数字电子电路

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1、数字电子电路唐竞新二零零三年绪论一、研究对象及应用领域二、器件发展概况三、模拟、数字电子电路的异同四、课程要求五、本学期教学进度六、参考书籍一、研究对象及应用领域研究对象：器件、电路及系统应用领域：通讯Communication控制Control计算机Computer文化生活Culturallife二、器件及发展概况Diode1904(1911)Transistor1948(1951)SSI(SmallScaleIntegration)1960MSI(MediumScaleIntegration)1966LS

2、I(LargeScaleIntegration)1969VLSI(VeryLargeScaleIntegration)19751976年SingleChipComputer问世MCS-48系列（1976年）MCS-51系列（1980年）96系列（1983年）12万元器件/片三、模拟及数字电子电路的异同点模拟电路数字电路研究内容信号怎样放大及倍数各变量之间的逻辑关系信号表示连续变化量离散量基本单元单管放大电路逻辑门三极管状态放大状态饱和及截止状态使用工具电路定理及三极管模型逻辑代数四、课程的要求理论课与实践课并

3、重课内与课外的结合，学时比1:2五、本学期的教学进度章节内容学时数绪论1半导体器件基础7逻辑代数及逻辑函数6门电路8组合逻辑电路6触发器4时序逻辑电路8脉冲、定时电路6A/D、D/A转换电路6存储器和PLD2讲课学时：50学时期中考试：2学时总计：56学时六、参考书籍《数字电子电路》清华大学唐竞新清华出版社《数字电子技术基础》（数字部分）清华大学阎石主编高教出版社《电子技术基础》华中理工康华光高教出版社《数字电子技术解题指南》清华大学唐竞新清华出版社半导体器件基础1.1半导体基础知识1.2半导体二极管1.3稳

4、压管1.4半导体三极管半导体器件基础重点内容：PN结原理二极管特性（伏安特性）三极管特性1.1半导体基础知识一、本征半导体典型材料硅Si锗Ge序数1432核外电子层排列2.8.42.8.18.4最外层电子数44原子模型:内层原子核和外层电子组成SiGe电子分层排列、占据不同的能级电子获足够能量跃迁，由内层向外层（能量低）（能量高）原子形成晶体时，能级分裂成能带22、晶体结构原子形成晶体时，以共价键的形式出现。以硅晶体为例最外层4个电子和相邻的其他4个原子的最外层各一个电子形成共价键结构。共价键上的电子获取足够

5、的能量能脱离轨道的束缚，成为自由电子，而在其原有的位置处留下“空穴”。电子、空穴成对出现。在室温条件下，能跃迁的电子数量很少。3、能带图能带由大量的能级构成，相邻的能级能量差极小可近似看作连续的。能带与能带之间存在禁带，禁带宽度用表示。禁带宽度硅锗1.21eV0.785eV01.1eV0.71eV3004、载流子数量纯净半导体0时，价带中充满电子（满带）导带中无电子（空带）本征半导体中载流子的数量（浓度：载流子数/单位体积）K:波尔茲曼常数5、本征半导体特点本征半导体中有两种不同的导电机构（电子、空穴）电子、

6、空穴成对出现，温度升高本征半导体导电性能很差。300K时，其导电性比铜差倍提高其导电性能的途径－－掺杂。二、掺杂半导体五价元素：砷(As),锑(Sb),磷(P)－N型（施主型）三价元素：镓(Ga),硼(B),铝(Al)－P型（受主型）1.晶体结构图N型P型SiSiGaSiSi空穴2.能带图价带导带价带导带iEiEGEGE1.10.044GiEevEev==1.10.045GiEevEev==300K施主能级受主能级五价元素掺入，将在导带的底部下方0.044ev能级处产生一施主能级三价元素掺入，将在价带的顶部上

7、方0.045ev能级处产生一受主能级室温下，一个受主能级或一个施主能级获取极少能量就能在导带附近产生一自由电子，或在价带中产生一空穴3.多数载流子、少数载流子对N型半导体而言，多数载流子为电子，简称多子；少数载流子为空穴，简称少子对P型半导体而言，多数载流子为空穴；少数载流子为电子半导体多子，少子的表示多子，少子的数量随着掺杂的增加，多子和少子的数量差异加大，通常多子远大于少子，但是两者的乘积满足P型N型和为本征半导体中空穴和电子的数量4、掺杂半导体的特点含有多数载流子和少数载流子两种导电粒子多子和少子的乘积

8、在温度一定时为常数，且和本征半导体中电子和空穴的乘积相等掺杂半导体，不管是P型还是N型，均呈电中性掺杂提高了半导体的导电性能三、PN结原理扩散，漂移运动空间电荷层正向偏置下空间电荷层反向偏置下空间电荷层电容效应1、扩散、漂移运动由载流子浓度差异引起的运动称扩散由电场作用引起的载流子运动称漂移以PN结为例侧空穴向N侧扩散N侧电子向侧扩散右侧带正电，左侧带负电，空间层层内有一个右指向左的内建电场内建场方