、内容：以器件为基础，以信号为主线、内容：以器件为基础，以信号为主线 研究各种电路的工作原理、特点及性能指标等。研究各种电路的工作原理、特点及性能指标等。4、目的：了解一般的常用器件、目的：了解一般的常用器件 掌握对基本电子电路的分析方法及计算方法掌握对基本电子电路的分析方法及计算方法3电电容容器器上一页上一页下一页下一页返返 回回4电阻器电阻器上一页上一页下一页下一页返返 回回5电电感感器器上一页上一页下一页下一页返返 回回6双极型三极管双极型三极管上一页上一页下一页下一页返返 回回7双极型双极型三极管三极管上一页上一页下一页下一页返返 回回8晶晶闸闸管管上一页上一页下一页下一页返返 回回9晶闸管晶闸管上一页上一页下一页下一页返返 回回10电电子子元元件件图图例例上一页上一页下一页下一页返返 回回11电子元件图例电子元件图例上一页上一页下一页下一页返返 回回12电子元件图例电子元件图例上一页上一页返返 回回13第第 8 章章 半导体器件半导体器件8.1 半导体基础知识半导体基础知识8.2 半导体二极管半导体二极管8.3 特殊二极管特殊二极管分析与思考分析与思考教学基本要求教学基本要求练习题练习题8.4 双极型晶体管双极型晶体管返回主页返回主页14半导体：半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间。导电能力介于导体和绝缘体之间。如：硅、锗、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。如：硅、锗、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。8.18.1半导体的基础知识半导体的基础知识定义：纯净的具有晶体结构的半导体定义：纯净的具有晶体结构的半导体结构特点：最外层电子（价电子）都是四个。结构特点：最外层电子（价电子）都是四个。（一）（一）本征半导体本征半导体u含有两种载流子含有两种载流子带负电的电子、带正电的空穴带负电的电子、带正电的空穴u载流子的数量少且成对出现载流子的数量少且成对出现u当受外界热和光的作用时，导电能力明显变化。当受外界热和光的作用时，导电能力明显变化。u往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变。往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变。15共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子束缚电子常温下束缚电子很难脱离共价键成为常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子自由电子因此本征半导体中的自由电子很少因此本征半导体中的自由电子很少所以本征半导体的导电能力很弱。所以本征半导体的导电能力很弱。形成共价键后，每形成共价键后，每个原子的最外层电个原子的最外层电子是八个，构成稳子是八个，构成稳定结构定结构共价键有很强的结共价键有很强的结合力，使原子规则合力，使原子规则排列，形成晶体。排列，形成晶体。+4+4+4+4共价键共用共价键共用电子对电子对本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理16本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理在绝对在绝对0 0度（度（T=0K）和没有外界激发时和没有外界激发时,价电子完全被价电子完全被共价键束缚着，没有可以运动的带电粒子（即共价键束缚着，没有可以运动的带电粒子（即载流子载流子），），它的导电能力为它的导电能力为 0 0，相当于绝缘体。，相当于绝缘体。在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子自由电子，同时共价键上，同时共价键上留下一个空位，称为留下一个空位，称为空穴空穴。本征半导体中存在数量相等的两种载流子本征半导体中存在数量相等的两种载流子 即即带负电的自由电子带负电的自由电子和和带正电的空穴带正电的空穴本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。温度越高，载流子的浓度越高，因此其导电能力越强。温度越高，载流子的浓度越高，因此其导电能力越强。温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素 这是半导体的一大特点。这是半导体的一大特点。17（二）（二）杂质半导体杂质半导体P 型半导体：型半导体：N N 型半导体：型半导体：空穴数量空穴数量 自由电子数量自由电子数量多数载流子多数载流子 少数载流子少数载流子自由电子数量自由电子数量 空穴数量空穴数量与浓度有关与浓度有关与温度有关与温度有关靠空穴导电靠空穴导电靠自由电子导电靠自由电子导电定义：渗入少量杂质的半导体。定义：渗入少量杂质的半导体。形成：向本征半导体中渗入适量的形成：向本征半导体中渗入适量的 3 3 价价元素元素形成：向本征半导体中渗入适量的形成：向本征半导体中渗入适量的 5 5 价元素价元素18P型半导体型半导体N型半导体型半导体+扩散运动扩散运动内电场内电场漂移运动漂移运动扩散的结果是使空间电扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽。荷区逐渐加宽。漂移使空间电荷漂移使空间电荷区变薄。区变薄。空间电荷区，空间电荷区，也称耗尽层。也称耗尽层。扩散和漂移这一对相反的运动最扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，空间电荷区的厚度终达到平衡，空间电荷区的厚度固定不变。固定不变。（三）（三）PN结结称为称为PNPN结结（1 1）PN 结的形成结的形成19（1 1）PN 结的形成结的形成在同一片半导体基片上，分别制造在同一片半导体基片上，分别制造P 型半导体和型半导体和N 型半型半导体，经过载流子的扩散、漂移，在它们的交界面处就形成了导体，经过载流子的扩散、漂移，在它们的交界面处就形成了PN 结结扩散运动：多数载流子由浓度差形成的运动。扩散运动：多数载流子由浓度差形成的运动。漂移运动：少数载流子在内电场作用下形成的运动。漂移运动：少数载流子在内电场作用下形成的运动。20+RE一、正向特性一、正向特性PN 结正向偏置结正向偏置内电场内电场外电场外电场变窄变窄PN+_内电场被削弱，多子内电场被削弱，多子的扩散加强能够形成的扩散加强能够形成较大的扩散电流。较大的扩散电流。I（2 2）PN结的特性结的特性扩散运动扩散运动漂移运动漂移运动较大较大21二、反向特性二、反向特性PN 结反向偏置结反向偏置+内电场内电场外电场外电场变厚变厚NP+_内电场被被加强，多子内电场被被加强，多子的扩散受抑制。少子漂的扩散受抑制。少子漂移加强，但少子数量有移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反限，只能形成较小的反向电流。向电流。REI0+扩散运动扩散运动 漂移运动漂移运动22 PN结具有单向导电性结具有单向导电性 正向偏置时，正向偏置时，PN结处于导通状态结处于导通状态 呈现呈现正向电阻很小，电流较大正向电阻很小，电流较大 反向偏置时，反向偏置时，PN结处于截止状态结处于截止状态 呈现呈现反向电阻很大，电流较小反向电阻很大，电流较小 反向电流受温度影响较大反向电流受温度影响较大通过分析可知通过分析可知23PN8.2 8.2 半导体二极管半导体二极管一、基本结构一、基本结构PN PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。引线引线外壳外壳触丝线触丝线基片基片点接触型点接触型PN结结面接触型面接触型二极管的电路符号：二极管的电路符号：24导通电压导通电压 硅管硅管0.7V,锗管锗管0.3V死区电压死区电压 硅管硅管0.5V,锗管锗管0.2V正向正向UI反向反向VmA1、正向特性：、正向特性：当正向电压超过死区电当正向电压超过死区电压后，压后，二极管导通二极管导通 二、伏安特性二、伏安特性25反向击穿反向击穿电压电压UBUI导通压降导通压降 硅管硅管0.7V,锗管锗管0.3V死区电压死区电压 硅管硅管0.5V,锗管锗管0.2V正向正向伏伏毫安毫安2 2、反向特性：、反向特性：反向饱和电流反向饱和电流击穿时反向电流剧增，击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏破坏，甚至过热而烧坏硅管：几硅管：几AA锗管锗管：几百：几百AA反向击穿电压反向击穿电压反向反向263 3、近似和理想伏安特性、近似和理想伏安特性考虑二极管导通电压时的伏安特性考虑二极管导通电压时的伏安特性忽略二极管导通电压时的伏安特性忽略二极管导通电压时的伏安特性硅管硅管：0.6-0.7V锗管锗管：0.2-0.3V1 1、近似特性、近似特性2 2、理想特性、理想特性27三、主要参数三、主要参数1.1.额定正向平均电流（最大整流电流额定正向平均电流（最大整流电流）IF二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。3.3.最高反向工作电压最高反向工作电压UR R 指不被击穿所允许的最大反向电压，手册上给出的最高指不被击穿所允许的最大反向电压，手册上给出的最高反向工作电压反向工作电压4.4.反向电流反向电流 IRm指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大，指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。反向电说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流流受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。较小，锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。选择和使用二极管的依据选择和使用二极管的依据2.2.正向电压降正向电压降UFIF所对应的电压。所对应的电压。28四、二极管的主要应用四、二极管的主要应用应用一、钳制电位的作用应用一、钳制电位的作用例例8.2.1 已知：已知：DA和和DB为硅二极管，求下列情况下输出电压为硅二极管，求下列情况下输出电压UF的值。（的值。（1）29例：电例：电 路路 如如 图图 所所 示，示，全全 部部 二二 极极 管管 均均 为为 理理 想想 元元 件，输件，输 出出 电电 压压 uO 为为 多多 少？少？应用二、限幅作用应用二、限幅作用30本课小结本课小结二极管的应用二极管的应用应用一、钳制电位作用应用一、钳制电位作用应用二、限幅作用应用二、限幅作用作业作业 8.2.18.2.3 二极管的特性：单向导电性二极管的特性：单向导电性正向导通，反向截止。正向导通，反向截止。31