《模拟电子技术基础》讲义 (2013年-2014年第一学期) 上课班级:电子信息工程12 理论课时:64 实验课时:24 主讲:李建新
《模拟电子技术基础》讲义 （2013 年－2014 年第一学期） 上课班级：电子信息工程 12 理论课时：64 实验课时：24 主讲：李建新
目录 第一章常用半导体器件 1.重点、难点与知识结构 112 2.主要授课内容… 第二章基本放大电路 1.重点、难点与知识结构 …15 2.主要授课内容 ………16 第三章多级放大电路… 1.重点、难点与知识结构……… 2.主要授课内容 第四章集成运算放大电路 1.重点、难点与知识结构… …………45 2.主要授课内容 第五章放大电路的频率响应……………… …56 1.重点、难点与知识结构……………… 2.主要授课内容 ·: 第六章放大电路中的反馈 …………70 1.重点、难点与知识结构 2.主要授课内容 第七章信号的运算和处理……………………………………… 1.重点、难点与知识结构……………………………………………………86 2.主要授课内容 第八章波形的发生和信号的转换 106 1.重点、难点与知识结构… ,,非 ··· ………………………106 2.主要授课内容……… ····· ·· 第九章功率放大电路 ·········· 1.重点、难点与知识结构… 2.主要授课内容 第十章直流电源 137 1.重点、难点与知识结构 2.主要授课内容……… ………………………………138
目 录 第一章 常用半导体器件 ………………………………………………………………1 1.重点、难点与知识结构………………………………………………………………1 2.主要授课内容…………………………………………………………………………2 第二章 基本放大电路…………………………………………………………………15 1.重点、难点与知识结构………………………………………………………………15 2.主要授课内容………………………………………………………………………16 第三章多级放大电路…………………………………………………………………35 1.重点、难点与知识结构………………………………………………………………35 2.主要授课内容………………………………………………………………………36 第四章 集成运算放大电路 …………………………………………………………45 1.重点、难点与知识结构………………………………………………………………45 2.主要授课内容………………………………………………………………………46 第五章 放大电路的频率响应 ………………………………………………………56 1.重点、难点与知识结构………………………………………………………………56 2.主要授课内容………………………………………………………………………57 第六章 放大电路中的反馈 …………………………………………………………70 1.重点、难点与知识结构………………………………………………………………70 2.主要授课内容………………………………………………………………………72 第七章 信号的运算和处理 …………………………………………………………86 1.重点、难点与知识结构………………………………………………………………86 2.主要授课内容………………………………………………………………………87 第八章 波形的发生和信号的转换 …………………………………………………106 1.重点、难点与知识结构……………………………………………………………106 2.主要授课内容………………………………………………………………………107 第九章 功率放大电路 ………………………………………………………………129 1.重点、难点与知识结构……………………………………………………………129 2.主要授课内容………………………………………………………………………130 第十章 直流电源 ……………………………………………………………………137 1.重点、难点与知识结构……………………………………………………………137 2.主要授课内容………………………………………………………………………138
模拟电子技术基础电子教案 第一章常用半导体器件 本章重点难点 1.半导体二极管的单向导电特性、伏安特性以及主要电参数。 2.硅稳压二极管的伏安特性、稳压原理及主要电参数。 3.晶体管的放大作用、输入特性曲线和输出特性曲线、主要参数、温度对参数的 影响。 4.场效应管外特性和主要参数物理意义 、知识结构 1.半导体 (1)本征半导体电子数等于空穴数 (2)杂质半导体 P型半导体多子:空穴 N型半导体多子:电子 电子空穴载流子的运动形成了电流 电场作用下产生漂移电流 浓度梯度产生扩散电流 2FN结 (1)原理 扩散漂移的平衡→空间电荷势垒区 (2)结构模型 正偏:电流大,电阻小,正向导通 反偏:电流小,电阻大,反向截止 击穿:雪崩击穿和齐纳击穿 电流方程:对数模型 3.半导体器件 (1)晶体管 NPN型PNP型 (2)场效应管 结型场效应管→N沟道和P沟道 绝缘栅型场效应管→(N沟道和P沟道)增强型和(N沟道和P沟道)耗尽型 三、主要授课内容
模拟电子技术基础 电子教案 - 1 - 第一章 常用半导体器件 一、本章重点难点 1.半导体二极管的单向导电特性、伏安特性以及主要电参数。 2.硅稳压二极管的伏安特性、稳压原理及主要电参数。 3.晶体管的放大作用、输入特性曲线和输出特性曲线、主要参数、温度对参数的 影响。 4.场效应管外特性和主要参数物理意义。 二、知识结构 1.半导体 （1）本征半导体 电子数等于空穴数 （2）杂质半导体 P型半导体 多子：空穴 N型半导体 多子：电子 电子空穴载流子的运动形成了电流 电场作用下产生漂移电流 浓度梯度产生扩散电流 2.PN结 （1）原理 扩散漂移的平衡→空间电荷势垒区 （2）结构模型 正偏：电流大，电阻小，正向导通 反偏：电流小，电阻大，反向截止 击穿：雪崩击穿和齐纳击穿 电流方程：对数模型 3.半导体器件 （1）晶体管 NPN型 PNP型 （2）场效应管 结型场效应管→N沟道和P沟道 绝缘栅型场效应管→（N沟道和P沟道）增强型和（N沟道和P沟道）耗尽型 三、主要授课内容
模拟电子技术基础电子教案 第一章常用半导体器件主要授课内容 备注 §1.1半导体的基础知识 导体:自然界中很容易导电的物质称为导体,金属一般都是导体(电阻率10-6~10-3g 绝缘体:有的物质几乎不导电,称为绝缘体,如橡皮、陶瓷、塑料和石英(电阻率109~ 10209cm) 半导体:另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间,称为半导体,如锗、硅、 砷化镓和一些硫化物、氧化物等(电阻率10-3~109gcm)。 1.1.1本征半导体 本征半导体的结构特点 硅和锗的共价键结构 << Z+s4 共价键共 +4表示)"<<心 用电子对 除去价电 ④@ 子后的原 <嬗<、 二、本征半导体的导电机理 1.载流子、自由电子和空穴 在绝对0度(=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(即载流子),它的导电能力为0,相当于绝缘体。 在常温下,由于热激发,使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚,成 为自由电子,同时共价键上留下一个空位,称为空穴
模拟电子技术基础 电子教案 - 2 - 第一章 常用半导体器件 主要授课内容 备 注 §1.1 半导体的基础知识 导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体（电阻率 10-6～10-3 ㎝）。 绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英（电阻率 109～ 1020 ㎝） 。 半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、 砷化镓和一些硫化物、氧化物等（电阻率 10-3～109 ㎝） 。 1.1.1 本征半导体 一、本征半导体的结构特点 硅和锗的共价键结构 二、本征半导体的导电机理 1.载流子、自由电子和空穴 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（即载流子），它的导电能力为 0，相当于绝缘体。 在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成 为自由电子，同时共价键上留下一个空位，称为空穴。 共价键共 用电子对 +4 +4 +4 +4 +4表示 除去价电 子后的原 Ge Si
模拟电子技术基础电子教案 第一章常用半导体器件主要授课内容 备注 :○ 2.本征半导体的导电机理 本征半导体中存在数量相等的两种载流子,即自由电子和空穴。 在其它力的作用下,空穴吸引附近的电子来填补,这样的结果相当于空穴的迁移 而空穴的迁移相当于正电荷的移动,因此可以认为空穴是载流子 本征半导体中电流由两部分组成 1.自由电子移动产生的电子电流。 空穴移动产生的空穴电流 本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度 温度越高,载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强,温度是影响半 导体性能的一个重要的外部因素,这是半导体的一大特点 1.1.2杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量的杂质(元素),就会使半导体的导电性能发生显 著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。 N型半导体:自由电子浓度大大增加的杂质半导体,也称为(电子半导体)。 P型半导体:空穴浓度大大增加的杂质半导体,也称为(空穴半导体) N型半导体 型半导体 P型半导体 1、由施主原子提供的电子,浓度与施主原子相同。 2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。 掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度,所以,自由电子浓度远大于空穴浓度。 自由电子称为多数载流子(多子),空穴称为少数载流子(少子)。 二、P型半导体 P型半导体中空穴是多子,电子是少子
模拟电子技术基础 电子教案 - 3 - 第一章 常用半导体器件 主要授课内容 备 注 2.本征半导体的导电机理 本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。 在其它力的作用下，空穴吸引附近的电子来填补，这样的结果相当于空穴的迁移， 而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流子 本征半导体中电流由两部分组成： 1. 自由电子移动产生的电子电流。 2. 空穴移动产生的空穴电流。 本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。 温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半 导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。 1.1.2 杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量的杂质（元素），就会使半导体的导电性能发生显 著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。 N 型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为（电子半导体）。 P 型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为（空穴半导体）。 一、N 型半导体 N 型半导体 P 型半导体 1、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。 2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。 掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。 自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。 二、P 型半导体 P 型半导体中空穴是多子，电子是少子
模拟电子技术基础电子教案 第一章常用半导体器件主要授课内容 备注 1.1.3NN结 PN结的形成 宰穴负离子止离子自由电子 空间电荷区 o°eooo|o| Soolooloolo oo PN结的单向导电性 1、PV结正向偏置 耗尽层 ogoojolojoooo 9 ooo@oo.° 内电场 2、PV结反向偏置 o oioooooojo o ⊙⊙@⊙ oe③⑥d 三、NN结的电流方程 (e*r-1) kT 26m Is(eT-l)
模拟电子技术基础 电子教案 - 4 - 第一章 常用半导体器件 主要授课内容 备 注 1.1.3 PN 结 一、 PN 结的形成 二、 PN 结的单向导电性 1、PN 结正向偏置 2、PN 结反向偏置 三、 PN 结的电流方程 ( 1) ( 1) UT u S kT qu S I e i I e mV q kT UT 26
模拟电子技术基础电子教案 第一章常用半导体器件主要授课内容 备注 正向特性 反向特性 四、伏安特性 五、二极管的极间电容 N结存在有电容,此电容由两部分组成:势垒电容Cb和扩散电容Cd 1.2半导体二极管 1.2.1半导体二极管的几种常见结构 图1.2.1二极管的几种外形 阳极引线 金属丝N型锗片 铝合金小球 IN结 N型硅 金锑合金 阳极引线 阴极引线 底座 外壳 阴极引线 阳极引线 SO2保护层 极 N型硅 阴极引 图1.2.2二极管的几种常见结构 1.2.2二极管的伏安特性 极管和N结伏安特性的区别
模拟电子技术基础 电子教案 - 5 - 第一章 常用半导体器件 主要授课内容 备 注 正向特性 反向特性 四、伏安特性 五、 二极管的极间电容 PN 结存在有电容，此电容由两部分组成：势垒电容 Cb 和扩散电容 Cd。 1.2 半导体二极管 1.2.1 半导体二极管的几种常见结构 图 1.2.1 二极管的几种外形 图 1.2.2 二极管的几种常见结构 1.2.2 二极管的伏安特性 一、二极管和 PN 结伏安特性的区别 UT u S u 0 i I e S u 0 i I
模拟电子技术基础电子教案 第一章常用半导体器件主要授课内容 备注 80C20°C -----4 图1.2.3二极管的伏安特性 二、温度对二极管伏安特性的影响 1.温度每升高1℃,正向压降减小2~2.5mV 2.温度每升高10℃,反向电流约增大一倍 1.2.3二极管的主要参数 1.最大整流电流IF 二极管长期使用时,允许流过二极管的最大正向平均电流。 2.反向击穿电压L(BR) 二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增,二极管的单向导电性被破坏 甚至过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压Z一般是L(BP的一半 3.反向电流IR 指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大,说明管子的单向导电 性差,因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响,温度越高反向电流越大。硅 管的反向电流较小,锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍 4.最高工作频率M 二极管的上限频率 1.2.4二极管的等效电路 在一定的条件下,用线性元件所构成的电路来近似模拟二极管的特性,并用之取 代电路中的二极管。能够模拟二极管特性的电路称为二极管的等效电路,也称为二极 管的等效模型 由伏安特性折线化得到的等效电路 1.理想二极管等效电路(a) 2.理想二极管与恒压源串联的等效电路(b) 3.折线等效电路(c) |+凸
模拟电子技术基础 电子教案 - 6 - 第一章 常用半导体器件 主要授课内容 备 注 图 1.2.3 二极管的伏安特性 二、温度对二极管伏安特性的影响 1.温度每升高 1℃，正向压降减小 2～2.5mV； 2.温度每升高 10℃，反向电流约增大一倍； 1.2.3 二极管的主要参数 1. 最大整流电流 IF 二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。 2. 反向击穿电压 U(BR) 二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏， 甚至过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压 UR 一般是 U(BR)的一半。 3. 反向电流 IR 指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电 性差，因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅 管的反向电流较小，锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。 4. 最高工作频率 fM 二极管的上限频率 1.2.4 二极管的等效电路 在一定的条件下，用线性元件所构成的电路来近似模拟二极管的特性，并用之取 代电路中的二极管。能够模拟二极管特性的电路称为二极管的等效电路，也称为二极 管的等效模型 一、由伏安特性折线化得到的等效电路 1.理想二极管等效电路(a) 2.理想二极管与恒压源串联的等效电路(b) 3.折线等效电路(c)
模拟电子技术基础电子教案 第一章常用半导体器件主要授课内容 备注 极管的微变等效电路一一动态电阻 rd是二极管特性曲线上工作点Q附近电压的变化与电流的变化之比: 由N结方程得 din dlls(er -Dl I uD 则微变等效电阻为 、应用举例:二极管半波整流 1.2.5稳压二极管 、稳压二极管的伏安特性 阴极 动态电阻: △Uz r越小,稳压性能越好
模拟电子技术基础 电子教案 - 7 - 第一章 常用半导体器件 主要授课内容 备 注 二、二极管的微变等效电路－－动态电阻 rd 是二极管特性曲线上工作点 Q 附近电压的变化与电流的变化之比： 由 PN 结方程得 则微变等效电阻为 三、应用举例：二极管半波整流 1.2.5 稳压二极管 一、 稳压二极管的伏安特性 动态电阻： rz越小，稳压性能越好。 D D d i u r T U D u T S D U u S D D D D d U I e U I du d I e du di u i r T D T D 1 [ ( 1)] D T d I U r Z Z I U Zr
模拟电子技术基础电子教案 第一章常用半导体器件主要授课内容 备注 二、稳压管的主要参数 (1)稳定电压l2 (2)电压温度系数a(%/℃) 表示温度每变化1℃稳压值的变化量 (3)动态电阻 (4)稳定电流IZ、最大、最小稳定电流 Tmax、 lamin (5)最大允许功耗P2=U2l2ms 三、应用举例:稳压管稳压电路 Uc §1.3双极型晶体管 1.3.1晶体管的结构、类型及电路符号 几自微米 发射区区集电区 某电极 &k&k NPN 内部条件 发射区:掺杂浓度较高 基区:较薄,掺杂浓度低 集电区:面积较大 1.3.2晶体管的电流放大作用 晶体管内部载流子的运动
模拟电子技术基础 电子教案 - 8 - 第一章 常用半导体器件 主要授课内容 备 注 二、 稳压管的主要参数 （1）稳定电压 UZ （2）电压温度系数 U（%/℃） 表示温度每变化 1 ℃稳压值的变化量。 （3）动态电阻 （4）稳定电流 IZ、最大、最小稳定电流 Izmax、Izmin。 （5）最大允许功耗 三、应用举例：稳压管稳压电路 §1.3 双极型晶体管 1.3.1 晶体管的结构、类型及电路符号 内部条件 发射区：掺杂浓度较高 基区：较薄，掺杂浓度低 集电区：面积较大 1.3.2 晶体管的电流放大作用 一、晶体管内部载流子的运动 Z Z I U Zr ZM Z Z max P U I
