1、10 緒論緒論一、電子技術的發展二、模擬信號與模擬電路三、“模擬電子技術基礎”課程的特點四、如何學習這門課程五、課程的目的六、考查方法2一、電子技術的發展一、電子技術的發展 很大程度上反映在元器件的發展上很大程度上反映在元器件的發展上 :1947年年 貝爾實驗室制成第一只晶體管貝爾實驗室制成第一只晶體管1958年年 集成電路集成電路1969年年 大規模集成電路大規模集成電路1975年年 超大規模集成電路超大規模集成電路 第一片集成電路只有第一片集成電路只有4個晶體管，而個晶體管，而1997年一片集成年一片集成電路中有電路中有40億個晶體管。有科學家預測，集成度還將按億個晶體管。有科學家預測，集

2、成度還將按10倍倍/6年的速度增長，到年的速度增長，到2015或或2020年達到飽和。年達到飽和。學習電子技術方面的課程需時刻關注電子技術的發展！學習電子技術方面的課程需時刻關注電子技術的發展！3二、模擬信號與模擬電路二、模擬信號與模擬電路1. 1. 信號：是反映消息的物理量信號：是反映消息的物理量 信息需要借助于某些物理量（如聲、光、電）信息需要借助于某些物理量（如聲、光、電）的變化來表示和傳遞。的變化來表示和傳遞。 電信號是指隨時間而變化的電壓電信號是指隨時間而變化的電壓u或電流或電流i ，記，記作作u=f(t) 或或i=f(t) 。 如溫度、壓力、流量，自然界的聲音信號等等，如溫度、壓力

3、、流量，自然界的聲音信號等等，因而信號是消息的表現形式。因而信號是消息的表現形式。2. 2. 電信號電信號 由于非電的物理量很容易轉換成電信號，而且由于非電的物理量很容易轉換成電信號，而且電信號又容易傳送和控制，因此電信號成為應用電信號又容易傳送和控制，因此電信號成為應用最為廣泛的信號。最為廣泛的信號。4二、模擬信號與模擬電路二、模擬信號與模擬電路3. 電子電路中信號的分類電子電路中信號的分類 模擬信號模擬信號 對應任意時間值對應任意時間值t 均有確定的函數值均有確定的函數值u或或i，并且，并且u或或 i 的幅值是連續取值的，即在時間和數值上均具的幅值是連續取值的，即在時間和數值上均具有連續性

4、。有連續性。數字信號數字信號 在時間和數值上均具有離散性，在時間和數值上均具有離散性，u或或 i 的變化在的變化在時間上不連續，總是發生在離散的瞬間；且它們的時間上不連續，總是發生在離散的瞬間；且它們的數值是一個最小量值的整數倍，當其值小于最小量數值是一個最小量值的整數倍，當其值小于最小量值時信號將毫無意義。值時信號將毫無意義。 大多數物理量所轉換成的信號均為模擬信號。大多數物理量所轉換成的信號均為模擬信號。 54. 模擬電路模擬電路 模擬電路：模擬電路：對模擬量進行處理的電路。對模擬量進行處理的電路。 最基本的處理是對信號的放大。最基本的處理是對信號的放大。 放大：輸入為小信號，有源元件控制

5、電源使負載獲放大：輸入為小信號，有源元件控制電源使負載獲 得大信號，并保持線性關系。得大信號，并保持線性關系。 有源元件：能夠控制能量的元件。有源元件：能夠控制能量的元件。二、模擬信號與模擬電路二、模擬信號與模擬電路6二、模擬信號與模擬電路二、模擬信號與模擬電路5. “模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎” 課程的內容課程的內容 半導體器件。半導體器件。 處理模擬信號的電子電路及其相關的基本功能：各處理模擬信號的電子電路及其相關的基本功能：各 種放大電路、運算電路、濾波電路、信號發生電路、種放大電路、運算電路、濾波電路、信號發生電路、 電源電路等等。電源電路等等。 模擬電路的分析方法。模擬電路的分

6、析方法。 不同的電子電路在電子系統中的作用。不同的電子電路在電子系統中的作用。7三、三、“模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎”課程的特點課程的特點 1、工程性工程性 實際工程需要證明其可行性。實際工程需要證明其可行性。 強調定性分析。強調定性分析。 實際工程在滿足基本性能指標的前提下總是容許存實際工程在滿足基本性能指標的前提下總是容許存 在一定的誤差范圍的。在一定的誤差范圍的。 電子電路的定量分析稱為電子電路的定量分析稱為“估算估算”。 近似分析要近似分析要“合理合理”。 抓主要矛盾和矛盾的主要方面。抓主要矛盾和矛盾的主要方面。 電子電路歸根結底是電路。電子電路歸根結底是電路。 估算不同的參數需

7、采用不同的模型，可用電路的估算不同的參數需采用不同的模型，可用電路的基本理論分析電子電路。基本理論分析電子電路。8三、三、“模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎”課程的特點課程的特點2. 實踐性實踐性 實用的模擬電子電路幾乎都需要進行調試實用的模擬電子電路幾乎都需要進行調試才能達到預期的目標，因而要掌握以下方法：才能達到預期的目標，因而要掌握以下方法： 常用電子儀器的使用方法常用電子儀器的使用方法 電子電路的測試方法電子電路的測試方法 故障的判斷與排除方法故障的判斷與排除方法 EDA軟件的應用方法軟件的應用方法9四、如何學習這門課程四、如何學習這門課程1. 掌握掌握基本概念、基本電路和基本分析方法

8、基本概念、基本電路和基本分析方法 基本概念：概念是不變的，應用是靈活的，基本概念：概念是不變的，應用是靈活的， “萬萬變不離其宗變不離其宗”。 基本電路：構成的原則是不變的，具體電路是多種基本電路：構成的原則是不變的，具體電路是多種多樣的。多樣的。 基本分析方法：不同類型的電路有不同的性能指標基本分析方法：不同類型的電路有不同的性能指標和描述方法，因而有不同的分析方法。和描述方法，因而有不同的分析方法。2. 學會辯證、全面地分析電子電路中的問題學會辯證、全面地分析電子電路中的問題 根據需求，最適用的電路才是最好的電路。根據需求，最適用的電路才是最好的電路。 要研究利弊關系，通常要研究利弊關系，

9、通常“有一利必有一弊有一利必有一弊”。3. 注意電路中常用定理在電子電路中的應用注意電路中常用定理在電子電路中的應用10五、課程的目的五、課程的目的1. 掌握基本概念、基本電路、基本分析方法和基本實驗掌握基本概念、基本電路、基本分析方法和基本實驗技能。技能。2. 具有能夠繼續深入學習和接受電子技術新發展的能力，具有能夠繼續深入學習和接受電子技術新發展的能力，以及將所學知識用于本專業的能力。以及將所學知識用于本專業的能力。 本課程通過對常用電子元器件、模擬電路及其系統的本課程通過對常用電子元器件、模擬電路及其系統的分析和設計的學習，使學生獲得模擬電子技術方面的基分析和設計的學習，使學生獲得模擬電

10、子技術方面的基礎知識、基礎理論和基本技能，為深入學習電子技術及礎知識、基礎理論和基本技能，為深入學習電子技術及其在專業中的應用打下基礎。其在專業中的應用打下基礎。 建立起系統的觀念、工程的觀念、科技進步的觀念和建立起系統的觀念、工程的觀念、科技進步的觀念和創新意識。創新意識。11六、考查方法六、考查方法1. 會看：定性分析會看：定性分析2. 會算：定量計算會算：定量計算考查分析問題的能力考查分析問題的能力3. 會選：電路形式、器件、參數會選：電路形式、器件、參數4. 會調：儀器選用、測試方法、故障診斷、會調：儀器選用、測試方法、故障診斷、EDA考查解決問題的能力設計能力考查解決問題的能力設計能

11、力考查解決問題的能力實踐能力考查解決問題的能力實踐能力綜合應用所學知識的能力綜合應用所學知識的能力12七、考核方法七、考核方法 作業作業10%10%，點名，點名5%5%，課堂參與表現，課堂參與表現5%5%，主要章節，主要章節小小 測驗測驗10%10%，期末考試，期末考試70% 70% 。答疑：工程北答疑：工程北508， 每周周一上午第二大節每周周一上午第二大節作業：每周三上課前交到學委處，請學委盡量按作業：每周三上課前交到學委處，請學委盡量按學號排序。學號排序。 13第一章第一章 常用半導體器件常用半導體器件 1.1 半導體基礎知識半導體基礎知識 1.2 半導體二極管半導體二極管 1.3 晶體

12、三極管晶體三極管 1.4 場效應管場效應管 1.5 單結晶體管和晶閘管單結晶體管和晶閘管 1.6集成電路中的元件集成電路中的元件14本章重點和考點：本章重點和考點：1. 二極管的單向導電性、穩壓管的原理。二極管的單向導電性、穩壓管的原理。2. 三極管的電流放大原理，如何判斷三極管三極管的電流放大原理，如何判斷三極管的管型的管型 、管腳和管材。、管腳和管材。3. 場效應管的分類、工作原理和特性曲線。場效應管的分類、工作原理和特性曲線。 15一、一、本征半導體本征半導體 導電性介于導體與絕緣體之間的物質稱為半導體。導電性介于導體與絕緣體之間的物質稱為半導體。無雜質無雜質穩定的結構穩定的結構本征半導

13、體是純凈的晶體結構的半導體。本征半導體是純凈的晶體結構的半導體。1、什么是半導體？什么是本征半導體？、什么是半導體？什么是本征半導體？ 導體鐵、鋁、銅等金屬元素等低價元素，其最外層電導體鐵、鋁、銅等金屬元素等低價元素，其最外層電子在外電場作用下很容易產生定向移動，形成電流。子在外電場作用下很容易產生定向移動，形成電流。 絕緣體惰性氣體、橡膠等，其原子的最外層電子受原絕緣體惰性氣體、橡膠等，其原子的最外層電子受原子核的束縛力很強，只有在外電場強到一定程度時才可能導子核的束縛力很強，只有在外電場強到一定程度時才可能導電。電。 半導體硅（半導體硅（Si）、鍺（）、鍺（Ge），均為四價元素，它們原），

14、均為四價元素，它們原子的最外層電子受原子核的束縛力介于導體與絕緣體之間。子的最外層電子受原子核的束縛力介于導體與絕緣體之間。1、本征半導體的結構、本征半導體的結構由于熱運動，具有足夠能量由于熱運動，具有足夠能量的價電子掙脫共價鍵的束縛的價電子掙脫共價鍵的束縛而成為自由電子而成為自由電子自由電子的產生使共價鍵中自由電子的產生使共價鍵中留有一個空位置，稱為空穴留有一個空位置，稱為空穴 自由電子與空穴相碰同時消失，稱為復合。自由電子與空穴相碰同時消失，稱為復合。共價鍵共價鍵 一定溫度下，自由電子與空穴對的濃度一定；溫度升高，一定溫度下，自由電子與空穴對的濃度一定；溫度升高，熱運動加劇，掙脫共價鍵的電

15、子增多，自由電子與空穴對熱運動加劇，掙脫共價鍵的電子增多，自由電子與空穴對的濃度加大。的濃度加大。載流子載流子 外加電場時，帶負電的自由電外加電場時，帶負電的自由電子和帶正電的空穴均參與導電，子和帶正電的空穴均參與導電，且運動方向相反。由于載流子數且運動方向相反。由于載流子數目很少，故導電性很差。目很少，故導電性很差。 溫度升高，熱運動加劇，載流溫度升高，熱運動加劇，載流子濃度增大，導電性增強。子濃度增大，導電性增強。 熱力學溫度熱力學溫度0K時不導電。時不導電。2、本征半導體中的兩種載流子、本征半導體中的兩種載流子運載電荷的粒子稱為載流子。運載電荷的粒子稱為載流子。191. 半導體中兩種載流

16、子半導體中兩種載流子帶負電的帶負電的自由電子自由電子帶正電的帶正電的空穴空穴 2. 本征半導體中，自由電子和空穴總是成對出現，本征半導體中，自由電子和空穴總是成對出現，稱為稱為 電子電子 - 空穴對。空穴對。3. 本征半導體中本征半導體中自由電子自由電子和和空穴空穴的濃度的濃度用用 ni 和和 pi 表示，顯然表示，顯然 ni = pi 。4. 由于物質的運動，自由電子和空穴不斷的產生又由于物質的運動，自由電子和空穴不斷的產生又不斷的復合。不斷的復合。在一定的溫度下，產生與復合運動在一定的溫度下，產生與復合運動會達到平衡，載流子的濃度就一定了。會達到平衡，載流子的濃度就一定了。5. 載流子的濃

17、度與溫度密切相關，它隨著溫度的升載流子的濃度與溫度密切相關，它隨著溫度的升高，基本按指數規律增加。高，基本按指數規律增加。小結：小結：二、雜質半導體二、雜質半導體 1. N型半導體型半導體5磷（磷（P） 雜質半導體主要靠多數載雜質半導體主要靠多數載流子導電。摻入雜質越多，流子導電。摻入雜質越多，多子濃度越高，導電性越強，多子濃度越高，導電性越強，實現導電性可控。實現導電性可控。多數載流子多數載流子 空穴比未加雜質時的數目空穴比未加雜質時的數目多了？少了？為什么？多了？少了？為什么？2. P型半導體型半導體3硼（硼（B）多數載流子多數載流子 P型半導體主要靠空穴導電，型半導體主要靠空穴導電，摻入

18、雜質越多，空穴濃度越高，摻入雜質越多，空穴濃度越高，導電性越強，導電性越強， 在雜質半導體中，溫度變化時，在雜質半導體中，溫度變化時，載流子的數目變化嗎？少子與多載流子的數目變化嗎？少子與多子變化的數目相同嗎？少子與多子變化的數目相同嗎？少子與多子濃度的變化相同嗎？子濃度的變化相同嗎？三、三、PN結的形成及其單向導電性結的形成及其單向導電性 物質因濃度差而產生的運動稱為擴散運動。氣物質因濃度差而產生的運動稱為擴散運動。氣體、液體、固體均有之。體、液體、固體均有之。擴散運動擴散運動P區空穴區空穴濃度遠高濃度遠高于于N區。區。N區自由電區自由電子濃度遠高子濃度遠高于于P區。區。 擴散運動使靠近接觸

19、面擴散運動使靠近接觸面P區的空穴濃度降低、靠近接觸面區的空穴濃度降低、靠近接觸面N區的自由電子濃度降低，產生內電場，不利于擴散運動的繼區的自由電子濃度降低，產生內電場，不利于擴散運動的繼續進行。續進行。PN結的形成結的形成 因電場作用所產生因電場作用所產生的運動稱為漂移運動。的運動稱為漂移運動。 在無外電場和其它激發作用下，參與擴散運動和漂移在無外電場和其它激發作用下，參與擴散運動和漂移運動的載流子數目相同，達到動態平衡，就形成了運動的載流子數目相同，達到動態平衡，就形成了PN結。結。漂移運動漂移運動 由于擴散運動使由于擴散運動使P區與區與N區的交界面缺少多數載流子，形成區的交界面缺少多數載流

20、子，形成內電場，從而阻止擴散運動的進行。內電場使空穴從內電場，從而阻止擴散運動的進行。內電場使空穴從N區向區向P區、自由電子從區、自由電子從P區向區向N 區運動。區運動。PN結加正向電壓導通：結加正向電壓導通： 耗盡層變窄，擴散運動加耗盡層變窄，擴散運動加劇，由于外電源的作用，形劇，由于外電源的作用，形成擴散電流，成擴散電流，PNPN結處于導通結處于導通狀態。狀態。PN結加反向電壓截止：結加反向電壓截止： 耗盡層變寬，阻止擴散運動，耗盡層變寬，阻止擴散運動，有利于漂移運動，形成漂移電有利于漂移運動，形成漂移電流。由于電流很小，故可近似流。由于電流很小，故可近似認為其截止。認為其截止。PN結的單

21、向導電性結的單向導電性25 當當 PN 結正向偏置時，回路中將產生一個較大的結正向偏置時，回路中將產生一個較大的正向電流，正向電流， PN 結處于結處于 導通狀態導通狀態； 當當 PN 結反向偏置時，回路中反向電流非常小，結反向偏置時，回路中反向電流非常小，幾乎等于零，幾乎等于零， PN 結處于結處于截止狀態截止狀態。綜上所述：綜上所述：可見，可見， PN 結具有結具有單向導電性單向導電性。26四、四、PN結的伏安特性結的伏安特性i = f ( (u ) )之間的關系曲線。之間的關系曲線。604020 0.002 0.00400.5 1.02550i/ mAu / V正向特性正向特性死區電壓死

22、區電壓擊穿電壓擊穿電壓U(BR)反向特性反向特性) 1e (STUuIiIS ：反向飽和電流反向飽和電流UT ：溫度的電壓當量溫度的電壓當量在常溫在常溫( (300 K) )下，下， UT 26 mVPN結所加端電壓結所加端電壓u與流過的電流與流過的電流i的關系為的關系為) 1e (SktquIi27五、五、PN結的電容效應結的電容效應當當PN結上的電壓發生變化時，結上的電壓發生變化時，PN 結中儲存的電荷結中儲存的電荷量將隨之發生變化，使量將隨之發生變化，使PN結具有電容效應。結具有電容效應。電容效應包括兩部分電容效應包括兩部分勢壘電容勢壘電容擴散電容擴散電容1. 勢壘電容勢壘電容Cb是由是由 PN 結的空間電荷區變化形成的。結的空間電荷區變化形成的。( (a) ) PN 結加正向電壓結加正向電壓（b) ) PN 結加反向電壓結加反向電壓 N空間空間電荷區電荷區PVRI+UN空間空間電荷區電荷區PRI+ UV28空間電荷區的正負離子數目發生變化，如同電容的空間電荷區的正負離子數目發生變化，如同電容的放電和充電過程。放電和充電過程。勢壘電容的大小可用下式表示：勢壘電容的大小可用下式表示：lSUQC ddb由于由于 PN 結結 寬度寬度 l 隨外加隨外加電壓電壓 u 而變化，因此而變化，因此勢壘電容勢壘電容 Cb不是一個常數不是一