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、课程的目的1.掌握基本概念、基本电路、基本方法和基本实验技能。2.具有能够继续深入学习和接受电子技术新发展的能力，以及将所学知识用于本专业的能力。

本课程通过对常用电子元器件、模拟电路及其系统的分析和设计的学习，使学生获得模拟电子技术方面的基础知识、基础理论和基本技能，为深入学习电子技术及其在专业中的应用打下基础。

注重培养系统的观念、工程的观念、科技进步的观念和创新意识，学习科学的思维方法。提倡快乐学习！清华大学华成英七、考查方法1.会看：读图，定性分析2.会算：定量计算考查分析问题的能力3.会选：电路形式、器件、参数4.会调：仪器选用、测试方法、故障诊断、EDA考查解决问题的能力－－设计能力考查解决问题的能力－－实践能力综合应用所学知识的能力第一章半导体二极管和三极管第一章半导体二极管和三极管§1.1半导体基础知识§1.2半导体二极管§1.3晶体三极管§1半导体基础知识一、本征半导体二、杂质半导体三、PN结的形成及其单向导电性四、PN结的电容效应一、本征半导体

导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。1、什么是半导体？什么是本征半导体？

导体－－铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层电子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。

绝缘体－－惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导电。

半导体－－硅（Si）、锗（Ge），均为四价元素，它们原子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。无杂质稳定的结构2、本征半导体的结构由于热运动，具有足够能量的价电子挣脱共价键的束缚而成为自由电子自由电子的产生使共价键中留有一个空位置，称为空穴

自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。共价键

一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定；温度升高，热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对的浓度加大。动态平衡两种载流子

外加电场时，带负电的自由电子和带正电的空穴均参与导电，且运动方向相反。由于载流子数目很少，故导电性很差。为什么要将半导体变成导电性很差的本征半导体？3、本征半导体中的两种载流子运载电荷的粒子称为载流子。

温度升高，热运动加剧，载流子浓度增大，导电性增强。热力学温度0K时不导电。二、杂质半导体

1.N型半导体磷（P）

杂质半导体主要靠多数载流子导电。掺入杂质越多，多子浓度越高，导电性越强，实现导电性可控。多数载流子

空穴比未加杂质时的数目多了？少了？为什么？2.P型半导体硼（B）多数载流子P型半导体主要靠空穴导电，掺入杂质越多，空穴浓度越高，导电性越强，

在杂质半导体中，温度变化时，载流子的数目变化吗？少子与多子变化的数目相同吗？少子与多子浓度的变化相同吗？三、PN结的极形成朋及其转单向龄导电氏性物质因把浓度差捕而产生趁的运动许称为扩蚕散运动画。气体醒、液体糊、固体降均有之怪。扩散运动P区空穴扩浓度远阿高于N区。N区自枪由电副子浓拍度远火高于P区。扩散抹运动皱使靠锣近接瞒触面P区的空蛛穴浓度养降低、备靠近接堪触面N区的自欲由电子右浓度降滥低，产鲜生内电雄场。PN结的莫形成因电场丢作用所璃产生的虑运动称蔑为漂移提运动。参与思扩散扫运动遥和漂潜移运烫动的乏载流旬子数造目相杜同，毛达到旨动态周平衡疼，就浪形成宇了PN结。漂移运动由于茂扩散倡运动亮使P区与N区的译交界描面缺缺少多出数载渐流子王，形砌成内波电场倘，从毯而阻蚊止扩庆散运邪动的响进行任。内圆电场咏使空妖穴从N区向P区、自径由电子寺从P区向N区运动芒。PN结加墙正向瓶电压呜导通于：耗尽财层变覆窄，过扩散弄运动笑加剧每，由成于外字电源折的作竿用，足形成潮扩散地电流刻，PN结处识于导昏通状皮态。PN结加反临向电压勿截止：耗尽层碑变宽，凉阻止扩咽散运动觉，有利清于漂移虏运动，妻形成漂橡移电流赶。由于右电流很樱小，故幸可近似辣认为其困截止。PN结的煤单向赞导电节性必要吗奴？清华大脸学华笛成英四、PN结的电霞容效应1.势垒晶电容PN结外加们电压变爬化时，纷空间电付荷区的撤宽度将遣发生变它化，有柴电荷的胞积累和晌释放的盛过程，溉与电容白的充放奖电相同拜，其等有效电容牲称为势最垒电容Cb。2.扩散电幻玉容PN结外摊加的僻正向为电压去变化陪时，计在扩服散路裕程中尝载流敢子的麦浓度裹及其宽梯度村均有烟变化检，也睛有电撑荷的车积累让和释什放的饰过程镇，其鼠等效孩电容潜称为垄扩散陈电容Cd。结电容：结电盆容不舰是常叛量！巨若PN结外加砌电压频挣率高到讯一定程美度，则愚失去单栏向导电茧性！§2半导体还二极管一、二扑极管的莲组成二、乖二极森管的穷伏安株特性霞及电才流方捕程三、二妨极管的躬等效电牧路四、暖二极刘管的怕主要喂参数五、稳惕压二极剖管一、二反极管的咽组成将PN结封押装，日引出幼两个床电极袄，就祥构成疮了二颠极管症。小功否率二沟极管大功率津二极管稳压二极荒管发光二极管一、二揭极管的缸组成点接触亿型：结棕面积小扇，结电值容小，惜故结允帐许的电蚀流小，置最高工蛮作频率钩高。面接触灿型：结匹面积大削，结电染容大，镰故结允招许的电才流大，终最高工哀作频率爷低。平面型扁：结面丹积可小盖、可大蹄，小的厕工作频冠率高，柿大的结萄允许的睡电流大滤。二、洲二极薯管的扛伏安坑特性拌及电雾流方放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开启涝电压反向悉饱和败电流击穿电修压温度的电压发当量二极管海的电流杀与其端做电压的树关系称呜为伏安斯特性。利用Mu蹲lt蹈is跌im测试南二极培管伏喂安特亦性从二极鞋管的伏久安特性蔬可以反晋映出：1.单向含导电奴性2.伏安特掩性受温错度影响T（℃）瓦↑→在弹电流不红变情况篇下管压福降u↓→反向度饱和吓电流IS↑，U(B歼R)↓T（℃小）↑到→正夹向特害性左级移，反览向特救性下辣移正向特按性为指滩数曲线反向岸特性票为横恒轴的锡平行农线增大1倍/1营0℃三、剪二极抹管的妇等效延电路理想二极伴管近似分沟析中最杨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导通时忆△i与△u成线性姿关系应根话据不起同情号况选简择不摇同的萄等效德电路璃！1.将伏安庙特性折将线化？100鹅V？5V？1V？2.微变移等效常电路Q越高，rd越小。当二骨极管揉在静芬态基订础上储有一和动态常信号啄作用铲时，果则可借将二贡极管城等效向为一们个电驻阻，疮称为档动态蚀电阻险，也盆就是来微变扰等效战电路压。ui=0时直齿流电于源作段用小信影号作枪用静态电员流四、二恼极管的枝主要参锹数最大戚整流辜电流IF：最偏大平湿均值最大反盒向工作埋电压UR：最趴大瞬织时值反向电女流IR：即IS最高工洗作频率fM：因PN结有电喉容效应第四版——P20讨论障：解决闯两个饮问题如何急判断侧二极浓管的谦工作姐状态桶？什么户情况脆下应北选用串二极押管的嗽什么脑等效偶电路补？uD=V－iRQIDUDV与uD可比悟，则蛋需图姐解：实测分特性对V和Ui二极捡管的模请型有劳什么捕不同爬？五、稳宁压二极浮管1.伏安特控性进入斑稳压跑区的泡最小榴电流不至于戚损坏的唇最大电钢流由一情个PN结组成荡，反向振击穿后走在一定趟的电流咏范围内督端电压搬基本不氏变，为或稳定电僚压。2.主要死参数稳定电亭压UZ、稳定绣电流IZ最大喊功耗PZM＝IZMUZ动态电狡阻rz＝ΔUZ/ΔIZ若稳压厚管的电仍流太小馆则不稳富压，若酱稳压管达的电流脊太大则踩会因功犬耗过大须而损坏要，因而顿稳压管苗电路中店必需有救限制稳不压管电方流的限妨流电阻叛！限流矮电阻斜率扫？§1.擦3晶体山三极袜管一、晶沿体管的势结构和寨符号二、亚晶体战管的取放大巷原理三、晶罩体管的境共射输充入特性宾和输出贪特性四、温伏度对晶惜体管特护性的影和响五、圣主要训参数一、晶畅体管的棚结构和悦符号多子碧浓度暖高多子浓普度很低逮，且很励薄面积大晶体管种有三个彩极、三狗个区、齐两个PN结。小功率管中功率催管大功巾率管为什么有孔？二、笼晶体渐管的番放大包原理扩散运钞动形成竹发射极芒电流IE，复你合运仓动形遗成基煌极电绣流IB，漂度移运活动形筋成集孟电极叼电流IC。少数载价流子的廊运动因发永射区升多子初浓度锄高使针大量董电子境从发咱射区辣扩散协到基贯区因基煎区薄拉且多铜子浓遮度低放，使恋极少译数扩凯散到民基区萝的电湖子与芽空穴峰复合因集电炉区面积袄大，在广外电场宝作用下尺大部分呜扩散到呀基区的礼电子漂车移到集享电区基区空框穴的扩横散电流健分配适：IE＝IB＋ICIE－扩抹散运诸动形肝成的井电流IB－复偶合运鹅动形匹成的念电流IC－漂黎移运笋动形下成的阿电流穿透电背流集电结腹反向电许流直流电傅流放大聚系数交流电米流放大贪系数为什么回基极开呼路集电遇极回路绕会有穿狮透电流嫂？三、晶矩体管的僵共射输见入特性贱和输出手特性为什尝么UCE增大曲绪线右移轧？对于中小功鸡率晶印体管县，UCE大于1V的一条餐输入特阵性曲线景可以取泰代UCE大于1V的所逗有输冶入特燃性曲楼线。为什邀么像PN结的略伏安溜特性沈？为什旱么UCE增大吼到一胞定值惩曲线离右移禽就不押明显旺了？1.输入栽特性2.输出特统性β是常数吗？什么是理想晶体管？什么情况下?对应于随一个IB就有忙一条iC随uCE变化境的曲笋线。为什么uCE较小悬时iC随uCE变化符很大础？为帅什么室进入糟放大书状态乒曲线邪几乎健是横渗轴的宇平行字线？饱和区放大上区截止器区晶体管宋的三个神工作区著域晶体管障工作在虫