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1、 数字电子技术研究性课题论文学 院 电子信息工程学院专 业 通信工程 学 号 姓 名 指导教师 侯建军 2013 年 11 月数字电子技术研究论文1基于三极管伏安特性曲线，简谈线性电路与非线性电路，模拟电路与数字电路摘要摘要本文从三极管的输入、输出特性曲线出发，简要分析了线性电路与非线性电路的各自特点、分析方法以及它们的区别，模拟电路与数字电路各自的组成、特点以及它们的关系与区别，并列举了涉及该领域的几项应用产品。关键词:三极管 输入输出特性曲线 线性电路 非线性电路 模拟电路 数字电路数字电子技术研究论文2Based on Transistor voltage characteristic
2、curve simply talk linear circuit，and nonlinear circuit theory, analog circuits and digital circuitsAbstractBased on the volt-ampere characteristic curve, this paper briefly analyzed the characteristics of linear circuit and nonlinear circuit, analysis methods and the difference between them. Briefly
3、 analyzed analog circuit and digital circuit of their respective characteristics and their differences, and cited involving several applications in the field.Keywords: Transistor; Input-output characteristic curve; Linear circuit; Nonlinear circuit; Analog circuits; Digital circuits数字电子技术研究论文1目录目录摘要
4、.1Abstract.2第 1 章 绪论.1第 2 章 三极管及其特性简单介绍.11. 三极管介绍.12. 三极管的输入输出特性曲线.3第 3 章 线性电路与非线性电路.51.线性电路.52.非线性电路.63.线性电路与非线性电路比较.8第 4 章 模拟电路与数字电路.101. 模拟电路.102数字电路.113模拟电路与数字电路的区别.13第 5 章 总结.14参考文献.16数字电子技术研究论文1第第 1 1 章章 绪论绪论本文主要以三极管的输入输出特性曲线为出发点，通过对三极管的输入输出特性曲线的研究，进一步了解线性电路与非线性电路的联系与区别，再进一步的了解模拟电路与数字电路的联系与区别。
5、文章通过层层递进的方式，找出各个知识点之间的联系与区别，通过不断地阐述比较，进而达到对整个模拟电路与数字电路的整体架构的分型。 第第 2 2 章章 三极管及其特性简单介绍三极管及其特性简单介绍1.1. 三极管介绍三极管介绍1. 三极管，全称为半导体三极管，也称双极型晶体管、晶体三极管，是一种电流控制电流的半导体器件，其作用是把微弱信号放大成幅值较大的电信号，也用作无触点开关。晶体三极管是于 1947 年 12 月 23 日在美国新泽西州墨累山的贝尔实验室里由 3 位科学家巴丁博士、布莱顿博士和肖克莱博士发现，这 3 位科学家因此共同荣获了 1956 年诺贝尔物理学奖。晶体管的发现带来了“固态革
6、命” ，进而推动了全球范围内的半导体电子工业。作为主要部件，它及时、普遍地首先在通讯工具方面得到应用，并产生了巨大的经济效益。由于晶体管彻底改变了电子线路的结构，集成电路以及大规模集成电路应运而生，这样制造像高速电子计算机之类的高精密装置就变成了现实。三极管按材料分有两种,：锗管和硅管，如图 1.1.1。而每一种又有 NPN 和 PNP 两种结构形式，但使用最多的是硅 NPN 和锗 PNP 两种三极管，（其中，N 表 示在高纯度硅中加入磷，是指取代一些硅原子，在电压刺激下产生自由电子导 电，而 p 是加入硼取代硅，产生大量空穴利于导电）。两者除了电源极性不同 外，其工作原理都是相同的，因此下面
7、仅介绍 NPN 硅管的电流放大原理。数字电子技术研究论文2图 1.1.1对于 NPN 管如图 1.1.1，它是由 2 块 N 型半导体中间夹着一块 P 型半导体 所组成，发射区与基区之间形成的 PN 结称为发射结,而集电区与基区形成的 PN 结称为集电结,三条引线分别称为发射极 e、基极 b 和集电极 c。当 b 点电位高于 e 点电位零点几伏时，发射结处于正偏状态，而 C 点电位 高于 b 点电位几伏时，集电结处于反偏状态，集电极电源 Ec 要高于基极电源 Ebo。在制造三极管时，有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基区的，同时 基区做得很薄，而且，要严格控制杂质含量，这样，一旦接通电源后，
8、由于发 射结正偏，发射区的多数载流子（电子）及基区的多数载流子（空穴）很容易 地越过发射结互相向对方扩散，但因前者的浓度基大于后者，所以通过发射结 的电流基本上是电子流，这股电子流称为发射极电流了。2. 三极管放大时管子内部的工作原理发射区向基区发射电子电源经过电阻加在发射结上，发射结正偏，发射区的多数载流子(自由b电子）不断地越过发射结进入基区，形成发射极电流 。同时基区多数载流子也向发射区扩散，但由于多数载流子浓度远低于发射区载流子浓度，可以不考 虑这个电流，因此可以认为发射结主要是电子流，如图 1.1.2。基区中电子的扩散与复合电子进入基区后，先在靠近发射结的附近密集，渐渐形成电子浓度差
9、，在 浓度差的作用下，促使电子流在基区中向集电结扩散，被集电结电场拉入集电 区形成集电极电流 。也有很小一部分电子（因为基区很薄）与基区的空穴复合，扩散的电子流与复合电子流之比例决定了三极管的放大能力如图 1.1.2，。集电区收集电子由于集电结外加反向电压很大，这个反向电压产生的电场力将阻止集电区 电子向基区扩散，同时将扩散到集电结附近的电子拉入集电区从而形成集电极数字电子技术研究论文3主电流。另外集电区的少数载流子（空穴）也会产生漂移运动，流向基区形成反向饱和电流，用来表示，其数值很小，但对温度却异常敏感，如图1.1.2。图 1.1.22.2. 三极管的输入输出特性曲线三极管的输入输出特性曲
10、线晶体三极管作为四段网络时，共有共基、共集、共射三种组态，以下均以共射组态为例。1. 三极管输入特性曲线研究= =Cb()1 2ce其中， 是输入电流，是输入电压，加在 B、E 两电极之间。如图 1.2.1bbe所示对于共射组态，输入特性曲线描述了在管子输出电压一定的情况下，基极电流 与发射结压降之间的函数关系。1.Uce=0V 时，发射极与集电极短路，发射结与集电结均正偏，实际上是两个二极管并联的正向特性曲线。2.当 Uce 1V 时， Ucb= Uce - Ube 0，集电结已进入反偏状态，开始收集载流子，且基区复合减少， / 增大，特性曲线将向右稍微移cb动一些。但 Uce 再增加时，曲
11、线右移很不明显。通常只画一条。图 1.2.1312数字电子技术研究论文43.三极管的输入特性曲线通常可以分为三个区：1.死区，2.非线性区，3.线性区，如图 1.2.12. 三极管输出特性曲线研究I IC C= =f f( (U Ucece) ) I Ib b=C=C 其中， 是输出电流，是输出电压，从 C、E 两电极取出。如图 1.2.2所示：输出特性曲线可以分为三个区域：截止区、放大区、饱和区。饱和区:受显著控制的区域，该区域内的数值较小，一般0.7V(硅管)。此时发射结正偏，集电结正偏。=0.3V 左右。截止区：=0 的曲线的下方的区域。此时=0 =。对于 NPN 管：II 0.5V,管
12、子就处于截止态。放大区:平行于轴的区域，曲线基本平行等距。此时发射结正偏，集电结反偏，电压大于 0.7V 左右(硅管)。 =,即 主要受 的控制，。通常该区：发射结反偏，集电结反偏。 图 1.2.2判断三极管工作状态的依据表 1.三极管工作模式工作模式射极电压集电极电压饱和正向偏压正向偏压线性正向偏压反向偏压数字电子技术研究论文5反向反向偏压正向偏压截止反向偏压反向偏压一般情况下对于硅来说Ube0.5V、锗Ube0.2V 是工作在截止区的。3.3. 三极管输入输出特性曲线分析三极管输入输出特性曲线分析从上面晶体三极管的伏安特性曲线可以看出，曲线既有线性部分也有非线性部分，根据电路的条件不同，可以决定其工作状态（线性或非线性） 。严格来说电子元件都是非线性的，因此线性电路是将电路中所有元件的工作状态限定在线性区域的电路，而非线性电路则是利用元件的非线性特性工作的电路。从晶体三极管的输出特性曲线可以看出，晶体管可以工作在三个区：饱和区、放大区和截止区。这一特点决定了晶体管具有放大特性与开关特性，而模拟电路与数字电路则是分别利用了这两个特性。1.放大特性：为了在放大模式信号时不产生明显的失真，三极管应该工作在输入特性的
