模拟电子技术基础课件

模拟电子技术基础绪论一、电子技术的发展二、模拟信号与模拟电路三、电子信息系统的组成四、模拟电子技术基础课的特点五、如何学习这门课程六、课程的目的七、考查方法一、电子技术的发展

电子技术的发展，推动计算机技术的发展，使之“无孔不入”，应用广泛！广播通信：发射机、接收机、扩音、录音、程控交换机、电话、手机网络：路由器、ATM交换机、收发器、调制解调器工业：钢铁、石油化工、机加工、数控机床交通：飞机、火车、轮船、汽车军事：雷达、电子导航航空航天：卫星定位、监测医学：γ刀、CT、B超、微创手术消费类电子：家电（空调、冰箱、电视、音响、摄像机、照相机、电子表）、电子玩具、各类报警器、保安系统

电子技术的发展很大程度上反映在元器件的发展上。从电子管→半导体管→集成电路1904年电子管问世1947年晶体管诞生1958年集成电路研制成功电子管、晶体管、集成电路比较半导体元器件的发展1947年贝尔实验室制成第一只晶体管1958年集成电路1969年大规模集成电路1975年超大规模集成电路

第一片集成电路只有4个晶体管，而1997年一片集成电路中有40亿个晶体管。有科学家预测，集成度还将按10倍/6年的速度增长，到2015或2020年达到饱和。学习电子技术方面的课程需时刻关注电子技术的发展！第一只晶体管的发明者（byJohnBardeen,WilliamSchockleyandWalterBrattaininBellLab）第一个集成电路及其发明者（JackKilbyfromTI

）1958年9月12日，在德州仪器公司的实验室里，实现了把电子器件集成在一块半导体材料上的构想。42年以后，2000年获诺贝尔物理学奖。“为现代信息技术奠定了基础”。

他们在1947年11月底发明了晶体管，并在12月16日正式宣布“晶体管”诞生。1956年获诺贝尔物理学奖。巴因所做的超导研究于1972年第二次获得诺贝尔物理学奖。值得纪念的几位科学家！二、模拟信号与模拟电路1.电子电路中信号的分类数字信号：离散性

模拟信号：连续性。大多数物理量为模拟信号。2.模拟电路模拟电路是对模拟信号进行处理的电路。最基本的处理是对信号的放大，有功能和性能各异的放大电路。其它模拟电路多以放大电路为基础。“1”的电压当量“1”的倍数介于K与K+1之间时需根据阈值确定为K或K+1任何瞬间的任何值均是有意义的三、电子信息系统的组成模拟电子电路数字电子电路（系统）传感器接收器隔离、滤波、放大运算、转换、比较功放模拟-数字混合电子电路模拟电子系统执行机构四、模拟电子技术基础课的特点

1、工程性实际工程需要证明其可行性。强调定性分析。

实际工程在满足基本性能指标的前提下总是容许存在一定的误差范围的。定量分析为“估算”。

近似分析要“合理”。

抓主要矛盾和矛盾的主要方面。

电子电路归根结底是电路。不同条件下构造不同模型。2.实践性常用电子仪器的使用方法电子电路的测试方法故障的判断与排除方法

EDA软件的应用方法五、如何学习这门课程1.掌握基本概念、基本电路和基本分析方法

基本概念：概念是不变的，应用是灵活的，“万变不离其宗”。

基本电路：构成的原则是不变的，具体电路是多种多样的。

基本分析方法：不同类型的电路有不同的性能指标和描述方法，因而有不同的分析方法。2.注意定性分析和近似分析的重要性3.学会辩证、全面地分析电子电路中的问题根据需求，最适用的电路才是最好的电路。要研究利弊关系，通常“有一利必有一弊”。4.注意电路中常用定理在电子电路中的应用六、课程的目目的1.掌握基本概念念、基本电路路、基本方法法和基本实验验技能。2.具有能够继续续深入学习和和接受电子技技术新发展的的能力，以及及将所学知识识用于本专业业的能力。本课程通过对对常用电子元元器件、模拟拟电路及其系系统的分析和和设计的学习习，使学生获获得模拟电子子技术方面的的基础知识、、基础理论和和基本技能，，为深入学习习电子技术及及其在专业中中的应用打下下基础。注重培养系统统的观念、工工程的观念、、科技进步的的观念和创新新意识，学习习科学的思维维方法。提倡倡快乐学习！！清华大学华成英hchya@七、考查方法法1.会看：读图，，定性分析2.会算：定量计计算考查分析问题的能力3.会选：电路形形式、器件、、参数4.会调：仪器选选用、测试方方法、故障诊诊断、EDA考查解决问题题的能力－－－设计能力考查解决问题题的能力－－－实践能力综合应用所学知识的能力第一章半导导体二极管和和三极管第一章半导导体二极管和和三极管§1.1半导体基础知知识§1.2半导体二极管管§1.3晶体三极管§1半导体基础知知识一、本征半导导体二、杂质半导导体三、PN结的形成及其其单向导电性性四、PN结的电容效效应一、本征半导体体导电性介于于导体与绝绝缘体之间间的物质称称为半导体体。本征半导体体是纯净的的晶体结构构的半导体体。1、什么是半半导体？什什么是本征征半导体？？导体－－铁铁、铝、铜铜等金属元元素等低价价元素，其其最外层电电子在外电电场作用下下很容易产产生定向移移动，形成成电流。绝缘体－－－惰性气体体、橡胶等等，其原子子的最外层层电子受原原子核的束束缚力很强强，只有在在外电场强强到一定程程度时才可可能导电。。半导体－－－硅（Si）、锗（Ge），均为四四价元素，，它们原子子的最外层层电子受原原子核的束束缚力介于于导体与绝绝缘体之间间。无杂质稳定的结构2、本征半导导体的结构构由于热运动动，具有足足够能量的的价电子挣挣脱共价键键的束缚而而成为自由由电子自由电子的的产生使共共价键中留留有一个空空位置，称称为空穴自由电子与与空穴相碰碰同时消失失，称为复复合。共价键一定温度下下，自由电电子与空穴穴对的浓度度一定；温温度升高，，热运动加加剧，挣脱脱共价键的的电子增多多，自由电电子与空穴穴对的浓度度加大。动态平衡两种载流子外加电场时时，带负电电的自由电电子和带正正电的空穴穴均参与导导电，且运运动方向相相反。由于于载流子数数目很少，，故导电性性很差。为什么要将将半导体变变成导电性性很差的本本征半导体体？3、本征半导导体中的两两种载流子子运载电荷的的粒子称为为载流子。。温度升高，，热运动加加剧，载流流子浓度增增大，导电电性增强。。热力学温度度0K时不导电。。二、杂质半半导体1.N型半导体磷（P）杂质半导体体主要靠多多数载流子子导电。掺掺入杂质越越多，多子子浓度越高高，导电性性越强，实实现导电性性可控。多数载流子子空穴比未加加杂质时的的数目多了了？少了？？为什么？？2.P型半导体硼（B）多数载流子子P型半导体主主要靠空穴穴导电，掺掺入杂质越越多，空穴穴浓度越高高，导电性性越强，在杂质半导导体中，温温度变化时时，载流子子的数目变变化吗？少少子与多子子变化的数数目相同吗吗？少子与与多子浓度度的变化相相同吗？三、PN结的形成及及其单向导导电性物质因浓度度差而产生生的运动称称为扩散运运动。气体体、液体、、固体均有有之。扩散运动P区空穴浓度度远高于N区。N区自由电子子浓度远高高于P区。扩散运动使使靠近接触触面P区的空穴浓浓度降低、、靠近接触触面N区的自由电电子浓度降降低，产生生内电场。。PN结的形成因电场作用用所产生的的运动称为为漂移运动动。参与扩散运运动和漂移移运动的载载流子数目目相同，达达到动态平平衡，就形形成了PN结。。漂移运动由于于扩扩散散运运动动使使P区与与N区的的交交界界面面缺缺少少多多数数载载流流子子，，形形成成内内电电场场，，从从而而阻阻止止扩扩散散运运动动的的进进行行。。内内电电场场使使空空穴穴从从N区向向P区、、自自由由电电子子从从P区向向N区运运动动。。PN结加加正正向向电电压压导导通通：：耗尽尽层层变变窄窄，，扩扩散散运运动动加PN结加加反反向向电电压压截截止止：：耗尽尽层层变变宽宽，，阻阻止止扩扩散散运运动动，，PN结的的单单向向导导电电性性必要要吗吗？？清华华大大学学华成成英英hchya@四、、PN结的的电电容容效效应应1.势垒垒电电容容PN结外外加加电电压压变变化化时时，，空空间间电电荷荷区区的的宽宽度度将将发发生生变变化化，，有有电电荷荷的的积积累累和和释释放放的的过过程程，，与与电电容容的的充充放放电电相相同同，，其其等等效效电电容容称称为为势势垒垒电电容容Cb。2.扩散散电电容容PN结外外加加的的正正向向电电压压变变化化时时，，在在扩扩散散路路程程中中载载流流子子的的浓浓度度及及其其梯梯度度均均有有变变化化，，也也有有电电荷荷的的积积累累和和释释放放的的过过程程，，其其等等效效电电容容称称为为扩扩散散电电容容Cd。结电容：结电电容容不不是是常常量量！！若若PN结外外加加电电压压频频率率高高到到一一定定程程度度，，则则失失去去单单向向导导电电性性！！§2半导导体体二二极极管管一、、二二极极管管的的组组成成二、、二二极极管管的的伏伏安安特特性性及及电电流流方方程程三、、二二极极管管的的等等效效电电路路四、、二二极极管管的的主主要要参参数数五、、稳稳压压二二极极管管一、、二二极极管管的的组组成成将PN结封封装装，，引引出出两两个个电电极极，，就就构构成成了了二二极极管管。。小功功率率二二极极管管大功功率率二二极极管管稳压压二极极管管发光光二极极管管一、、二二极极管管的的组组成成点接接触触型型：：结结面面积积小小，，结结电电容容小小，，故故结结允允许许的的电电流流小小，，最最高高工工作作频频率率高高。。面接触型型：结面面积大，，结电容容大，故故结允许许的电流流大，最最高工作作频率低低。平面型：：结面积积可小、、可大，，小的工工作频率率高，大大的结允允许的电电流大。。二、二极极管的伏伏安特性性及电流流方程材料开启电压导通电压反向饱和电流硅Si0.5V0.5~0.8V1µA以下锗Ge0.1V0.1~0.3V几十µA开启电压压反向饱和和电流击穿电压压温度的电压当量量二极管的的电流与与其端电电压的关关系称为为伏安特特性。利用Multisim测试二极极管伏安安特性从二极管管的伏安安特性可可以反映映出：1.单向导电电性2.伏安特性性受温度度影响T（℃）↑↑→在电电流不变变情况下下管压降降u↓→反向饱和和电流IS↑，U(BR)↓T（℃）↑↑→正向向特性左左移，反向特特性下移移正向特性性为指数数曲线反向特性性为横轴轴的平行行线增大1倍/10℃℃三、二极极管的等等效电路路理想二极管近似分析析中最常常用理想开关导通时UD＝0截止时IS＝0导通时UD＝Uon截止时IS＝0导通时△△i与△u成线性关关系应根据不不同情况况选择不不同的等等效电路路！1.将伏安特特性折线线化？100V？5V？1V？2.微变等效效电路Q越高，rd越小。当二极管管在静态态基础上上有一动动态信号号作用时时，则可可将二极极管等效效为一个个电阻，，称为动动态电阻阻，也就就是微变变等效电电路。ui=0时直流电电源作用用小信号作作用静态电流流四、二极极管的主主要参数数最大整流流电流IF：最大平平均值最大反向向工作电电压UR：最大瞬瞬时值反向电流流IR：即IS最高工作作频率fM：因PN结有电容容效应第四版——P20讨论：解决两个个问题如何判断断二极管管的工作作状态？？什么情况况下应选选用二极极管的什什么等效效电路？？uD=V－iRQIDUDV与uD可比，则则需图解解：实测特性性对V和Ui二极管的模型有有什么不不同？五、稳稳压二二极管管1.伏安特特性进入稳稳压区区的最最小电电流不至于于损坏坏的最最大电电流由一个个PN结组成成，反反向击击穿后后在一一定的的电流流范围围内端端电压压基本本不变变，为为稳定定电压压。2.主要参参数稳定电电压UZ、稳定定电流流IZ最大功功耗PZM＝IZMUZ动态电电阻rz＝ΔUZ/ΔIZ若稳压压管的的电流流太小小则不不稳压压，若若稳压压管的的电流流太大大则会会因功功耗过过大而而损坏坏，因因而稳稳压管管电路路中必必需有有限制制稳压压管电电流的的限流流电阻阻！限流电电阻斜率？？§1.3晶体三三极管管一、晶晶体管管的结结构和和符号号二、晶晶体管管的放放大原原理三、晶晶体管管的共共射输输入特特性和和输出出特性性四、温温度对对晶体体管特特性的的影响响五、主主要参参数一、晶晶体管管的结结构和和符号号多子浓浓度高高多子浓浓度很很低，，且很很薄面积大大晶体管管有三三个极极、三三个区区、两两个PN结。小功率管中功率率管大功率率管为什么有孔？二、晶晶体管管的放放大原原理扩散运运动形形成发发射极极电流流IE，复合合运动动形成成基极极电流流IB，漂移移运动动形成成集电电极电电流IC。少数载载流子子的运运动因发射射区多多子浓浓度高高使大大量电电子从从发射射区扩扩散到到基区区因基区区薄且且多子子浓度度低，，使极极少数数扩散散到基基区的的电子子与空空穴复复合因集电电区面面积大大，在在外电电场作作用下下大部部分扩扩散到到基区区的电电子漂漂移到到集电电区基区空空穴的的扩散散电流分分配：：IE＝IB＋ICIE－扩散散运动动形成成的电电流IB－复合合运动动形成成的电电流IC－漂移移运动动形成成的电电流穿透电电流集电结结反向向电流流直流电电流放放大系系数交流电电流放放大系系数为什么么基极极开路路集电电极回回路会会有穿穿透电电流？？三、晶晶体管管的共共射输输入特特性和和输出出特性性为什么么UCE增大曲曲线右右移？？对于小小功率率晶体体管，，UCE大于1V的一条条输入入特性性曲线线可以以取代代UCE大于1V的所有有输入入特性性曲线线。为什么么像PN结的伏伏安特特性？？为什么么UCE增大到到一定定值曲曲线右右移就就不明明显了了？1.输入特特性2.输出特特性β是常数吗？什么是理想晶体管？什么情况下