跟我学电子技术

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1、跟我学电子技术跟我学电子技术本文由 EnjourYang 贡献doc 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。第一章我们知道，电子电路是由晶体管组成，而晶体管是由半导体制成的。所以我 们在学习电子电路之前， 一定要了解半导体的一些基本知识。 这一章我们主要学习二极管和三极管的一些基本知识，它是本课程的基础， 我们要掌握好 在学习时我们把它的内容分为三节，它 们分别是： 1、 1、1 半导体的基础知识 1、 1、2 PN 结 1、 1、3 半导体三极管 返回1、1 半导体的基础知识我们这一章要了解的概念有：本征半导体、P 型半导体、N 型半导体及它们各

2、自的特征。在学习半导体之前我们还要了解一些物质导电性的基础知识：物质为什麽会导电 物质为什麽会导电. 物质为什麽会导电一:本征半导体 纯净晶体结构的半导体我们称之为本征半导体 本征半导体。常用的半导体材料有：硅和 本征半导体 锗。它们都是四价元素，原子结构的最外层轨道上有四个价电子，当把硅或锗 制成晶体时，它们是靠共价键 共价键的作用而紧密联系在一起。 共价键共价键中的一些价电子由于热运动获得一些 能量，从而摆脱共价键的约束成为自由电子，同 时在共价键上留下空位，我们称这些空位为空 空 穴，它带正电。我们用晶体结构示意图来描述一 下；如图（1）所示：图中的虚线代表共价键。 在外电场作用下，自由

3、电子产生定向移动，形 成电子电流；同时价电子也按一定的方向一次填补空穴，从而使空穴产生定向移动，形成空穴电流。 因此，在晶体中存在两种载流子，即带负电自由电子和带正电空穴，它们是成对出现的。二：杂质半导体 在本征半导体中两种载流子的浓度很低，因此导电性很差。我们向晶体中有 控制的掺入特定的杂质来改变它的导电性，这种半导体被称为杂质半导体 杂质半导体。 杂质半导体1.N 型半导体在本征半导体中，掺入 5 价元素，使晶体中某些原子被杂质原子所代替，因 为杂质原子最外层有 5 各价电子，它与周围原子形成共价键后，还多余一个自 由电子，因此使其中的空穴的浓度远小于自由电子的浓度。但是，电子的浓度 与空

4、穴的浓度的乘积是一个常数，与掺杂无关。 在 N 型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。2.P 型半导体在本征半导体中，掺入 3 价元素，晶体中的某些原子被杂质原子代替，但是 杂质原子的最外层只有 3 个价电子，它与周围的原子形成共价键后，还多余一 个空穴，因此使其中的空穴浓度远大于自由电子的浓度。在 P 型半导体中，自 由电子是少数载流子，空穴使多数载流子。1、 1、2 PN 结(第一页)我们通过现代工艺，把一块本征半导体的一边形成 P 型半导体，另一边形成 N 型半导体，于是这两种半导体的交界处就形成了 PN 结，它是构成其它半导体 的基础，我们要掌握好它的特性！一：异形半导体接

5、触现象 在形成的 PN 结中，由于两侧的电子和空穴的浓度相差很大，因此它们会产 生扩散运动：电子从 N 区向 P 区扩散；空穴从 P 去向 N 区扩散。因为它们都是带 电粒子，它们向另一侧扩散的同时在 N 区留下了带正电的空穴，在 P 区留下了带 负电的杂质离子，这样就形成了空间电荷区，也就是形成了电场(自建场). 它们的形成过程如图（1） ， （2）所示在电场的作用下， 载流子将作漂移运动， 它的运动方向与扩散运动的方向相反， 阻止扩散运动。电场的强弱与扩散的程度有关，扩散的越多，电场越强，同时对 扩散运动的阻力也越大， 当扩散运动与漂移运动相等时， 通过界面的载流子为 0。 此时，PN 结

6、的交界区就形成一个缺少载流子的高阻区，我们又把它称为阻挡层 或耗尽层。1、 1、2 PN 结(第二页)二：PN 结的单向导电性 我们在 PN 结两端加不同方向的电压，可以破坏它原来的平衡，从而使它呈现出 单向导电性。1.PN 结外加正向电压PN 结外加正向电压的接法是 P 区接电源的正极，N 区接电源的负极。这时外 加电压形成电场的方向与自建场的方向相反，从而使阻挡层变窄，扩散作用大 于漂移作用，多数载流子向对方区域扩散形成正向电流，方向是从 P 区指向 N 区。如图（1）所示 这时的 PN 结处于导通状态， 它所呈现 的电阻为正向电阻，正向电压越大，电 流也越大。它的关系是指数关系：其中：I

7、D 为流过 PN 结的电流，U 为 PN 结 两端的电压， UT=kT/q 称为温度电压当量，其中，k 为波尔兹曼常数，T 为绝对温度，q 为电子 电量，在室温下（300K）时 UT=26mv，IS 为反向饱和电流。这个公式我们要掌握 好！2.PN 结外加反向电压它的接法与正向相反，即 P 区接电源的负极，N 区接电源的正极。此时的外 加电压形成电场的方向与自建场的方向相同，从而使阻挡层变宽，漂移作用大 于扩散作用，少数载流子在电场的作用下，形成漂 移电流，它的方向与正向电压的方向相 反，所以又称为反向电流。因反向电流 是少数载流子形成，故反向电流很小， 即使反向电压再增加，少数载流子也不 会

8、增加，反向电压也不会增加，因此它 又被称为反向饱和电流。即：ID=-IS 此时，PN 结处于截止状态，呈现的电阻为反向电阻，而且阻值很高。 由以上我们可以看出：PN 结在正向电压作用下，处于导通状态，在反向电压 的作用下，处于截止状态，因此 PN 结具有单向导电性。它的电流和电压的关系通式为：它被称为伏安特性方程，如图（3）所示 为伏安特性曲线。1、 1、2 PN 结(第三页)三：PN 结的击穿 PN 结处于反向偏置时，在一定的电压范围内，流过 PN 结的电流很小，但电 压超过某一数值时，反向电流急剧增加，这种现象我们就称为反向击穿。 击穿形式分为两种：雪崩击穿和齐纳击穿。 对于硅材料的 PN

9、 结来说，击穿电压7v 时为雪崩击穿，0 时二极管导通，uo=0，ui1,时这两个 PN 结的输入特性基本重合。我们用 UCE=0 和 UCE=1,两条 曲线表示，如图（4）所示2.输出特性 2.输出特性它的输出特性可分为三个区：（如图（5）的特性曲线） (1)截止区：IBU+ 时 二：简单电压比较器 我们把参考电压和输入信号分别接至集成运放的同相和反相输入端，就组成 了简单的电压比较器。如图（1） 、 （2）所示： UO=UOL U-U+ 时 UO=UOH下面我们对它们进行分析一下（只对图（1）所示的 电路进行分析）它的传输特性如图（3）所示： 它表明：输入电压从低逐渐升高经过 UR 时，u

10、o 将从 高电平变为低电平。相反，当输入电压从高逐渐到低 时，uo 将从低电平变为高电平。 定义：阈值电压： 定义：阈值电压：我们将比较器的输出电压从一个电平跳变到另一个电平时 对应的输入电压的值。它还被称为门限电压。简称为：阈值。用符号 UTH 表示。 利用简单电压比较器可将正弦波变为同频率的方波或矩形波。 例：电路如（1）所示，输入电压为正弦波如图（4）所示，试画出输出波形解：输出波形与 UR 有关，输出波形如 图（5）所示 简单的电压比较器结构简单，灵敏多高，但是抗干能力差，因此我们就要 对它进行改进。改进后的电压比较器有：滞回比较器和窗口比较器。在此对它 们不作要求。我们前面学习的比较

11、器都是用集成运放构成的，它存在着一定的缺点。我们 一般用集成电压比较器来代替它。集成电压比较器的固有特点是： 可直接驱动 TTL 等数字集成电路器件； 它的响应速度比同等价格集成运放构成比较器快； 为提高速度，集成电压比较器内部电路的输入级工作电流较大。下一节返回 6 、 4 总结一：总结 这一章是本课程的重点内容， 我们在学习是要注意理想运放电路的分析计算 方法。这一章我们要重 点掌握的内容有：（1）理想运放的线性运用和非线性应用的条件及其分析方法； （2）反相、同相和差动放大电路及其性能特点； （3）和、差电路的类型和运算； （4）反相积分电路及其输出电压的计算； （5）一阶 RC 低通、

12、高通滤波电路的组成特点以及传输函数、幅频特性和截 止频率的计算，带通、带阻滤波器的实现方法。 （6）简单电压比较器及其传输特性的画法。在已知输入波形下，如何画出 比较器的输出波形。 下一章 返回本章习题第六章 习题1、集成运放应用于信号运算时工作在什麽区域？ A、非线性区 B、线性区 C、放大区 D、截至区2、理想集成运放的 AOd=，rid=，rod=，CMRR CMRR=. r r CMRR 3、为什麽用集成运放组成多输入运算电路，一般采用反相输入的形式，而较少 采用同相输入形式？4、反相比例电路如图（1）所示。其中 R1=10K，Rf=30K，试估算它的电压放 大倍数和输入电阻，并估算

13、R的大小? 5、试用集成运放实现求和运算： .要求对应的各输入信号来说，电路的输入电阻不小于 5K。请选择电路的结 构形式并确定电路参数。6、试用集成运放实现以下运算关系，并要求各路输入电阻至少为 100K。请选择电路结构形式并确定电路参数。 返回 答案第六章 习题答案1、B 2、 , , ,3、答：由于反相输入时，集成运放的反相端为虚地，可使输入信号源之间无相 互影响；为得到规定的输出，电路的参数的选择比较方便4、解： ；5、解：采用反相求和电路。取与 Ui2 串联的电阻 R2=5K，则负反馈电阻 Rf=50K。这时与 Ui1 串联的电阻 R1=50K，与 Ui3 串联的电阻 R3=25K。

14、 6、解：选择电路形式如图（1）所 示： 取：R1=300K，R2=100K， Rf=300K R3=20K， R4=100K， C=10uF 返回第七章 波形发生与变换电路波形发生电路包含正弦振荡电路和非正弦振荡电路，它们不需要输入信号便 能产生各种周期性的波形；波形变换电路是将输入信号的波形变换为另一种形 状的波形。 这一章主要学习运用分立元件和运算放大器组成的正弦波和非正弦波产生电 路。在学习时我们把这一章的内容分为： 7、1 非正弦波产生电路 、 7、2 正弦波产生电路 、7、3 总结 、7、1 非正弦波产生电路这一节我们来学习利用电压比较器和积分电路组成的非正弦波产生电路。在学习之前

15、我们先来学习一下有关非正弦波形的一些知识。 矩形波、锯齿波、三角波等非正弦波，实质是脉冲波形。我们一般用惰性元 件电容 C 和电感 L 的充放电来实现。 一：非正弦波产生电路 它是由积分电路和滞回比较器电路组成的。 积分电路的作用是产生暂态过程。 滞回比较器起开关作用。即：通过开关的不断的闭合，来破坏稳态，产生暂态 过程。 （1）矩形波产生电路 用滞回比较器作开关，RC 组成积分电路，即可组成矩形波产生电路。电路图 如（1）所示： 工作原理： 电路是通过电阻 Ro 和稳压管对 输出限幅，如它们的稳压值相等，则 电路输出电压正、负幅度对称。在利 用数据比较器和积分电路的特性即 可得到矩形波。 振

16、荡周期计算：它等于正半周期和服半周期的和。我们可通过电容充放电的三要素和转换值 求得。其中:；因此振荡周期： 从中我们可以看到：改变 R、C 或 R2、R3 均可改变电路的振荡周期。 我们以上所述的是建立在 的矩形波。 （2）三角波产生电路 用集成运放的积分电路代替矩形 波产生电路的 RC 电路， （略加改进） 即可形成。 它的电路图如图（2）所示： 它的前级集成运放组成滞回比较电路，后级组成积分电路。它可同时产生方波 (前级集成运放产生)和三角波(后级集成运放产生)。 三角波的电容充放电时间相等，若电容的充放电时间不等而且相差很大，便 产生锯齿波。 下一节 返回 的基础上。 若 ， 则产生7、 7、2 正弦波产生电路这一节我们来学习有关正弦波产生电路的知识。正弦波产生电路又称为正弦 波振荡器。一：产生正弦振荡的条件 正弦波产生电路的目的就是使电路产生一定频率和幅度的正弦波，我们一般 是在放大电路中引入正反馈，并创造条件，使其产生稳定可靠的振荡。 正弦波产生电路的基本结构是：引入正反馈的反馈网络和