南邮模拟电子线路第1章ppt.

2020年1月4日星期六模拟电子技术1模拟电子技术电子科学与工程学院主讲:杨恒新[e-mail]2020年1月4日星期六模拟电子技术2一、模拟电子技术是什么？二、课程地位（为什么学？）三、课程教学内容四、课程安排与任务五、如何学习六、何谓学好？七、课程成绩评定方法八、答疑时间、地点绪论2020年1月4日星期六模拟电子技术3第1章晶体二极管及其基本电路1.1半导体物理基础知识1.1.0概述一、导体、绝缘体、半导体二、制造半导体器件的材料1.1.1本征半导体一、半导体中的载流子二、本征载流子浓度2020年1月4日星期六模拟电子技术41.1.2杂质半导体一、N型半导体（Negativetype）二、P型半导体（Positivetype）三、杂质半导体的载流子浓度2020年1月4日星期六模拟电子技术51.2PN结1.2.1ＰＮ结的形成1.2.2ＰＮ结的单向导电特性一、PＮ结加正向电压二、PＮ结加反向电压三、PN结电流方程1.2.3PN结的击穿特性一、齐纳击穿二、雪崩击穿2020年1月4日星期六模拟电子技术61.2.4PN结的电容特性一、势垒电容二、扩散电容2020年1月4日星期六模拟电子技术71.3.2二极管的主要参数一、直流电阻1.3半导体二极管及其基本电路1.3.1二极管特性曲线二、交流电阻三、最大整流电流IF四、最大反向工作电压URM五、反向电流ＩＲ六、最高工作频率fM2020年1月4日星期六模拟电子技术81.3.4二极管基本应用电路一、二极管整流电路二、二极管限幅电路1.3.3半导体二极管模型一、理想模型二、恒压降模型三、折线模型四、小信号模型2020年1月4日星期六模拟电子技术91.4特殊二极管一、稳压二极管的特性二、稳压二极管的主要参数三、稳压二极管稳压电路1.4.1稳压二极管作业2020年1月4日星期六模拟电子技术10一、模拟电子技术是什么？1.模拟电子电路课程是一门研究模拟电子技术的基本规律，并注重实践应用的一门学科基础课。2.内容涉及两本教材（资料）内容:主教材、补充教材。2020年1月4日星期六模拟电子技术11二、课程地位（为什么学？）1.是重要的学科基础课（1）通识基础课：体现学历教育和大学基础的课。课时多，教学内容基本稳定。（2）学科基础课：是学科方向的必修课，课时较多；承前启后；内容相对稳定。（4）专业课：是专业应用性质的必修课和选修课。分模块，课时少，内容变化快。（3）专业基础课：是专业方向的必修课，课时较多；承前启后；内容相对稳定，但有发展。2020年1月4日星期六模拟电子技术123.是强调硬件应用能力的工程类课程4.是工程师训练的基本入门课程5.是很多重点大学的考研课程2.是电气信息类、电子信息科学类专业的主干课程(1)当前社会对于硬件工程师（特别是具有设计开发能力的工程师）需求量很大。(2)培养硬件工程师比较困难。(3)学好并掌握硬件本领将使你基础实，起点高，发展大，受益无穷！2020年1月4日星期六模拟电子技术131.模拟信号与数字信号模拟信号：幅值连续、时间连续数字信号：幅值离散、时间离散（通常变化时刻之间的间隔是均匀的）00110001010101三、课程教学内容语言信号波形DtOutOt1t2t32020年1月4日星期六模拟电子技术142.电子电路的概念、分类及发展概念：对弱电类信号进行产生、处理（如串—并变换、变频、取反、放大等）、存储、传输，由各种元件互相连接而组成的物理实体。分类：数字电路、模拟电路线性电路（处理小信号）、非线性电路（处理大信号）•模拟电路根据有源器件模型分为低频电路（处理低频信号）、高频电路（处理高频信号）•模拟电路根据信号频率分为2020年1月4日星期六模拟电子技术15发展：•电子管时代：1906年诞生电子三极管，之后出现了无线电通信；•晶体管时代：1947年诞生晶体三极管；•集成电路时代：1958年出现集成电路，进入微电子时期；※0.35μm0.25μm0.18μm0.13μm•LSI和VLSI时代※：(Pentium46703.80GHz)90nm(Core2Duo)65nm2020年1月4日星期六模拟电子技术163.课程内容第1章半导体二极管及其应用第2章双极型晶体管及其放大电路第3章场效应晶体管及其放大电路第5章集成运算放大电路第6章反馈第4章放大器的频率响应和噪声第7章集成运算放大器的应用第8章功率放大电路第10章正弦波振荡电路第11章调制与解调第11章集成逻辑门电路2020年1月4日星期六模拟电子技术174.教材[1]黄丽亚等编著.模拟电子技术基础，北京：机械工业出版社，2009[2]电子电路教研室.模拟电子电路B补充讲义(修订版)，南京邮电大学校内印刷,20062020年1月4日星期六模拟电子技术185.参考书[1]康华光.电子技术基础（模拟部分）(第五版).北京：高等教育出版社,2006[2]华成英童诗白.模拟电子技术基础（第四版）.北京：高等教育出版社,2006[3]谢嘉奎.电子线路（线性部分）(第四版）.北京：高等教育出版社,1999（2004年印刷）[4]谢嘉奎.电子线路（非线性部分）(第四版）.北京：高等教育出版社,1999（2004年印刷）2020年1月4日星期六模拟电子技术19四、课程安排与任务2.掌握常用半导体器件和典型模拟集成电路的特性与参数；3.系统地掌握电子线路的基本概念、组成、基本原理、性能特点和掌握各类放大器、频率响应、反馈、振荡器、调制解调电路的基本分析方法和工程估算方法；1.一学期课（64学时、4学分），实验课另有安排，单独设课。4.掌握典型TTL、CMOS门电路的工作原理和主要外部电气特性；2020年1月4日星期六模拟电子技术20五、如何学习1.“爱好”和“志向”很重要！“兴趣是最好的老师”。2.入门时可能会遇到一些困难。注意不断改进、总结和调整、提高。基本器件关-----电路构成工程近似关-----分析方法实验动手关-----实践应用EDA应用关-----设计能力3.学习方法“过四关”4.分立为基础，集成是重点，分立为集成服务2020年1月4日星期六模拟电子技术211.掌握电子技术的硬件理论（理论）;六、何谓学好？七、课程成绩评定方法八、答疑时间、地点2.掌握电子技术的应用实践能力（实践）;2020年1月4日星期六模拟电子技术22第一章晶体二极管及其基本电路（1）了解本征半导体、杂质半导体和PN结的形成及其特性。（2）掌握晶体二极管的特性和主要参数。（3）掌握普通二极管、稳压二极管构成的基本电路的组成、工作原理及分析方法。2020年1月4日星期六模拟电子技术231.1半导体物理基础知识1.1.0概述一、导体、绝缘体、半导体1.导体(Conductor)：σ104s·cm-12.绝缘体(Insulator)：σ10-10s·cm-13.半导体(Semiconductor)：σ在10-9～103s·cm-1间注：σ为电导率如铝、金、钨、铜等金属，镍铬等合金。如二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅等。如硅、锗、砷化镓、磷化铟、碳化镓等。2020年1月4日星期六模拟电子技术24二、制造半导体器件的材料+14284硅原子（Silicon）锗原子（Germanium）图1.1.1硅和锗原子结构图和简化模型半导体器件是导体、半导体和绝缘体的有机组合体。+4惯性核(InertIonicCore)价电子(ValenceElectron)半导体是构成当代微电子的基础材料。[phone]年1月4日星期六模拟电子技术25一、半导体中的载流子1.1.1本征半导体(IntrinsicSemiconductor)纯净的半导体，称为本征半导体。在绝对零度(-273℃)和没有外界影响时，所有价电子都被束缚在共价键内，晶体中没有自由电子，所以半导体不能导电。晶体中无载流子。载流子(Carrier)：获得运动能量的带电粒子。2020年1月4日星期六模拟电子技术26二、本征载流子浓度kTEiiGTApn2/2/300eni,pi分别表示自由电子(FreeElectron)和空穴(Hole)的浓度(cm–3)；A0为常数，Si(Ge):3.87(1.76)×1016cm-3·K-3/2；EG0为T=0K时的禁带宽度，Si(Ge):1.21(0.78)eV；k为波尔兹曼常数(8.63×10-6V/K)；2020年1月4日星期六模拟电子技术27本征载流子浓度随温度升高近似按指数规律增大，所以半导体的导电性能对温度非常敏感。TEiiGTpnk2/2/300eA室温下，本征半导体的导电能力很弱。室温下：硅（Si)原子密度为-322cm105-310cm1043.1iipn载流子密度为本征载流子浓度讨论2020年1月4日星期六模拟电子技术281.1.2杂质半导体(ImpuritySemiconductor)一、N型半导体（Negativetype）在本征硅（或锗）中，掺入少量的五价元素（磷、砷等），就得到N型半导体。室温时，几乎全部杂质原子都能提供一个自由电子。多子(Majority)（多数载流子）：自由电子；少子(Minority)（少数载流子）：空穴；多子浓度nn≈Nd（施主杂质浓度）-310cm1043.1iipn-314dcm102N2020年1月4日星期六模拟电子技术29二、P型半导体（Positivetype）在本征硅（或锗）中，掺入少量的三价元素（硼、铝等），就得到P型半导体。室温时，几乎全部杂质原子都能提供一个空穴。多子（多数载流子）：空穴；少子（少数载流子）：自由电子；多子浓度pp≈Na（受主杂质浓度）2020年1月4日星期六模拟电子技术30三、杂质半导体的载流子浓度在热平衡下，两者之间有如下关系：多子浓度值与少子浓度值的乘积恒等于本征载流子浓度值ni的平方。对N型半导体d2in2in2innNnnnpnpn对P型半导体a2ip2ip2ippNnpnnnnp2020年1月4日星期六模拟电子技术31杂质半导体类型多子少子多子浓度少子浓度载流子浓度与温度关系N型半导体P型半导体杂质半导体载流子小结自由电子空穴空穴自由电子nn≈Ndpp≈Nad2inNnpa2ipNnn温度变化对多子浓度影响很小；对少子浓度影响很大。2020年1月4日星期六模拟电子技术321.2PN结1.2.1ＰＮ结的形成平衡时，多子扩散与少子漂移达到平衡，即扩散过去多少多子，就有多少少子漂移过来。开始扩散运动占优势；内电场形成，阻止多子扩散，但引起少子漂移；2020年1月4日星期六模拟电子技术331.2.2ＰＮ结的单向导电特性一、PＮ结加正向电压外加电场，多子被强行推向耗尽区，中和部分正、负离子使耗尽区变窄，内电场削弱。由于内电场减弱，有利于多子的扩散，多子源源不断扩散到对方，形成扩散电流，通过回路形成正向电流．由于UB较小，因此只需较小的外加电压U，就能产生很大的正向电流2020年1月4日星期六模拟电子技术34外加电场强行将多子推离耗尽区，使耗尽区变宽，内电场增强。内电场增强，多子扩散很难进行，而有利于少子的漂移。越过界面的少子通过回路形成反向(漂移)电流，反向电流很小。外加电压增大时，反向电流基本不增加。二、PＮ结加反向电压2020年1月4日星期六模拟电子技术35这种现象称之为PN结的单向导电特性。综上所述，PN结加正向电压时，电流很大并随外加电压有明显变化（正向导通），而加反向电压时，电流很小，且不随外加电压变化（反向截止）。2020年1月4日星期六模拟电子技术36三、PN结电流方程)1(/TUuseIi图1.2.5PN结的伏安特性当T=300K(室温)时,UT=26mV。iu0-U(BR)IS为反向饱和电流。UT=KT/q,温度电压当量2020年1月4日星期六模拟电子技术37当u比UT大几倍时,/TUusseIi即呈现指数变化。当u0时,且|u|比UT大几倍时ssIi)1(/TUuseIi时，当mVu100