模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課件

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)緒論一、電子技術(shù)的發(fā)展二、模擬信號與模擬電路三、電子信息系統(tǒng)的組成四、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課的特點五、如何學習這門課程六、課程的目的七、考查方法一、電子技術(shù)的發(fā)展

電子技術(shù)的發(fā)展，推動計算機技術(shù)的發(fā)展，使之“無孔不入”，應(yīng)用廣泛！廣播通信：發(fā)射機、接收機、擴音、錄音、程控交換機、電話、手機網(wǎng)絡(luò)：路由器、ATM交換機、收發(fā)器、調(diào)制解調(diào)器工業(yè)：鋼鐵、石油化工、機加工、數(shù)控機床交通：飛機、火車、輪船、汽車軍事：雷達、電子導航航空航天：衛(wèi)星定位、監(jiān)測醫(yī)學：γ刀、CT、B超、微創(chuàng)手術(shù)消費類電子：家電（空調(diào)、冰箱、電視、音響、攝像機、照相機、電子表）、電子玩具、各類報警器、保安系統(tǒng)

電子技術(shù)的發(fā)展很大程度上反映在元器件的發(fā)展上。從電子管→半導體管→集成電路1904年電子管問世1947年晶體管誕生1958年集成電路研制成功電子管、晶體管、集成電路比較半導體元器件的發(fā)展1947年貝爾實驗室制成第一只晶體管1958年集成電路1969年大規(guī)模集成電路1975年超大規(guī)模集成電路

第一片集成電路只有4個晶體管，而1997年一片集成電路中有40億個晶體管。有科學家預(yù)測，集成度還將按10倍/6年的速度增長，到2015或2020年達到飽和。學習電子技術(shù)方面的課程需時刻關(guān)注電子技術(shù)的發(fā)展！第一只晶體管的發(fā)明者（byJohnBardeen,WilliamSchockleyandWalterBrattaininBellLab）第一個集成電路及其發(fā)明者（JackKilbyfromTI

）1958年9月12日，在德州儀器公司的實驗室里，實現(xiàn)了把電子器件集成在一塊半導體材料上的構(gòu)想。42年以后，2000年獲諾貝爾物理學獎?！盀楝F(xiàn)代信息技術(shù)奠定了基礎(chǔ)”。

他們在1947年11月底發(fā)明了晶體管，并在12月16日正式宣布“晶體管”誕生。1956年獲諾貝爾物理學獎。巴因所做的超導研究于1972年第二次獲得諾貝爾物理學獎。值得紀念的幾位科學家！二、模擬信號與模擬電路1.電子電路中信號的分類數(shù)字信號：離散性

模擬信號：連續(xù)性。大多數(shù)物理量為模擬信號。2.模擬電路模擬電路是對模擬信號進行處理的電路。最基本的處理是對信號的放大，有功能和性能各異的放大電路。其它模擬電路多以放大電路為基礎(chǔ)?！?”的電壓當量“1”的倍數(shù)介于K與K+1之間時需根據(jù)閾值確定為K或K+1任何瞬間的任何值均是有意義的三、電子信息系統(tǒng)的組成模擬電子電路數(shù)字電子電路（系統(tǒng)）傳感器接收器隔離、濾波、放大運算、轉(zhuǎn)換、比較功放模擬-數(shù)字混合電子電路模擬電子系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)四、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課的特點

1、工程性實際工程需要證明其可行性。強調(diào)定性分析。

實際工程在滿足基本性能指標的前提下總是容許存在一定的誤差范圍的。定量分析為“估算”。

近似分析要“合理”。

抓主要矛盾和矛盾的主要方面。

電子電路歸根結(jié)底是電路。不同條件下構(gòu)造不同模型。2.實踐性常用電子儀器的使用方法電子電路的測試方法故障的判斷與排除方法

EDA軟件的應(yīng)用方法五、如何學習這門課程1.掌握基本概念、基本電路和基本分析方法

基本概念：概念是不變的，應(yīng)用是靈活的，“萬變不離其宗”。

基本電路：構(gòu)成的原則是不變的，具體電路是多種多樣的。

基本分析方法：不同類型的電路有不同的性能指標和描述方法，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.學會辯證、全面地分析電子電路中的問題根據(jù)需求，最適用的電路才是最好的電路。要研究利弊關(guān)系，通常“有一利必有一弊”。4.注意電路中常用定理在電子電路中的應(yīng)用六、課程的目目的1.掌握基本概念念、基本電路路、基本方法法和基本實驗驗技能。2.具有能夠繼續(xù)續(xù)深入學習和和接受電子技技術(shù)新發(fā)展的的能力，以及及將所學知識識用于本專業(yè)業(yè)的能力。本課程通過對對常用電子元元器件、模擬擬電路及其系系統(tǒng)的分析和和設(shè)計的學習習，使學生獲獲得模擬電子子技術(shù)方面的的基礎(chǔ)知識、、基礎(chǔ)理論和和基本技能，，為深入學習習電子技術(shù)及及其在專業(yè)中中的應(yīng)用打下下基礎(chǔ)。注重培養(yǎng)系統(tǒng)統(tǒng)的觀念、工工程的觀念、、科技進步的的觀念和創(chuàng)新新意識，學習習科學的思維維方法。提倡倡快樂學習??！清華大學華成英hchya@七、考查方法法1.會看：讀圖，，定性分析2.會算：定量計計算考查分析問題的能力3.會選：電路形形式、器件、、參數(shù)4.會調(diào)：儀器選選用、測試方方法、故障診診斷、EDA考查解決問題題的能力－－－設(shè)計能力考查解決問題題的能力－－－實踐能力綜合應(yīng)用所學知識的能力第一章半導導體二極管和和三極管第一章半導導體二極管和和三極管§1.1半導體基礎(chǔ)知知識§1.2半導體二極管管§1.3晶體三極管§1半導體基礎(chǔ)知知識一、本征半導導體二、雜質(zhì)半導導體三、PN結(jié)的形成及其其單向?qū)щ娦孕运?、PN結(jié)的電容效效應(yīng)一、本征半導體體導電性介于于導體與絕絕緣體之間間的物質(zhì)稱稱為半導體體。本征半導體體是純凈的的晶體結(jié)構(gòu)構(gòu)的半導體體。1、什么是半半導體？什什么是本征征半導體？？導體－－鐵鐵、鋁、銅銅等金屬元元素等低價價元素，其其最外層電電子在外電電場作用下下很容易產(chǎn)產(chǎn)生定向移移動，形成成電流。絕緣體－－－惰性氣體體、橡膠等等，其原子子的最外層層電子受原原子核的束束縛力很強強，只有在在外電場強強到一定程程度時才可可能導電。。半導體－－－硅（Si）、鍺（Ge），均為四四價元素，，它們原子子的最外層層電子受原原子核的束束縛力介于于導體與絕絕緣體之間間。無雜質(zhì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)2、本征半導導體的結(jié)構(gòu)構(gòu)由于熱運動動，具有足足夠能量的的價電子掙掙脫共價鍵鍵的束縛而而成為自由由電子自由電子的的產(chǎn)生使共共價鍵中留留有一個空空位置，稱稱為空穴自由電子與與空穴相碰碰同時消失失，稱為復(fù)復(fù)合。共價鍵一定溫度下下，自由電電子與空穴穴對的濃度度一定；溫溫度升高，，熱運動加加劇，掙脫脫共價鍵的的電子增多多，自由電電子與空穴穴對的濃度度加大。動態(tài)平衡兩種載流子外加電場時時，帶負電電的自由電電子和帶正正電的空穴穴均參與導導電，且運運動方向相相反。由于于載流子數(shù)數(shù)目很少，，故導電性性很差。為什么要將將半導體變變成導電性性很差的本本征半導體體？3、本征半導導體中的兩兩種載流子子運載電荷的的粒子稱為為載流子。。溫度升高，，熱運動加加劇，載流流子濃度增增大，導電電性增強。。熱力學溫度度0K時不導電。。二、雜質(zhì)半半導體1.N型半導體磷（P）雜質(zhì)半導體體主要靠多多數(shù)載流子子導電。摻摻入雜質(zhì)越越多，多子子濃度越高高，導電性性越強，實實現(xiàn)導電性性可控。多數(shù)載流子子空穴比未加加雜質(zhì)時的的數(shù)目多了了？少了？？為什么？？2.P型半導體硼（B）多數(shù)載流子子P型半導體主主要靠空穴穴導電，摻摻入雜質(zhì)越越多，空穴穴濃度越高高，導電性性越強，在雜質(zhì)半導導體中，溫溫度變化時時，載流子子的數(shù)目變變化嗎？少少子與多子子變化的數(shù)數(shù)目相同嗎嗎？少子與與多子濃度度的變化相相同嗎？三、PN結(jié)的形成及及其單向?qū)щ娦晕镔|(zhì)因濃度度差而產(chǎn)生生的運動稱稱為擴散運運動。氣體體、液體、、固體均有有之。擴散運動P區(qū)空穴濃度度遠高于N區(qū)。N區(qū)自由電子子濃度遠高高于P區(qū)。擴散運動使使靠近接觸觸面P區(qū)的空穴濃濃度降低、、靠近接觸觸面N區(qū)的自由電電子濃度降降低，產(chǎn)生生內(nèi)電場。。PN結(jié)的形成因電場作用用所產(chǎn)生的的運動稱為為漂移運動動。參與擴散運運動和漂移移運動的載載流子數(shù)目目相同，達達到動態(tài)平平衡，就形形成了PN結(jié)。。漂移運動由于于擴擴散散運運動動使使P區(qū)與與N區(qū)的的交交界界面面缺缺少少多多數(shù)數(shù)載載流流子子，，形形成成內(nèi)內(nèi)電電場場，，從從而而阻阻止止擴擴散散運運動動的的進進行行。。內(nèi)內(nèi)電電場場使使空空穴穴從從N區(qū)向向P區(qū)、、自自由由電電子子從從P區(qū)向向N區(qū)運運動動。。PN結(jié)加加正正向向電電壓壓導導通通：：耗盡盡層層變變窄窄，，擴擴散散運運動動加PN結(jié)加加反反向向電電壓壓截截止止：：耗盡盡層層變變寬寬，，阻阻止止擴擴散散運運動動，，PN結(jié)的的單單向向?qū)щ婋娦孕员匾獑釂?？？清華華大大學學華成成英英hchya@四、、PN結(jié)的的電電容容效效應(yīng)應(yīng)1.勢壘壘電電容容PN結(jié)外外加加電電壓壓變變化化時時，，空空間間電電荷荷區(qū)區(qū)的的寬寬度度將將發(fā)發(fā)生生變變化化，，有有電電荷荷的的積積累累和和釋釋放放的的過過程程，，與與電電容容的的充充放放電電相相同同，，其其等等效效電電容容稱稱為為勢勢壘壘電電容容Cb。2.擴散散電電容容PN結(jié)外外加加的的正正向向電電壓壓變變化化時時，，在在擴擴散散路路程程中中載載流流子子的的濃濃度度及及其其梯梯度度均均有有變變化化，，也也有有電電荷荷的的積積累累和和釋釋放放的的過過程程，，其其等等效效電電容容稱稱為為擴擴散散電電容容Cd。結(jié)電容：結(jié)電電容容不不是是常常量量??！若若PN結(jié)外外加加電電壓壓頻頻率率高高到到一一定定程程度度，，則則失失去去單單向向?qū)щ婋娦孕裕?！?半導導體體二二極極管管一、、二二極極管管的的組組成成二、、二二極極管管的的伏伏安安特特性性及及電電流流方方程程三、、二二極極管管的的等等效效電電路路四、、二二極極管管的的主主要要參參數(shù)數(shù)五、、穩(wěn)穩(wěn)壓壓二二極極管管一、、二二極極管管的的組組成成將PN結(jié)封封裝裝，，引引出出兩兩個個電電極極，，就就構(gòu)構(gòu)成成了了二二極極管管。。小功功率率二二極極管管大功功率率二二極極管管穩(wěn)壓壓二極極管管發(fā)光光二極極管管一、、二二極極管管的的組組成成點接接觸觸型型：：結(jié)結(jié)面面積積小小，，結(jié)結(jié)電電容容小小，，故故結(jié)結(jié)允允許許的的電電流流小小，，最最高高工工作作頻頻率率高高。。面接觸型型：結(jié)面面積大，，結(jié)電容容大，故故結(jié)允許許的電流流大，最最高工作作頻率低低。平面型：：結(jié)面積積可小、、可大，，小的工工作頻率率高，大大的結(jié)允允許的電電流大。。二、二極極管的伏伏安特性性及電流流方程材料開啟電壓導通電壓反向飽和電流硅Si0.5V0.5~0.8V1μA以下鍺Ge0.1V0.1~0.3V幾十μA開啟電壓壓反向飽和和電流擊穿電壓壓溫度的電壓當量量二極管的的電流與與其端電電壓的關(guān)關(guān)系稱為為伏安特特性。利用Multisim測試二極極管伏安安特性從二極管管的伏安安特性可可以反映映出：1.單向?qū)щ婋娦?.伏安特性性受溫度度影響T（℃）↑↑→在電電流不變變情況下下管壓降降u↓→反向飽和和電流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為指數(shù)數(shù)曲線反向特性性為橫軸軸的平行行線增大1倍/10℃℃三、二極極管的等等效電路路理想二極管近似分析析中最常常用理想開關(guān)導通時UD＝0截止時IS＝0導通時UD＝Uon截止時IS＝0導通時△△i與△u成線性關(guān)關(guān)系應(yīng)根據(jù)不不同情況況選擇不不同的等等效電路路！1.將伏安特特性折線線化？100V？5V？1V？2.微變等效效電路Q越高，rd越小。當二極管管在靜態(tài)態(tài)基礎(chǔ)上上有一動動態(tài)信號號作用時時，則可可將二極極管等效效為一個個電阻，，稱為動動態(tài)電阻阻，也就就是微變變等效電電路。ui=0時直流電電源作用用小信號作作用靜態(tài)電流流四、二極極管的主主要參數(shù)數(shù)最大整流流電流IF：最大平平均值最大反向向工作電電壓UR：最大瞬瞬時值反向電流流IR：即IS最高工作作頻率fM：因PN結(jié)有電容容效應(yīng)第四版——P20討論：解決兩個個問題如何判斷斷二極管管的工作作狀態(tài)？？什么情況況下應(yīng)選選用二極極管的什什么等效效電路？？uD=V－iRQIDUDV與uD可比，則則需圖解解：實測特性性對V和Ui二極管的模型有有什么不不同？五、穩(wěn)穩(wěn)壓二二極管管1.伏安特特性進入穩(wěn)穩(wěn)壓區(qū)區(qū)的最最小電電流不至于于損壞壞的最最大電電流由一個個PN結(jié)組成成，反反向擊擊穿后后在一一定的的電流流范圍圍內(nèi)端端電壓壓基本本不變變，為為穩(wěn)定定電壓壓。2.主要參參數(shù)穩(wěn)定電電壓UZ、穩(wěn)定定電流流IZ最大功功耗PZM＝IZMUZ動態(tài)電電阻rz＝ΔUZ/ΔIZ若穩(wěn)壓壓管的的電流流太小小則不不穩(wěn)壓壓，若若穩(wěn)壓壓管的的電流流太大大則會會因功功耗過過大而而損壞壞，因因而穩(wěn)穩(wěn)壓管管電路路中必必需有有限制制穩(wěn)壓壓管電電流的的限流流電阻阻！限流電電阻斜率？？§1.3晶體三三極管管一、晶晶體管管的結(jié)結(jié)構(gòu)和和符號號二、晶晶體管管的放放大原原理三、晶晶體管管的共共射輸輸入特特性和和輸出出特性性四、溫溫度對對晶體體管特特性的的影響響五、主主要參參數(shù)一、晶晶體管管的結(jié)結(jié)構(gòu)和和符號號多子濃濃度高高多子濃濃度很很低，，且很很薄面積大大晶體管管有三三個極極、三三個區(qū)區(qū)、兩兩個PN結(jié)。小功率管中功率率管大功率率管為什么有孔？二、晶晶體管管的放放大原原理擴散運運動形形成發(fā)發(fā)射極極電流流IE，復(fù)合合運動動形成成基極極電流流IB，漂移移運動動形成成集電電極電電流IC。少數(shù)載載流子子的運運動因發(fā)射射區(qū)多多子濃濃度高高使大大量電電子從從發(fā)射射區(qū)擴擴散到到基區(qū)區(qū)因基區(qū)區(qū)薄且且多子子濃度度低，，使極極少數(shù)數(shù)擴散散到基基區(qū)的的電子子與空空穴復(fù)復(fù)合因集電電區(qū)面面積大大，在在外電電場作作用下下大部部分擴擴散到到基區(qū)區(qū)的電電子漂漂移到到集電電區(qū)基區(qū)空空穴的的擴散散電流分分配：：IE＝IB＋ICIE－擴散散運動動形成成的電電流IB－復(fù)合合運動動形成成的電電流IC－漂移移運動動形成成的電電流穿透電電流集電結(jié)結(jié)反向向電流流直流電電流放放大系系數(shù)交流電電流放放大系系數(shù)為什么么基極極開路路集電電極回回路會會有穿穿透電電流？？三、晶晶體管管的共共射輸輸入特特性和和輸出出特性性為什么么UCE增大曲曲線右右移？？對于小小功率率晶體體管，，UCE大于1V的一條條輸入入特性性曲線線可以以取代代UCE大于1V的所有有輸入入特性性曲線線。為什么么像PN結(jié)的伏伏安特特性？？為什么么UCE增大到到一定定值曲曲線右右移就就不明明顯了了？1.輸入特特性2.輸出特特性β是常數(shù)嗎？什么是理想晶體管？什么情況下