低频电子线路2

《低频电子线路2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《低频电子线路2（67页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、2018/9/28,低频电子线路,1,低频电子线路 LOW FREQUENCY ELECTRONICS CIRCUITS,( 2 ) 信息科学与工程学院 刘志军,2018/9/28,低频电子线路,2,上节课回顾,介绍了课程的性质、地位、要求等； 介绍了如何学习和掌握这门课程； 总之是入门的一点介绍。,2018/9/28,低频电子线路,3,本节课内容,放大器的基本知识第一章 半导体与集成电路元件1-1 半导体物理基础知识,2018/9/28,低频电子线路,4,放大器及其模型,放大器的功能：放大电信号,2018/9/28,低频电子线路,5,放大器的类型,按信号大小分 小信号放大器 大信号放大器（功

2、率放大器） 信号频率分 低频放大器 高频放大器按信号内容分 电压放大器 电流放大器,2018/9/28,低频电子线路,6,放大器 模型 (Amplifier model ),器件和电路的建模是电子线路工程技术应用的重要内容，在进行分析和计算机应用时可以用模型表示或近似替代实际的器件或电路。,2018/9/28,低频电子线路,7,1、电压放大器 （Voltage Amplifier）, 放大电压信号 电压放大器电路模型 可以看成一个四端网络或六端网络,2018/9/28,低频电子线路,8,传统放大器符号,2018/9/28,低频电子线路,9,放大器输入和输出表示,2018/9/28,低频电子线路

3、,10,放大器模块的输入和输出,输入(input)端 - 接信号源 VS （ 加入信号）输出(output)端 - 接负载 RL （ 取出信号）,2018/9/28,低频电子线路,11,电压放大器模型,2018/9/28,低频电子线路,12,放大器模型内容,输入电阻 Ri 输出电阻 Ro 受控电压源 AVOvi,2018/9/28,低频电子线路,13,放大器表达,放大器输入电压 放大器开路输出电压 带负载时输出电压,2018/9/28,低频电子线路,14,理想电压放大器条件,输入电阻很大() 输出电阻很小(0),2018/9/28,低频电子线路,15,电压放大器传输特性,2018/9/28,低

4、频电子线路,16,2、电流放大器,电流放大器模型 输入电流 输出电流,2018/9/28,低频电子线路,17,理想电流放大器的条件,输入电阻很大() 输出电阻很大(0),2018/9/28,低频电子线路,18,电流放大器模型,2018/9/28,低频电子线路,19,3、放大器的性能指标,（1）电压增益(Voltage Gain) 电压增益 AV=VO / Vi 源电压增益(Source Voltage Gain ) AVs=VO / Vs = (VO / Vi )(Vi / Vs ) = AV Ri /( Ri +Rs),2018/9/28,低频电子线路,20,（2）电流增益(Current

5、gain),电流增益 Ai = io / ii源电流增益Ais = io / is=( io/ ii)(ii / is ) = Ai RS / (RS+Ri),2018/9/28,低频电子线路,21,电压源和电流源转换,电压源与电流源模型中，令电压源开路输出电压与电流源开路输出电压相等。 AVo vi = Ais ii RO= Ais (Vi / Ri ) RO AVo = ( RO / Ri ) Ais,2018/9/28,低频电子线路,22,（3）输入、输出阻抗,输入阻抗 Ri = Vi / ii 输出阻抗 Vo = RL/(RL+RO) AVo Vi = RL/(RL+RO) VO RO

6、 = (VO/ Vo 1) RL,2018/9/28,低频电子线路,23,（4）功率增益(Power gain),AP = AV Ai = (VO / Vi)(iO / ii ),2018/9/28,低频电子线路,24,增益的分贝表示,增益在工程上常用分贝表示AP（dB) =20lg AP Av（dB) =20lg Av Ai（dB) =20lg Ai,2018/9/28,低频电子线路,25,放大器的性能指标（2）,通频带和频率响应(Frequency response) fL 下限截止频率(Low 3-dB cutoff frequency)fH 上限截止频率(High 3-dB cutof

7、f frequency),2018/9/28,低频电子线路,26,放大器的性能指标（3）,非线性失真(Nonlinear distortion) 线性传输特性 非线性传输特性与非线性失真,2018/9/28,低频电子线路,27,思考题和自测题,放大器的作用和分类？ 输入阻抗和输出阻抗的含义和作用？ 通频带中下限截止频率和上限截止频率的含义？ 放大器为什么要考虑通频带问题？ 放大器的非线性失真是什么意思？为何说放大器应该是线性的？ 解释电路接地的“地”概念？,2018/9/28,低频电子线路,28,本小节结束,待续！,2018/9/28,低频电子线路,29,第一章 半导体与集成电路元件,半导体元

8、件是构成电子线路与电子系统的最基础材料。,2018/9/28,低频电子线路,30,1-1 半导体物理基础知识,1、物质按导电性能分类导 体 (Conductor) 半导体 (Semiconductor)绝缘体 (Insulator),2018/9/28,低频电子线路,31,电导率（Scm-1 ),导体 105 半导体 10-9 102 绝缘体 10-22 10-14,2018/9/28,低频电子线路,32,电子系统和微电子系统材料,电子系统 导体和绝缘体 微电子系统 三类材料都用,2018/9/28,低频电子线路,33,材料应用,导体：铝、金、钨、铜等金属，镍铬等合金。 半导体硅、锗、砷化镓、

9、磷化铟、碳化镓、重掺杂多晶硅等。 绝缘体二氧化硅、氮氧化硅、氮化硅等,2018/9/28,低频电子线路,34,集成电路（IC）,IC是导体、半导体和绝缘体的有机组合体。 但半导体在IC制造中起到根本性的作用。 半导体是构成当代微电子的基础材料。,2018/9/28,低频电子线路,35,2、半导体性能,三大特性 搀杂特性 热敏特性 光敏特性,2018/9/28,低频电子线路,36,1-1-1、本征半导体 (Intrinsic Semiconductor),固体材料 分为 晶体 非晶体 本征半导体 是 晶格完整（金刚石结构）、 纯净（无杂质）的半导体。,2018/9/28,低频电子线路,37,1、

10、硅、锗原子的简化模型,半导体元素：均为四价元素,2018/9/28,低频电子线路,38,半导体结构的描述,两种理论体系 共价键 结构 能级能带 结构,2018/9/28,低频电子线路,39,共价键结构（平面图）,2018/9/28,低频电子线路,40,2、半导体中的载流子,载流子(Carrier) 指半导体结构中获得运动能量的带电粒子。 有温度环境就有载流子。 绝对零度（-2730C）时晶体中无自由电子。,2018/9/28,低频电子线路,41,热激发（本征激发）,本征激发 和温度有关 会成对产生电子空穴对 - 自由电子(Free Electron) - 空 穴(Hole)两种载流子（带电粒子

11、）是半导体的重要概念。,2018/9/28,低频电子线路,42,本征激发与复合,一分为二 本征激发 复 合合二为一,2018/9/28,低频电子线路,43,本征半导体导电能力,本征（热平衡）载流子浓度ni = pi = A T3/2e-Ego/2kT其中：Ni - 自由电子浓度；Pi - 空穴浓度；A - 与 材料有关的常数； T - 热力学温度Ego - T=0K时禁带宽度；K- 波尔兹曼常数,2018/9/28,低频电子线路,44,计算实例,锗（Ge）原子密度为4.4 1022cm-3Ni = pi =2.381013cm-3硅（Si) 原子密度为5 1022cm-3Ni = pi =1.

12、431010cm-3,2018/9/28,低频电子线路,45,1.1.3 杂质半导体,(Impurity Semiconductor ) 杂质半导体： 在纯净半导体中掺入杂质 所形成。 杂质半导体分两大类： N型 (N type)半导体 P型 (P type)半导体,2018/9/28,低频电子线路,46,1、N型半导体,施主杂质(Donor impurities) ： 掺入五价元素，如磷(P)、砷(As)、锑(Sb)。正离子状态： 失去多余电子后束缚在晶格内不能移动。,2018/9/28,低频电子线路,47,图示： N型半导体结构示意图,2018/9/28,低频电子线路,48,N型半导体,N

13、型半导体：电子型半导体 多子(Majority)：自由电子(Free Electron) 少子(Minority)：空 穴(Hole),2018/9/28,低频电子线路,49,电中性,N型半导体：自由电子数= 空 穴 数 + 施主杂质数,2018/9/28,低频电子线路,50,2、 P型半导体,受主杂质(Acceptor impurities) ： 掺入三价元素，如硼(B)、铝(Al)、铟(In)。负离子状态： 易接受其它自由电子。,2018/9/28,低频电子线路,51,图示： P型半导体结构示意图,2018/9/28,低频电子线路,52,P型半导体,P型半导体：空穴型半导体 多子(Majo

14、rity) ：空 穴(Hole)少子(Minority ：自由电子(Free Electron),2018/9/28,低频电子线路,53,电中性,P型半导体： 空 穴 数 = 自由电子数 + 受主杂质数,2018/9/28,低频电子线路,54,3、杂质半导体的载流子浓度,对N型半导体nn pn = ni2其中： nn 为多子, Pn 为少子ni2 为本征半导体浓度,2018/9/28,低频电子线路,55,N型半导体的多子浓度和少子浓度,多子浓度 nnNd少子浓度 pn = ni2 / nnni2 / Nd其中 nnNd（施主杂质浓度）,2018/9/28,低频电子线路,56,P型半导体,pp np = ni2其中: pp为多子, np为少子ni2 为本征半导体浓度,2018/9/28,低频电子线路,57,P型半导体的多子浓度和少子浓度,多子浓度 PpNa少子浓度 np = ni2 / Ppni2 / Na其中 PpNa（受主杂质浓度）,2018/9/28,低频电子线路,58,得出结论,杂质半导体少子浓度 主要由本征激发（Ni2）决定的（和温度有关） 杂质半导体多子浓度 由搀杂浓度决定（是固定的）,2018/9/28,低频电子线路,59,1.1.4 半导体中的电流,半导体中有 两种电流 漂移电流(Drift Current)扩散电流(Diffusion Current),