盛健模拟电子技术

,*,第一章常用半导体器件,九江学院,电子工程学院实验室,主讲人：盛健,TEL：13979251437,E-mail:,模拟电子技术基础,Fundamentals of Analog Electronics,童诗白、华成英主编,1.本课程的性质,是一门技术基础课,2.特点,非纯理论性课程,实践性很强,以工程实践的观点来处理电路中的一些问题,3.研究内容,以器件为基础、以信号为主线，研究各种模拟电子电路的工作原理、特点及性能指标等。,4.教学目标,能够对一般性的、常用的电子电路进行分析，同时对较简单的单元电路进行设计。,绪论,5.学习方法,重点掌握基本概念、基本电路的分析、计算及设计方法。在实践中完善知识体系的建立。,6.成绩评定标准,理论：作业 10%,中考10%,考勤、提问 、课外读书论文 10%,期终考试70%,7.教学参考书,康华光主编，电子技术基础 模拟部分 第三版，高教出版社,童诗白主编，模拟电子技术基础 第二版，高教出版社,陈大钦主编，模拟电子技术基础问答：例题 试题，华工出版社,前言,课外阅读教材：,1.谢自美 电子线路设计.实验.测试,华中理工大学出版社,。,2.毕满清 电子技术实验与课程设计,机械工业出版社,。,3.高伟涛 Pspice8.0电路设计实例精粹,国防工业出版社,。,4.李东生 Protel99SE电路设计技术入门,电子工业出版社,。,5.刘君华 虚拟仪器图形化编程语言,西安电子科技大学出版社,。,6.张易知 虚拟仪器的设计与实现,西安电子科技大学出版社,。,第四版华成英,目录,1,常用半导体器件,2,基本放大电路,3,多级放大电路,4,集成运算放大电路,5,放大电路的频率响应,6,放大电路中的反馈,7,信号的运算和处理,8,波形的发生和信号的转换,9,功率放大电路,10,直流稳压电源,第0章 导言,0.1,电信号,信号,模拟信号和数字信号,0.2,电子信息系统,电子系统的组成,电子信息系统中的模拟电路,信号,信号：,信号是反映消息的物理量（温度，压力，声音），是消息的表现形式。,电信号：随时间而变化的电压 u或电流 i，,在数学描述上表示成时间 t 的函数，u=f(t)或 i=f(t)。,模拟信号和数字信号,模拟信号：,时间和数值都是连续的物理量。,数字信号：时间和数值都是不连续的物理量。,模拟信号和数字信号,模拟信号,正弦波信号,模拟信号和数字信号,数字信号,现,代,代,电,电,子,子,系,系,统,统,的,的,组,组,成,成,模,拟,拟,电,电,子,子,系,系,统,统,的,的,示,示,意,意,图,图,信,号,号,的,的,提,提,取,取,信,号,号,的,的,预,预,处,处,理,理,信,号,号,的,的,加,加,工,工,信,号,号,的,的,驱,驱,动,动,与,与,执,执,行,行,A/D,转,转,换,换,计,算,算,机,机,或,或,其,其,它,它,数,数,字,字,系,系,统,统,D/A,转,转,换,换,电,子,子,信,信,息,息,系,系,统,统,中,中,的,的,模,模,拟,拟,电,电,路,路,在,电,电,子,子,系,系,统,统,中,中,，,，,常,常,用,用,的,的,模,模,拟,拟,电,电,路,路,及,及,功,功,能,能,：,：,1,、,、,放,放,大,大,电,电,路,路,：,：,用,用,于,于,信,信,号,号,的,的,电,电,压,压,、,、,电,电,流,流,或,或,功,功,率,率,的,的,放,放,大,大,。,。,2,、,、,滤,滤,波,波,电,电,路,路,：,：,用,用,于,于,信,信,号,号,的,的,提,提,取,取,、,、,变,变,换,换,等,等,。,。,3,、,、,运,运,算,算,电,电,路,路,：,：,完,完,成,成,信,信,号,号,的,的,比,比,例,例,、,、,加,加,、,、,减,减,、,、,乘,乘,、,、,除,除,等,等,运,运,算,算,。,。,4,、,、,信,信,号,号,转,转,换,换,电,电,路,路,：,：,如,如,把,把,电,电,压,压,信,信,号,号,转,转,换,换,成,成,电,电,流,流,信,信,号,号,。,。,5,、,、,信,信,号,号,发,发,生,生,电,电,路,路,：,：,用,用,于,于,产,产,生,生,正,正,弦,弦,波,波,、,、,三,三,角,角,波,波,等,等,波,波,形,形,。,。,6,、,、,直,直,流,流,电,电,源,源,：,：,把,把220V,、,、50HZ,交,交,流,流,电,电,转,转,换,换,成,成,不,不,同,同,输,输,出,出,电,电,压,压,和,和,电,电,流,流,的,的,直,直,流,流,电,电,。,。,第,四,四,版,版,华,华,成,成,英,英,第,一,一,章,章,常,常,用,用,半,半,导,导,体,体,器,器,件,件,1.1,半,导,导,体,体,基,基,础,础,知,知,识,识,1.2,半,导,导,体,体,二,二,极,极,管,管,1.3,双,极,极,型,型,晶,晶,体,体,管,管,1.4,场,效,效,应,应,管,管,1.5,单,单,结,结,晶,晶,体,体,管,管,和,和,晶,晶,闸,闸,管,管,1.6,集,集,成,成,电,电,路,路,中,中,的,的,元,元,件,件,第,四,四,版,版,华,华,成,成,英,英,本,章,章,重,重,点,点,和,和,考,考,点,点,：,：,1.,二,二,极,极,管,管,的,的,单,单,向,向,导,导,电,电,性,性,、,、,稳,稳,压,压,管,管,的,的,原,原,理,理,。,。,2.,三,三,极,极,管,管,的,的,电,电,流,流,放,放,大,大,原,原,理,理,，,，,如何判断三,极,极管的管型,、,、管脚和,管,管材。,3.,场效应管的,分,分类、工作,原,原理和特性,曲,曲线。,第四版华成,英,英,本章讨论的,问,问题：,2.空穴是,一,一种载流子,吗,吗？空穴导,电,电时电子运,动,动吗？,3.什么是N型半导体,？,？什么是P,型,型半导体？,当二种半导,体,体制作在一,起,起时会产生,什,什么现象？,4.PN结,上,上所加端电,压,压与电流符,合,合欧姆定律,吗,吗？它为什,么,么具有单向,性,性？在PN,结,结中加反向,电,电压时真的,没,没有电流吗,？,？,5.晶体管,是,是通过什么,方,方式来控制,集,集电极电流,的,的？场效,应,应管是通过,什,什么方式来,控,控制漏极电,流,流的？为什,么,么它们都,可,可以用于放,大,大？,1.为什么,采,采用半导体,材,材料制作电,子,子器件？,1.1,半导体的基,础,础知识,1.1.1,本,本征半,导,导体,纯净的具有,晶,晶体结构的,半,半导体,导体：自然界中很,容,容易导电的,物,物质称为导体，金属一般,都,都是导体。,绝缘体：有的物质几,乎,乎不导电，,称,称为绝缘体，如橡皮、,陶,陶瓷、塑料,和,和石英。,半导体：另有一类物,质,质的导电特,性,性处于导体,和,和绝缘体之,间,间，称为半导体，如锗、硅,、,、砷化镓和,一,一些硫化物,、,、氧化物等,。,。,一、,导体、半导,体,体和绝缘体,PNJunction,半导体的导电机理,不,不同于其它,物,物质，所以,它,它具有不同,于,于其它物质,的,的特点。例,如,如：,当受外界热,和,和光的作用,时,时，,它的导电能,力,力明显变化,。,。,往纯净的半,导,导体中掺入,某,某些杂质，,会,会使它的导,电,电能力明显,改,改变。,光敏器件,二极管,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,完全纯净的,、,、不含其他,杂,杂质且具有,晶,晶体结构的,半,半导体称为,本,本征半导体,将硅或锗材,料,料提纯便形,成,成单晶体，,它,它的原子结,构,构为共价键,结,结构。,价电子,共价键,图 1.1.1本征,半,半导体结构,示,示意图,二,、本征半导,体,体的,晶体,结构,当温度,T,=0K 时，半,导,导体不导电,，,，如同绝缘,体,体。,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,图 1.1.2本征,半,半导体中的,自由电子和,空,空穴,自由电子,空穴,若,T,，将有少数,价,价电子克服,共,共价键的束,缚,缚成为自由电子，在原来的,共,共价键中留,下,下一个空位,空穴。,T,自由电子和空穴使本征半导体,具,具有导电能,力,力，但很微,弱,弱。,空穴可看成,带,带正电的载,流,流子。,三,、本征半导,体,体,中的两种载,流,流子,（动画1-1）,（动画1-2）,四、,本征半导体,中,中,载流子的浓,度,度,在一定温度,下,下,本征半导体,中,中,载流子的浓,度,度是一定的,，,，并且自由,电,电子与空穴,的,的浓度相等,。,。,本征半导体,中,中,载流子的浓,度,度公式：,T,=300K,室温下,本,征,征硅的电子,和,和空穴浓度:,n,=,p,=1.43,10,10,/cm,3,本征锗的电,子,子和空穴浓,度,度:,n,=,p,=2.38,10,13,/cm,3,n,i,=p,i,=K,1,T,3/2,e,-E,GO,/,(2KT),本征激发,复合,动态平衡,1.半导,体,体中两种载,流,流子,带负电的,自由电子,带正电的,空穴,2.本征,半,半导体中，,自,自由电子和,空,空穴总是成,对,对出现，,称,称为电子-,空,空穴对。,3.本征,半,半导体中自由电子和空穴的浓度用,n,i,和,p,i,表示，显然,n,i,=,p,i,。,4.由于,物,物质的运动,，,，自由电子,和,和空穴不断,的,的产生又,不,不断的,复,复合。在一定的温,度,度下，产生,与,与复合运动,会,会达,到,到平衡，载,流,流子的浓度,就,就一定了。,5.载流,子,子的浓度与,温,温度密切相,关,关，它随着,温,温度的升,高,高，基,本,本按指数规,律,律增加。,小结,1.1.2,杂,杂质半导,体,体,杂质半导体,有,有两种,N 型半导,体,体,P 型半导,体,体,一、N,型,型半导体(Negative),在硅或锗的,晶,晶体中掺入,少,少量的5 价杂质元素，,如,如磷、,锑,锑、砷等，,即,即构成N 型半导,体,体,(,或称电子型,半,半导体,),。,常用的 5,价,价杂质元,素,素有磷、锑,、,、砷等。,本征半导体,掺,掺入 5,价,价元素后，,原,原来晶体中,的,的某些硅原,子,子将被杂质,原,原子代替。,杂,杂质原子最,外,外层有 5,个,个价电子,，,，其中 4,个,个与硅构,成,成共价键，,多,多余一个电,子,子只受自身原子核吸引，在室,温,温下即可成,为,为自由电子。,自由电子浓,度,度远大于空,穴,穴的浓度，,即,即,n,p,。,电子称为多,数,数载流子,(简称多子)，,空穴称为少,数,数载流子(简称少子)。,5 价杂质,原,原子称为施主原子。,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+5,自由电子,施主原子,图 1.1.3N 型半导体,二、P,型,型半导体,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,在硅或锗,的,的晶体中,掺,掺入少量,的,的3 价杂质元素,，,，如硼、,镓,镓、铟等,，,，即构成P 型半,导,导体。,+3,空穴浓度,多,多于电子,浓,浓度，即,p,n,。空穴为多,数,数载流子，电子为少数载流,子,子。,3 价杂,质,质原子称,为,为受主原子,。,。,受主原子,空穴,图 1.1.4P 型半,导,导体,说明：,1.掺,入,入杂质的,浓,浓度决定,多,多数载流,子,子浓度；,温,温度决定,少,少数载流,子,子的浓度,。,。,3.杂,质,质半导体,总,总体上保,持,持电中性,。,。,4.杂,质,质半导体,的,的表示方,法,法如下图,所,所示。,2.杂质半导,体,体载流子的,数,数目要远远高,于,于本征半,导,导体，因,而,而其导电,能,能力大大,改,改善。,(,a,),N 型半,导,导体,(,b,),P 型半,导,导体,图 杂,质,质半导体,的,的的简化,表,表示法,在一块半,导,导体单晶,上,上一侧掺,杂,杂成为P 型半,导,导体，另,一,