经典模电解析

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.学习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。继续5.学习方法重点掌握基本概念、基本电路、基本方法。6.成绩评定平时：作业10%实验10%考试：80%7.参考书童诗白主编，《模拟电子技术基础》第四版、第三版高教出版社继续3多级放大电路1常用半导体器件2基本放大电路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信号的运算与处理8波形的发生和信号的转换9功率放大电路10直流电源继续•模拟电子技术基础是一门介绍电子器件、电子电路和电子技术应用的专业基础课程•其特点是将电路理论扩展到包含有源器件（晶体管、场效应管、集成运放等）的电子电路中•概念性、工程性、实践性总论继续导言1.1电子系统的基本知识1.2电子技术的知识体系结构1.3电子技术的课程体系1.4本课程基本内容与学习建议继续1.1电子系统的基本知识1.1.1电子系统的组成框图1.1.2电子系统描述1.1.3基本单元电路功能描述继续温度传感（输入）信号放大信号滤波控制执行（输出）功率放大数模转换数字逻辑电路模数转换恒温装置模拟小信号电路数字电路非电子物理系统模拟大信号电路电子系统1.1电子系统的基本知识1.1.1电子系统的组成框图继续1.1.2电子系统描述1.1电子系统的基本知识由若干相互联结，相互作用的基本电路组成的，具有特定功能的电路整体，称为电子系统。•基本电路：构成电子系统的基本元素•相互作用：基本电路以各自功能互相补充•特定功能：电子系统本身是专有的•整体：用系统的观点来考察整体电路继续1.1.3基本单元电路功能描述1.输入电路：非电子物理系统与电子系统的接口2.小信号放大电路：放大信号到所要求的电平3.滤波电路：对信号的时域或频域特性加以改变4.数字与模拟接口电路：包括模数转换和数模转换5.数字逻辑电路：数字信号的处理电路6.功率放大电路：放大信号到所要求的功率7.信号产生电路：产生必要的波形8.电源电路：提供电子系统的能源供应1.1电子系统的基本知识主要单元电路有：继续1.2电子技术的知识体系结构1.2.1电子系统的根本作用1.2.2信号及其表示1.2.3电子技术分类1.2.4电子技术发展简况继续1.2.1电子系统的根本作用电子系统的根本作用是完成对信号的各种处理与变换1.2电子系统的知识体系结构•传感器：物理量的测量和信号的采集•放大器：微弱信号波形的放大•滤波器：无关信号和噪声的滤除•模数转换：模拟信号变为数字信号•数字逻辑电路：数字信号的电路处理•数模转换：数字信号还原为模拟信号•功率放大：放大信号功率继续1.2.2信号及其表示1.信号：信息的载体1.2电子系统的知识体系结构温度波动曲线T/℃2200.52200.02199.501080706050403020t/s声音、图像、亮度、温度等等物理信息，都可以用信号波形来表示。电子系统处理的是电信号，它由相应的物理量通过传感器转换而得到。继续1.信号：是反映消息的物理量信息需要借助于某些物理量（如声、光、电）的变化来表示和传递。电信号是指随时间而变化的电压u或电流i，记作u=f(t)或i=f(t)。如温度、压力、流量，自然界的声音信号等等，因而信号是消息的表现形式。2.电信号由于非电的物理量很容易转换成电信号，而且电信号又容易传送和控制，因此电信号成为应用最为广泛的信号。因此：继续模拟信号对应任意时间值t均有确定的函数值u或i，并且u或i的幅值是连续取值的，即在时间和数值上均具有连续性。数字信号在时间和数值上均具有离散性，u或i的变化在时间上不连续，总是发生在离散的瞬间；且它们的数值是一个最小量值的整数倍，当其值小于最小量值时信号将毫无意义。大多数物理量所转换成的信号均为模拟信号。继续2.信号源的电路表达形式1.2电子系统的知识体系结构电子系统RS+-VS电压源等效电路电流源等效电路电子系统RSISSSSRVI戴维宁诺顿转换继续3.电信号的时域与频域表示1.2电子系统的知识体系结构A.正弦信号fT2200OtVm-VmfT==时域OVm频域)sin()(0mtVtv时域：信号的时间波形表示频域：将信号分解为正弦信号的集合继续B.周期信号1.2电子系统的知识体系结构时域O0T=tVs频域O2VsVsVs2Vs2VsT20)5sin513sin31(sin22)(000SStttVVtv2SV——直流分量、其中：SV2——基波分量、23SV——三次谐波分量、…离散频谱函数周期信号通过将信号展开为傅里叶级数求出周期信号的频谱函数（傅里叶系数）。继续C.非周期信号1.2电子系统的知识体系结构连续频谱函数非周期信号时域T/℃2200.52200.02199.501080706050403020t/s频域OT/℃c)0(非周期信号包含了所有的（连续）频率成分通过傅氏积分求出非周期信号的频谱函数。小结：电子系统处理的一切可归结为信号，而各式信号包含了特定的频率成分。所以，电子系统的频率特性也是我们要特别关注的。继续1.2.3电子技术分类1.2电子系统的知识体系结构1.模拟电路与数字电路模拟信号：在时间和幅值上都是连续的信号。处理模拟信号的电子电路称为模拟电路。数字信号：在时间和幅值上都是离散的信号。对模拟信号在一定的时间间隔上采样，则模拟信号在时间上离散了；对各采样值进行量化，则采样信号幅度也离散了。处理数字信号的电子电路称为数字电路或数字逻辑电路。继续1.2.3电子技术分类1.2电子系统的知识体系结构2.小信号电路与大信号电路3.低频电路与高频电路4.集中参数电路与分布参数电路继续1.2.4电子技术发展简况1.2电子系统的知识体系结构1.材料与器件2.理论与分析方法3.设计思想与实现方法4.应用领域继续关注：电子技术的发展很大程度上反映在元器件的发展上:•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！继续1.3电子技术的课程体系理论基础：电路理论同步课程：数字电子技术（数字电路与逻辑设计）后续课程：微机原理（计算机类课程）、高频电路（电子类课程）等模拟电子技术和数字电子技术是电子信息类各专业的重要的技术基础课程，对于继续学习有关专业课程（电子类、计算机类、通信类、控制类、测量类、电力电子类）有着重要的影响继续总结：模拟电路模拟电路：对模拟量进行处理的电路。最基本的处理是对信号的放大。放大：输入为小信号，有源元件控制电源使负载获得大信号，并保持线性关系。有源元件：能够控制能量的元件。继续“模拟电子技术基础”课程的内容半导体器件。处理模拟信号的电子电路及其相关的基本功能：各种放大电路、运算电路、滤波电路、信号发生电路、电源电路等等。模拟电路的分析方法。不同的电子电路在电子系统中的作用。继续“模拟电子技术基础”课程的特点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。电子电路的定量分析称为“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。估算不同的参数需采用不同的模型，可用电路的基本理论分析电子电路。继续2.实践性实用的模拟电子电路几乎都需要进行调试才能达到预期的目标，因而要掌握以下方法：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继续如何学习这门课程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.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”。3.注意电路中常用定理在电子电路中的应用继续课程的目的1.掌握基本概念、基本电路、基本分析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，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。建立起系统的观念、工程的观念、科技进步的观念和创新意识。继续第一章常用半导体器件1.1半导体基础知识1.2半导体二极管1.3半导体三极管（晶体管）1.4场效应管继续导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。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。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。一、什么是半导体半导体之所以能制成半导体器件，并不是因为它的导电性能介于导体和绝缘体之间，而是因为它具有一些独特的导电性能。1.1半导体的基本知识在物理学中，根据材料的导电能力，可以将他们划分导体、绝缘体和半导体继续半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。例如：•当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。•往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变。继续sisi硅原子Ge锗原子Ge+4+4硅和锗最外层轨道上的四个电子称为价电子。通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。继续一、本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价电子。硅和锗的晶体结构：继续硅和锗的共价键结构共价键共用电子对+4+4+4+4+4表示除去价电子后的原子继续共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。+4+4+4+4继续二、本征激发在绝对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（本征激发），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。1.载流子、自由电子和空穴继续+4+4+4+4自由电子空穴束缚电子继续2.本征半导体的导电机理+4+4+4+4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。本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。继续温度越高，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。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。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流。2.空穴移动产生的电流。继续二杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质，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。P型半导体：空穴浓度大大增加的杂