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1、模拟电子技术基础,教师:何俊电话:13990104827邮箱:,课程事宜,56课时，3.5学分单独实验开设闭卷考试，考试成绩占70%，平时成绩30%先修课程：高数，普通物理，电路分析后续课程：数字电子技术、高频电子技术、变流技术、传感器、生物医学电子学等,课程结构体系,以非线性器件构成信号放大电路为对象展开讨论。以半导体放大电路为核心。放大电路中的负反馈提高放大电路性能。放大电路中的正反馈产生震荡信号。功率放大电路电源,1.1 信号,1.2 信号的频谱,1.3 放大电路模型,1.4 放大电路的主要性能指标,1.信号：信息的载体,微音器输出的某一段信号的波形,1.1 信号,处理模拟信号的电子电路
2、称为模拟电路。,模拟信号：在时间和幅值上都是连续的信号。,数字信号：在时间和幅值上都是离散的信号。,2.电信号源的电路表达形式,电压源等效电路,电流源等效电路,1.电信号的时域与频域表示,A.正弦信号,1.2 信号的频谱,时域,B.方波信号,满足狄利克雷条件，展开成傅里叶级数,直流分量,其中,基波分量,三次谐波分量,方波的时域表示,任意一个周期函数都可以分解为无穷多个不同频率的正弦信号的和。,2.信号的频谱,B.方波信号,频谱：将一个信号分解为正弦信号的集合，得到其正弦信号幅值和相位随角频率变化的分布，称为该信号的频谱。,幅度谱,相位谱,C.非周期信号,傅里叶变换：,通过快速傅里叶变换（FFT
3、）可迅速求出非周期信号的频谱函数。,非周期信号包含了所有可能的频率成分,离散频率函数,连续频率函数,气温波形,气温波形的频谱函数（示意图）,1.3 放大电路模型,电压增益（电压放大倍数）,电流增益,互阻增益,互导增益,1.放大电路的符号及模拟信号放大,负载开路时的 电压增益,A.电压放大模型,输入电阻,输出电阻,思考：负载的变化会引起放大电路放大倍数的变化，要想减小负载的影响，则希望？（考虑改变放大电路的参数）,2.放大电路模型,由输出回路得,则电压增益为,由此可见,即负载的大小会影响增益的大小,理想情况,分析,结论：为了使放大电路放大倍数受负载影响小,放大电路的输出电阻应尽可能的小，也称输出
4、电阻小的放大电路带负载能力强。,另一方面，考虑到输入回路对信号源的衰减：,思考：信号源信号在输入放大电路时，会产生信号的衰减，要想减小衰减，则希望？,理想情况,分析,负载短路时的 电流增益,2.电流放大模型,由输出回路得,则电流增益为,由此可见,要想减小负载的影响，则希望？,理想情况,由输入回路得,要想减小对信号源的衰减，则希望？,理想情况,C.互阻放大模型（自学）,D.互导放大模型（自学）,1.4 放大电路模型,根据信号源的戴维宁-诺顿等效变换原理，上述四种电路模型相互间可以实现任意转换。,1.4 放大电路的主要性能指标,1.输入电阻,2.输出电阻,注意：输入、输出电阻为交流电阻,3.增益,
5、反映放大电路在输入信号控制下，将供电电源能量转换为输出信号能量的能力。,其中,四种增益,常用分贝（dB）表示。,4.频率响应,A.频率响应,电压增益可表示为,在输入正弦信号情况下，输出随输入信号频率连续变化的稳态响应，称为放大电路的频率响应。,或写为,其中,3.1 半导体的基本知识,3.3 半导体二极管,3.4 二极管基本电路及其分析方法,3.5 特殊二极管,3.2 PN结的形成及特性,3.1 半导体的基本知识,3.1.1 半导体材料,3.1.2 半导体的共价键结构,3.1.3 本征半导体,3.1.4 杂质半导体,3.1.1 半导体材料,根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半
6、导体。,典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。,3.1.2 半导体的共价键结构,硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构,3.1.3 本征半导体,本征半导体化学成分纯净的半导体。它在物理结构上呈单晶体形态。,空穴共价键中的空位。,电子空穴对由热激发而产生的自由电子和空穴对。,空穴的移动空穴的运动是靠相邻共价键中的价电子依次充填空穴来实现的。,由于随机热振动致使共价键被打破而产生空穴电子对,本征激发被束缚的价电子获得足够的随机热振动能量挣脱共价键的束缚成为自由电子,3.1.4 杂质半导体,在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素
7、。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。,N型半导体掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。,P型半导体掺入三价杂质元素（如硼）的半导体。,1.N型半导体,3.1.4 杂质半导体,因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键，而多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。,在N型半导体中自由电子是多数载流子，它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子,由热激发形成。,提供自由电子的五价杂质原子因失去一个电子而成为正离子，因此五价杂质原子也称为施主杂质。,N型半导体示意图,2.P型半导体,因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。,在P
8、型半导体中空穴是多数载流子，它主要由掺杂形成；自由电子是少数载流子，由热激发形成。,空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质 因而也称为受主杂质。,P型半导体示意图,3.杂质对半导体导电性的影响,3.1.4 杂质半导体,掺入杂质对本征半导体的导电性有很大的影响，一些典型的数据如下:,以上三个浓度基本上依次相差106/cm3。,本征半导体、杂质半导体,本节中的有关概念,自由电子、空穴,N型半导体、P型半导体,多数载流子、少数载流子,施主杂质、受主杂质,end,3.2 PN结的形成及特性,3.2.2 PN结的形成,3.2.3 PN结的单向导电性,3.2.4 PN结的反向击穿,3.2.5
9、PN结的电容效应,3.2.1 载流子的漂移与扩散,3.2.1 载流子的漂移与扩散,漂移运动：在电场作用引起的载流子的运动称为漂移运动。,扩散运动：由载流子浓度差引起的载流子的运动称为扩散运动。,3.2.2 PN结的形成,+,-,扩散,漂移,在一块本征半导体两侧通过扩散不同的杂质,分别形成N型半导体和P型半导体。此时将在N型半导体和P型半导体的结合面上形成如下物理过程:,因浓度差,空间电荷区形成内电场,内电场促使少子漂移,内电场阻止多子扩散,最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。,多子的扩散运动,由杂质离子形成空间电荷区,3.2.2 PN结的形成,3.2.3 PN结的单向导电性,当外加电压使
10、PN结中P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏；反之称为加反向电压，简称反偏。,(1)PN结加正向电压时,低电阻 大的正向扩散电流,3.2.3 PN结的单向导电性,当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏；反之称为加反向电压，简称反偏。,(2)PN结加反向电压时,高电阻 很小的反向漂移电流,PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。,3.2.3 PN结的单向导电性,(3)PN结V-I 特性表达式,其中,PN结的伏安特性,IS 反向饱和电流,VT
11、 温度的电压当量,且在常温下（T=300K）,3.2.4 PN结的反向击穿,当PN结的反向电压增加到一定数值时，反向电流突然快速增加，此现象称为PN结的反向击穿。,热击穿不可逆,3.2.5 PN结的电容效应,(1)扩散电容CD,扩散电容示意图,3.2.5 PN结的电容效应,(2)势垒电容CB,end,3.3 半导体二极管,3.3.1 半导体二极管的结构,3.3.2 二极管的伏安特性,3.3.3 二极管的主要参数,3.3.1 半导体二极管的结构,在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分有点接触型、面接触型两大类。,(1)点接触型二极管,PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。,（a）面接触型（b）集成电路中的平面型（c）代表符号,(2)面接触型二极管,PN结面积大，用于工频大电流整流电路。,(b)面接触型,3.3.2 二极管的伏安特性,二极管的伏安特性曲线可用下式表示,锗二极管2AP15的V-I 特性,硅二极管2CP10的V-I 特性,3.3.3 二极管的主要参数,end,
