《电子技术基础》教案

教案2009~2010学年第一学期学院、系室机电教研室课程名称《电子技术基础》专业、年级、班级09级机电一体化主讲教师李春菊中国矿业大学银川学院课程表课程名称《电子技术基础》专业年级09级机电一体化学时授课时间及地点1—2节3—4节5—6节7—8节9—10节星期二A6-509星期三A6-509星期四星期五星期六A6-513《电子技术基础》教案编号：01课时安排：2学时教学课型：理论课实验课习题课实践课其它题目（教学章、节或主题）：第一章半导体器件基础第一节半导体的基本知识教学目的要求（分识记、领会、掌握三个层次）：识记本征浓度ni，施主浓度ND，受主浓度NA，N型与P型半导体的示意图；领会半导体的导电特性，共价键，本征激发，电子载流子和空穴载流子，掺杂，N型半导体与P型半导体，多子与少子。教学（能力、技能）目标：识记、领会半导体的概念、导电特性、导电机理等基本知识。教学重点、难点：半导体的导电机理教学方式、手段、媒介：教学方式、手段：讲授媒介：教材，多媒体，黑板教学内容及实施过程（注明：*重点#难点？疑点）：一、导入新课大家之前可能已经学习了有关电的一些课程，从今天开始，我们就要开始学习一门专业技术基础课程了，也就是咱们手里拿的这本《电子技术基础》。本课是学习后续课程的基础；服务对象是电专业，也是咱们机电一体化专业必须要学的一门课程，同时是咱们自学考试相对较难的一门课程；咱们这门课程内容丰富，技术更新快，紧密联系实际，应用非常广泛，所以希望大家能够重视本门课程。总之，本课程是电专业一切电类后续课程的基础，学时不多，内容不少，不能轻视。否则，对以后的学习将会造成很大影响。二、明确本次授课的目的与要求本节课是学习半导体器件的基础，内容比较简单易懂，但涉及到半导体的一些概念、特性等，希望大家能够识记、领会。学完本节，希望大家能够识记本征浓度ni，施主浓度ND，受主浓度NA；领会半导体的导电特性，共价键，本征激发，电子载流子和空穴载流子，掺杂，N型半导体与P型半导体，多子与少子。三、讲解本次授课的具体内容第0章绪论0.1电子技术电子技术基础，它包括两部分的内容，即模拟电子技术和数字电子技术。咱们教材的第一章到第五章是模拟电子技术，第六章到第九章是数字电子技术。说到电子技术，有必要提一下，电子技术包括信息电子技术和电力电子技术，而信息电子技术又包括模拟电子技术和数字电子技术，也就是咱们本书所讲内容；电力电子技术主要讲解电力变换的知识，这一√部分内容将在《模拟数字及电力电子技术》这门课中学习。换电力电子技术：电力变数字电子技术模拟电子技术信息电子技术电子技术0.2模拟电子技术现在先来介绍一下模拟电子技术基础（简称模电）的知识。模拟电子技术，主要分为两大环节，第一大环节是电子元器件，这是构成电子电路的基础，在电子元器件中，我们要学习二极管、三极管、集成电路等不同类型的器件。学习完这些元器件以后，就要学习电子电路了，电子电路是由二极管、三极管、集成电路等元器件构成的电路，电子电路要讨论两方面的内容，首先要学会分析电子电路，看电路能实现什么功能，其次要学习电子电路的应用，主要有以下一些典型电路：放大电路（例麦克风），振荡电路，滤波电路，稳压电路等。稳压电路：滤除，不让通过。号都是干扰信号，应该以过去；在此之外的信用信号，可在此范围内的信号是有，—号一般集中在方，人的声音信道传到交换机再传给对转换成电信号，通过信信号例如电话，它是将声音，只让有用信号通过。滤波电路：将干扰滤掉号源、测试源。中正弦波被广泛用作信出去；在各种电子仪器送的信号发送弦波作为载波，把要传广播、电视中用高频正，器即为正弦波振荡电路电路，正弦波信号发生振荡电路：正弦波振荡放大电路：例如麦克风电子电路及应用集成电路三极管二极管电子元器件z3400300...H0.3数字电子技术模电学习完以后要接着学习数字电路的内容，咱们主要学习数字电路基础，组合逻辑电路，时序逻辑电路以及脉冲波形的产生与整形。脉冲波形的产生与整形时序逻辑电路组合逻辑电路数字电路基础数字电子技术0.4电子技术应用咱们现在来想一下电子技术在实际生活中的应用，在工业现场和日常生活中，电子技术应用是很广泛的，如：信号检测，在工业现场有很多参数（如压力、温度、流量的测量）需要我们测量，在工业现场，我们首先要用传感器将这些物理量转换成电信号，转换成电信号以后再应用电子电路去处理这些信号，这样就实现了这些物理量的测量，测量完以后，再将这些信号输出去控制执行机构，这样就实现了调节，从而完成一定的生产目标。还如咱们用得比较多的电子仪器，在实验室咱们要应用的信号发生器（正弦波发生器）就是电子产品。再如现在很多人使用的电子脉搏器、电子血压计，都是应用电子技术对脉搏、血压进行测量。还有如咱们现在经常听说的智能小区，现在新建的小区都朝着信息化、智能化发展，以前的房模拟电子技术子只要可以住就可以了，但现在的房子集成了信息技术、计算机技术、电子技术等内容，这样的小区就叫智能小区。智能小区中大量地应用电子技术，如物业管理中的三表数据的采集与远传（三表指水表、电表、气表），以前需要工作人员去抄表、计算，现在用电子表以后，将这些电子表应用总线等连接到物业管理控制室，这样在控制室就可以随时检测用户的用水量、用电量、用气量等。电子技术在汽车电子方面的应用也越来越广泛。汽车电子智能小区信号检测电子技术应用0.5课程说明现在说一下咱们这门课的课程性质，咱们这门课是一门技术基础课，是学习后续课程的基础；服务对象是电专业；课程特点是内容丰富，技术更新快，紧密联系实际，应用非常广泛。总之，本课程是电专业一切电类后续课程的基础，学时不多，内容不少，不能轻视。否则，对以后的学习将会造成很大影响。实际，应用非常广泛技术更新快，紧密联系课程特点：内容丰富，服务对象：电专业课程性质：技术基础课课程说明总之，本课程是电专业一切电类后续课程的基础。学时不多，内容不少，不能轻视，否则，对以后的学习将会造成很大影响。0.6教学形式课堂上，多媒体授课；课下，答疑0.7希望和要求：教师严谨治学学生积极配合建议、希望踊跃发表意见要求及时反馈新生事物大家支持师生共同创造佳绩希望大家能紧跟老师讲课思路，搞清基本概念，注意解题方法和技巧；留的习题最好独立完成，按时交作业。咱们同学学习的时候紧扣教材就可以了，需要时还可以参考《模拟电子技术》和《数字电子技术》，有康华光、童诗白、刘润华等人主编的教材。第一章半导体器件基础学习模电，首先就要学习组成模拟电路的最基本的器件——半导体器件，也就是咱们第一章的内容。半导体器件是近代电子学的重要组成部分，没有半导体器件，就没有我们现在的电子工业，也就是说现在的电子工业是建立在半导体器件基础上的。半导体器件具有很多特点，体积小（电子管构成的器件体积大，第一台计算机体积很大）、重量轻、功耗低、可靠性强等优点，在各个领域中得到了广泛的应用。而由于集成电路的出现，使电子器件在微型化和可靠性方面更是向前推进了一大步。那咱们想一下，在我们的生活中，哪些东西与半导体器件有关呢？半导体二极管、三极管，稳压二极管、发光二极管，光电二极管，等等这些都是半导体器件，而电脑芯片，半导体收音机，半导体制冷空调，半导体冷水机等等都是半导体器件在生活中的实际应用了。半导体二极管和三极管是最常用的半导体器件，而PN结又是组成二极管和三极管及各种电子器件的基础。本章首先介绍有关半导体的基本知识，然后将重点介绍二极管和三极管的结构、工作原理、特性曲线与主要参数等，为后面各章的学习打下基础。第一节半导体的基本知识1.导体、半导体和绝缘体大家都知道导体的导电能力最好，绝缘体导电能力最差，不导电；还有一种就是半导体，它的导电能力介于导体和绝缘体之间，准确地说更接近于绝缘体，现在我们从它们的原子结构来看看其特殊性能。自然界的一切物质都是由分子、原子组成的。原子又由一个带正电的原子核和它周围高速旋转着的带有负电的电子组成。1.1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。常用的导电材料有金、银、铜、铝等。导体最大的特点：含有大量的自由电子。1.2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、塑料、云母、陶瓷等。绝缘体的特点：内部几乎没有自由电子，因此不导电。1.3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、硒及某些金属氧化物、硫化物等。半导体的特点：导电性能介于导体和绝缘体之间，但具有光敏性、热敏性和掺杂性的独特性能，因此在电子技术中得到广泛应用。2.半导体的导电特性金属导体的电导率一般在105s/cm量级；塑料、云母等绝缘体的电导率通常是10-22~10-14s/cm量级；半导体的电导率则在10-9~102s/cm量级。原子核＋＋原子核中有质子和中子，其中质子带正电，中子不带电。绕原子核高速旋转的核外电子带负电。原子核结构中：正电荷=负电荷半导体的导电能力虽然介于导体和绝缘体之间，但半导体的应用却极其广泛，这是由半导体的独特性能决定的：热敏性——半导体的导电能力对温度反应灵敏，受温度的影响大。当环境温度升高时，其导电能力增强，称为热敏性。(可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。光敏性——半导体的导电能力随光照的不同而不同。光照增强时，导电能力增强，称为光敏性。(可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等)。掺杂性——导电能力受杂质影响极大，在半导体中掺入少量特殊杂质，其导电能力极大地增强，称为掺杂性。(可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。这里所说的“杂质”，是指某些特定的纯净的其它元素。在纯净半导体中，只要掺入极微量的杂质，导电能力即急剧增加，一个典型的数据是：纯净硅中，若掺入百万分之一硼，其导电能力增加约50万倍。半导体材料的独特性能是由其内部的导电机理所决定的。3.本征半导体3.1典型半导体的原子结构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。硅：元素符号Si，序号14，各层电子数目分别为2、8、4。锗：元素符号Ge，序号32，各层电子数目分别为2、8、18、4。因为Si和Ge的最外层电子数均为4个，我们可以用下面的简化模型来表示它们的原子模型：需明确一点的是，天然的硅和锗是不能制作成半导体器件的。它们必须先经过高度提纯，形成晶格结构完全对称的，纯净的成单晶形式存在的本征半导体，如下图所示。3.2半导体的结构特征——共价键结构+Si(硅原子)+＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4实际上半导体的晶格结构是三维的。晶格结构SSii++44GGee++44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。Ge(锗原子)硅原子和锗原子的简化模型图用来制造半导体器件的本征半导体，其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体点阵结构。但是，对于原子结构而言，最外层有8个电子才是稳定结构，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。3.3热激发与“电子-空穴对”的产生从共价键晶格结构来看，每个原子外层都具有8个价电子，在绝对0度（T=0K）和没有外界激发时，价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子，它的导电能力为0，相当于绝缘体。但价电子是相邻原子共用，所以稳定性并不能像绝缘体那样好