【正文】 — 多媒體教學課件模擬電子技術基礎Fundamentals of Analog Electronics童詩白、華成英　　主編第四版童詩白11. 本課程的性質 電子技術基礎課2. 特點 ?非純理論性課程 ?實踐性很強 ?以工程實踐的觀點來處理電路中的一些問題3. 研究內容 以器件為基礎、以電信號為主線，研究各種模擬電子電路的工作原理、特點及性能指標等。4. 教學目標 能夠對一般性的、常用的模擬電子電路進行分析，同時對較簡單的單元電路進行設計?！　? 言第四版童詩白25. 學習方法 重點掌握基本概念；基本電路的結構、性能特點；基本分析估算方法。6. 課時及成績評定標準課時： 80學時 =64(理論） +16（實驗）平時 10%+ 實驗 30%+ 卷面 60%7. 教學參考書 康華光主編， 《 電子技術基礎 》 模擬部分 第三版，高教出版社 陳大欽主編， 《 模擬電子技術基礎問答：例題 ? 試題 》 ， 華科大出版社 陳 潔主編， 《 EDA軟件仿真技術快速入門 Protel99SE+Multisim10+Proteus 7 》 中國電力出版社 　　導　 言第四版童詩白3目錄1 常用半導體器件 （ 10學時）2 基本放大電路 （ 8學時）3 多級放大電路　　　　4 集成運算放大電路 （ 4學時）5 放大電路的頻率響應 （ 6學時）6 放大電路中的反饋 （ 6學時）7 信號的運算和處理 （ 6學時）8 波形的發(fā)生和信號的轉換 （ 6學時）9 功率放大電路 （ 4學時）10 直流穩(wěn)壓電源 （ 8學時）第四版童詩白（ 6學時）4第四版童詩白電子技術 : 通常我們把由電阻、電容、三極管、二極管、集成電路等電子元器件組成并具有一定功能的電路稱為電子電路，簡稱為電路。 一個完整的電子電路系統(tǒng)通常由若干個功能電路組成，功能電路主要有：放大器、濾波器、信號源、波形發(fā)生電路、數字邏輯電路、數字存儲器、電源、模擬 /數字轉換器等。 電子技術就是研究 電子器件 及 電路系統(tǒng) 設計、分析及制造的工程實用技術。目前電子技術主要由 模擬電子技術 和 數字電子技術 兩部分組成。 在電子技術迅猛發(fā)展的今天，電子電路的應用在日常生活中無處不在，小到門鈴、收音機、 DVD播放機、電話機等，大到全球定位系統(tǒng) GPS（ Global Positioning Systems）、雷達、導航系統(tǒng)等。5第四版童詩白模擬電子技術： 模擬電子技術主要研究處理模擬信號的電子電路。 模擬信號就是幅度連續(xù)的信號，如溫度、壓力、流量等。 數字電子技術主要研究處理數字信號的電子電路。 數字信號通常是指時間和幅度均離散的信號，如電報信號、計算機數據信號等等。時間 時間幅度 幅度 T 2T 3T 4T 5T 6T數字電子技術：6第四版童詩白第一章 常用半導體器件 半導體基礎知識 半導體二極管 雙極型晶體管 場效應管 單結晶體管和晶閘管 7本章討論的問題：？空穴導電時電子運動嗎？ N型半導體？什么是 P型半導體？　當二種半導體制作在一起時會產生什么現(xiàn)象？？它為什么具有單向性？在 PN結中另反向電壓時真的沒有電流嗎？？場效　應管是通過什么方式來控制漏極電流的？為什么它　們都可以用于放大？？第四版童詩白8　 半導體的基礎知識 本征半導體 　　 純凈的具有晶體結構的半導體導 體： 自然界中很容易 導電 的物 質 稱 為 導 體 ，金屬一般都是 導 體。絕緣 體： 有的物 質 幾乎不 導電 ，稱 為 絕緣 體 ，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半 導 體： 另有一 類 物 質 的 導電 特性 處 于 導 體和 絕緣體之 間 ，稱 為 半 導 體 ，如 鍺 、硅、砷化 鎵和一些硫化物、氧化物等。一、 導體、半導體和絕緣體第四版童詩白9半 導 體 的 導電 機理不同于其它物 質 ，所以它具有不同于其它物 質 的特點。例如：當受外界 熱 和光的作用 時 ，它的 導電 能力明 顯變 化。往 純凈 的半 導 體中 摻 入某些 雜質，會使它的 導電 能力明 顯 改 變 。光敏器件二極管第四版童詩白10+4+4+4+4 +4+4+4+4+4 完全純凈的、不含其他雜質且具有晶體結構的半導 體 稱為本征半導體 將硅或鍺材料提純便形成單晶體，它的原子結構為共價鍵結構。價電子共價鍵圖 　本征半導體結構示意圖二、本征半導體的晶體結構當溫度 T = 0 K 時，半導體不導電，如同絕緣體。第四版童詩白第四版童詩白11+4+4+4+4 +4+4 +4 +4+4圖 　本征半導體中的 　　　　 自由電子和空穴自由電子空穴 若 T ? ，將有少數價電子克服共價鍵的束縛成為 自由電子 ，在原來的共價鍵中留下一個空位 ——空穴。T ? 自由電子 和 空穴 使 本征半導體具有導電能力，但很微弱?！?　 空穴可看成帶正電的載流子。三、本征半導體中的兩種載流子（ 動畫 11） （ 動畫 12）第四版童詩白12四、 本征半導體中載流子的濃度在一定溫度下 本征半 導 體中 載流子的濃度是一定的，并且自由電子與空穴的濃度相等。本征半 導 體中 載流子的濃度公式：T=300 K室溫下 ,本征硅的電子和空穴濃度 : n = p =1010/cm3本征鍺的電子和空穴濃度 : 　　 n = p =1013/cm3ni=　 pi=　 K1T3/2 e EGO/(2KT)本征激發(fā)復合 動態(tài)平衡第四版童詩白131. 半導體中兩種載流子 帶負電的 自由電子帶正電的 空穴 　　 2. 本征半導體中，自由電子和空穴總是成對出現(xiàn)，　　　稱為 電子 空穴對。　　 3. 本征半導體中 自由電子 和 空穴 的濃度 用 ni 和 pi 　　　　　　 表示，顯然 ni = pi ?！?　 4. 由于物質的運動，自由電子和空穴不斷的產生又　 　 　不斷的復合。 在一定的溫度下，產生與復合運動　 　 　會達到平衡，載流子的濃度就一定了?！　?5. 載流子的濃度與溫度密切相關，它隨著溫度的升　　　高，基本按指數規(guī)律增加。小結：　第四版童詩白14　雜質半導體雜質半導體有兩種N 型半導體P 型半導體一、 N 型半導體 (Negative)　 　 在硅或鍺的晶體中摻入少量的 5 價 雜質元素，如　 　磷、銻、砷等，即構成 N 型半導體 (或稱電子型　 　半導體 )。常用的 5 價雜質元素有磷、銻、砷等。第四版童詩白15 本征半導體摻入 5 價元素后，原來晶體中的某些硅原子將被雜質原子代替。雜質原子最外層有 5 個價電子，其中 4 個與硅構成共價鍵，多余一個電子只受自身原子核吸引，在室溫下即可成為自由電子。 自由電子濃度遠大于空穴的濃度，即 n p ?！　?電子稱為多數載流子 (簡稱多子 )，　　 空穴稱為少數載流子 (簡稱少子 )。5 價雜質原子稱為 施主原子。第四版童詩白16+4+4+4+4 +4+4 +4 +4+4+5自由電子施主原子　　圖 　 N 型半導體第四版童詩白17二、 P 型半導體　 　 在硅或鍺的晶體中摻入少量的 3 價 雜質元素，如硼、鎵、銦等，即構成 P 型半導體 。　 　 空穴濃度多于電子濃度，即 p n。 空穴為多數載流子 ，電子為少數載流子?！　?3 價雜質原子稱為 受主原子。第四版童詩白18圖 　 P 型半導體+4+4+4+4 +4+4 +4 +4+4+3受主原子空穴第四版童詩白19說明：　 　 1. 摻入雜質的濃度決定多數載流子濃度；溫度決 定少數載流子的濃度。3. 雜質半導體總體上保持電中性。 4. 雜質半導體的表示方法如下圖所示。　 　 2. 雜質半導體 載流子的數目 要遠遠高于本征半導體，因而其導電能力大大改善。(a)N 型半導體 (b) P 型半導體圖 　雜質半導體的的簡化表示法第四版童詩白20 在一塊半導體單晶上一側摻雜成為 P 型半導體，另一側摻雜成為 N 型半導體，兩個區(qū)域的交界處就形成了一個特殊的薄層， 稱為 PN 結 。 P NPN結圖 　 PN 結的形成一、 PN 結的形成　 PN結第四版童詩白21 PN 結中載流子的運動耗盡層空間電荷區(qū)P N1. 擴散運動　 　 2. 擴散運動形成空間電荷區(qū)　 　 電子和空穴濃度差形成多數載流子的擴散運動?！?PN 結，耗盡層。P N （ 動畫 13）第四版童詩白223. 空間電荷區(qū)產生內電場P N空間電荷區(qū)內電場Uho空間電荷區(qū)正負離子之間電位差 Uho —— 電位壁壘 ； —— 內電場 ；內電場阻止多子的擴散 —— 阻擋層 。　　 4. 漂移運動　 　 內電場有利于少子運動 — 漂移。 少子的運動與多子運動方向相反 阻擋層第四版童詩白235. 擴散與漂移的動態(tài)平衡擴散運動使空間電荷區(qū)增大，擴散電流逐漸減?。浑S著內電場的增強，漂移運動逐漸增加；當擴散電流與漂移電流相等時， PN 結總的電流等于零，空間電荷區(qū)的寬度達到穩(wěn)定。對稱結　即 擴散運動與漂移運動達到動態(tài)平衡。P N不對稱結第四版童詩白24二、二、 PN 結的單向導電性結的單向導電性1. PN結結 外加正向電壓時處于導通狀態(tài)又稱正向偏置，簡稱正偏。外電場方向內電場方向　耗盡層V RI空間電荷區(qū)變窄，有利于擴散運動，電路中有較大的正向電流。圖 P N什么是 PN結的單向導電性？有什么作用？第四版童詩白25　　在 PN 結加上一個很小的正向電壓，即可得到較大的正向電流，為防止電流過大，可接入電阻 R。2. PN 結結 外加反向電壓時處于截止狀態(tài) (反偏 )　 　 反向接法時，外電場與內電場的方向一致，增強了內電場的作用；外電場使空間電荷區(qū)變寬；　 　 不利于擴散運動，有利于漂移運動，漂移電流大于擴散電流，電路中產生反向電流 I ；由于少數載流子濃度很低，反向電流數值非常小。第四版童詩白26　耗盡層圖 　 PN 結加反相電壓時截止 　　反向電流又稱 反向飽和電流 。 對溫度十分敏感 ，　　 隨著溫度