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1、模拟电子技术基础,1）系统的观念：一个电路从信号输入、中间的处理到最后的输出，各级之间的增益分配、参数设置、逻辑关系都是相互协调、相互制约的，只有通盘考虑、全面调试才能获得理想效果系统集成的能力、综合应用能力、仿真能力的培养,2）工程的观念：数学、物理的严格论证及精确计算到工程实际之间往往有很大差距，电子技术中“忽略次要，抓住主要”的方法使思维更切合工程实际工程观念的培养,第0章 导言,第0章 导言,一 电信号,1. 信号,温度、压力、流量、声音、图像,电信号（电压、电流）容易传送和控制,信息的载体,第0章 导言,一 电信号,2. 模拟信号和数字信号,模拟信号,在时间和幅度上都是连续变化的信号
2、，在一定动态范围内可取任意值。,模拟电路,处理模拟信号的电路,第0章 导言,一 电信号,2. 模拟信号和数字信号,数字信号,在时间和数值上具有离散性，只有高低两种电平（0、1）,第0章 导言,二 电子信息系统,1. 电子系统的组成,放大 滤波 叠加 组合,数模转换电路,模数转换电路,计算机数据处理,由基本电路组成的具有特定功能的电路整体。,第0章 导言,二 电子信息系统,2. 电子系统中的模拟电路,处理在时间和数值上连续变化的量，主要为信号的放大、整形、波形产生和变换,放大电路,滤波电路,运算电路,信号转换电路,信号发生电路,直流电源,第0章 导言,二 电子信息系统,3. 电子系统的组成原则,
3、实现预期的功能和满足性能指标,系统能稳定运行，有一定的抗干扰能力,电路尽可能简单,系统的可测性,电路和元器件选择等的综合考虑,第0章 导言,三 模拟电子技术基础课程,本课程是一门技术基础课。研究内容以器件为基础、以信号为主线，研究各种模拟电子电路的工作原理、特点及性能指标等,特点:,能够对一般性的、常用的电子电路进行分析，同时对较简单的单元电路进行设计。,教学目标:,实践性很强,定性分析、估算、等效电路,以工程实践的观点来处理电路中的一些问题。,调试、故障判断与排除,第0章 导言,三 模拟电子技术基础课程,如何学好模拟电子技术基础课,1）掌握基本概念、基本理论和基本分析方法,2）抓规律，重视基
4、本的内容，一些基本电路、常用电路能记住并画出来,3）灵活处理，注意常用的近似方法,4）举一反三，多做各种练习,1.1 半导体的基础知识,一、本征半导体 (Intrinsic Semiconductors),完全纯净的、具有晶体结构的半导体,导体：电阻率小于104cm，载流子为自由电子,绝缘体：电阻率大于109的物质，基本无自由流子,1、半导体,半导体：导电特性介于导体和绝缘体之间,典型的半导体有硅Si和锗Ge等,1.1 半导体的基础知识,一、本征半导体,硅原子 Si,电子对,2、本征半导体的晶体结构,共价键,价电子,1.1 半导体的基础知识,一、本征半导体,硅原子Si,3、本征半导体中的两种载
5、流子,+4,自由电子,空穴,获得能量,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,载流子,空穴,自由电子,1.1 半导体的基础知识,一、本征半导体,1） 电子被激发后，出现空穴，自由电子和空穴都能在外加电场的作用下产生定向运动形成电流。,3、本征半导体中的两种载流子,2） 空穴的移动是束缚电子在共价键内的移动，和已挣脱共价键的自由电子完全不同。,3） 在本征半导体内自由电子和空穴是成对出现的,1.1 半导体的基础知识,一、本征半导体,3、本征半导体中的两种载流子,导电特点：,1）容易受环境因素影响（温度、光照等）：半导体对价电子的束缚较弱，当半导体受到外界光和热的刺激时，
6、释放价电子，使导电能力发生显著变化。,2）掺杂可以显著提高导电能力：当纯净的半导体加入微量的杂质时，半导体的导电能力将有显著增加。,1.1 半导体的基础知识,一、本征半导体,3、本征半导体中的两种载流子,例：纯净硅晶体中硅原子数为1022/cm3数量级在室温下，载流子浓度为1010数量级掺入百万分之一的杂质（1/106），即杂质浓度为1022（1/106）=1016数量级掺杂后载流子浓度为1016+1010，约为1016数量级比掺杂前载流子增加106，即一百万倍。,1.1 半导体的基础知识,一、本征半导体,4、本征半导体中载流子的浓度,T热力学温度,k波尔兹曼常数,EGO热力学零度时破坏共价键
7、所需的能量(电子伏),K1半导体载流子有关的常量,1.1 半导体的基础知识,二、杂质半导体,硅原子 +五价元素Si + P（少数）,自由电子,空穴,多数载流子,1、N (Negative) 型半导体,自由电子,1.1 半导体的基础知识,二、杂质半导体,硅原子 +五价元素Si + P（少数）,自由电子,空穴,多数载流子,1、N (Negative) 型半导体,+4,+5,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,正离子,1.1 半导体的基础知识,二、杂质半导体,硅原子 +三价元素Si + B（少数）,自由电子,空穴,2、P (Positive) 型半导体,空穴,多数载流子,1.1 半导体的基础知
8、识,二、杂质半导体,硅原子 +三价元素Si + B（少数）,自由电子,空穴,2、P (Positive) 型半导体,+4,+3,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,多数载流子,负离子,1.1 半导体的基础知识,三、PN结,1、PN结的形成,N型的多数载流子为自由电子 P型的多数载流子为空穴,浓度差扩散,空穴,负离子,正离子,自由电子,1.1 半导体的基础知识,三、PN结,1、PN结的形成,扩散,+,P区,N区,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,空间电荷区,内电场方向,负离子,正离子,空间电荷区加宽,电场加强,阻止扩散运动,内电场力作用,载流子,漂移运动,平衡,PN结
9、（耗尽层）,1.1 半导体的基础知识,三、PN结,2、PN结的单向导电性,外电场,PN结加正向电压,正向偏置,导通,R,E,空间电荷区变窄,扩散电流大,1.1 半导体的基础知识,三、PN结,2、PN结的单向导电性,+,P区,N区,+,+,+,+,+,空间电荷区,内电场,+,+,+,+,+,+,外电场,R,E,I0,PN结加反向电压,反向偏置,截止,空间电荷区变宽,扩散电流小,加强漂移运动,1.1 半导体的基础知识,三、PN结,2、PN结的单向导电性,PN结加正向电压，导通，正向电流很大，正向电阻很小，可视为短路；,PN结加反向电压，截止，反向电流很小，反向电阻很大，可视为开路,1.1 半导体的
10、基础知识,三、PN结,3、PN结的电流方程,反向饱和电流,电子的电量,波尔兹曼常数,热力学温度,UT 温度的电压当量,在常温下（T=300K）,1.1 半导体的基础知识,三、PN结,4、PN结的伏安特性,正向特性,反向特性,0,u,i,U(BR),陡峭电阻小正向导通,特性平坦反向截止 一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的,非线性,1.1 半导体的基础知识,三、PN结,4、PN结的伏安特性,0,u,U(BR),功率过大发热热击穿,齐纳击穿,雪崩击穿,电压过大电击穿,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PN结的反向击穿,i,1.1 半导体的基础知识,三、PN结,4、PN结的伏安特性,齐纳击穿：高掺杂情况下，耗尽层很窄，易形成强电场，而破坏共价键，使价电子脱离共价键束缚形成电子空穴对，致使电流急剧增加。,雪崩击穿：如果搀杂浓度较低，不会形成齐纳击穿，而当反向电压较高时，能加快少子的漂移速度，从而把电子从共价键中撞出，形成雪崩式的连锁反应。,电击穿可逆（可利用）,热击穿不可逆（避免）,1.1 半导体的基础知识,三、PN结,5、PN结的电容效应,(1) 势垒电容CB,(2) 扩散电容CD,耗尽层宽窄变化,非平衡少子的浓度,小 结,半导体,杂质半导体,N型,P型,PN结,PN结单向导电,
