模拟电子技术基础全册配套最完整精品课件1.ppt

1、模拟电子技术基础全册配套最模拟电子技术基础全册配套最 完整精品课件完整精品课件1 模拟电子技术基础是 信息口学生的第一门工程课 一门学生痛苦、教师烦恼的课程 一门改变学生科学观、方法观、学习观的 课程 为什么要学习模拟电子技术基础为什么要学习模拟电子技术基础 这一课程？这一课程？ 电子技术很重要电子技术很重要 模拟电子技术很重要模拟电子技术很重要 半导体模拟电子技术很重要半导体模拟电子技术很重要 怎样学习模拟电子技术基础怎样学习模拟电子技术基础 这一课程？这一课程？ 绪 论 一、电子技术与我们的生活一、电子技术与我们的生活 二、模拟信号与模拟电路二、模拟信号与模拟电路 三、电子信息系统的组成三

2、、电子信息系统的组成 四、模拟电子技术基础课的特点四、模拟电子技术基础课的特点 五、自动化系学生如何学习这门课程五、自动化系学生如何学习这门课程 六、课程的目的六、课程的目的 七、考查方法七、考查方法 一、电子技术与我们的生活 电子技术电子技术“无孔不入无孔不入”，应用广泛，与我们的生活密，应用广泛，与我们的生活密 切切 相关！相关！ 广播通信：发射机、接收机、扩音、录音、程控交换机、电话、手机广播通信：发射机、接收机、扩音、录音、程控交换机、电话、手机 网络：路由器、网络：路由器、ATMATM交换机、收发器、调制解调器交换机、收发器、调制解调器 工业：钢铁、石油化工、机械加工、数控机床工业：

3、钢铁、石油化工、机械加工、数控机床 交通：飞机、火车、轮船、汽车交通：飞机、火车、轮船、汽车 军事：雷达、电子导航军事：雷达、电子导航 航空航天：卫星定位、监测航空航天：卫星定位、监测 医学：医学：刀、刀、CTCT、B B超、微创手术超、微创手术 消费类电子：家电（空调、冰箱、电视、音响、摄像机、照相机、电子消费类电子：家电（空调、冰箱、电视、音响、摄像机、照相机、电子 表）、电子玩具、各类报警器、保安系统表）、电子玩具、各类报警器、保安系统 电子技术的的快速发展。 从电子管半导体管集成电路 1904年年 电子管问世电子管问世 1947年年 晶体管诞生晶体管诞生 1958年集成电年集成电 路研

4、制成功路研制成功 电子管、晶体管、集成电路比较电子管、晶体管、集成电路比较 半导体元器件的发展 1947年年 贝尔实验室制成第一只晶体管贝尔实验室制成第一只晶体管 1958年年 集成电路集成电路 1969年年 大规模集成电路大规模集成电路 1975年年 超大规模集成电路超大规模集成电路 第一片集成电路只有第一片集成电路只有4个晶体管，而个晶体管，而1997年一片集成电路年一片集成电路 中有中有40亿个晶体管。亿个晶体管。电子器件技术的发展，使得电子信息系电子器件技术的发展，使得电子信息系 统的体积越来越小，功能越来越强。统的体积越来越小，功能越来越强。 电影钢铁苍穹(Iron Sky)片段 钢

5、铁苍穹14b2.mp4 作为一部喜剧，影片从头到尾笑点不断，涉 及政治、科学技术和社会生活的诸多方面，大多 具有极高的质量。例如纳粹科学家里希特博士对 着詹姆斯的手机轻蔑地说“这可不是计算机”， 然后转过身去，对着占据了整面墙的电子管说： “这才是计算机！”短短两句，道尽了计算机六 十多年的发展，让观众不由感慨丛生。 钢铁苍穹：科幻政治讽刺片杰作。看电影， 2012，17, P145. 第一只晶体管的发明者第一只晶体管的发明者 （by John Bardeen , William Schockley and Walter Brattain in Bell Lab） 第一个集成电路及其发明者第一

6、个集成电路及其发明者 （ Jack Kilby from TI ） 1958年年9月月12日，在德州仪器公司日，在德州仪器公司 的实验室里，实现了把电子器件集成的实验室里，实现了把电子器件集成 在一块半导体材料上的构想。在一块半导体材料上的构想。42年以年以 后，后， 2000年获诺贝尔物理学奖。年获诺贝尔物理学奖。 “为为 现代信息技术奠定了基础现代信息技术奠定了基础”。 他们在他们在1947年年11月底发明了晶月底发明了晶 体管，并在体管，并在12月月16日正式宣布日正式宣布“晶晶 体管体管”诞生。诞生。1956年获诺贝尔物理年获诺贝尔物理 学奖。巴因所做的超导研究于学奖。巴因所做的超导研

7、究于1972 年第二次获得诺贝尔物理学奖。年第二次获得诺贝尔物理学奖。 新中国电子工业大事记新中国电子工业大事记 - 王铮王铮 电子工业战线的卓越领导人电子工业战线的卓越领导人 - 单宗肃单宗肃 1936年年5月试制成功了我国第一只电子管，建国后南京月试制成功了我国第一只电子管，建国后南京 电子管厂总工程师电子管厂总工程师 - 1956年，周总理主持制定年，周总理主持制定1956-1967年科学技术发展远景规年科学技术发展远景规 划，电子计算机和半导体是重中之重划，电子计算机和半导体是重中之重 北大、厦大等五校联合开办半导体物理专业训练班北大、厦大等五校联合开办半导体物理专业训练班 自强不息之

8、路自强不息之路 夏培肃设计中国第一台电子计算机运算器和控制器夏培肃设计中国第一台电子计算机运算器和控制器 - 1957年年 第一只晶体管第一只晶体管 - 1958年年 第一台半导体收音机第一台半导体收音机 第一台模拟计算机第一台模拟计算机 第一台数字计算机第一台数字计算机103 第一台专用数字计算机数字指挥仪第一台专用数字计算机数字指挥仪901 第一套黑白电视第一套黑白电视 - 1960年代年代 各种雷达、军用电子设备各种雷达、军用电子设备 - 1970 “东方红一号东方红一号” - 1979 激光照排激光照排 - 1984 联想起步联想起步 - 1987 华为起步华为起步 - 2001 “龙

9、芯龙芯”开始设计开始设计 v 王选王选 v 胡伟武胡伟武 二、模拟信号与模拟电路 0. 电信号电信号 人类是信息的动物。信息系统的功能是帮助人类处理信人类是信息的动物。信息系统的功能是帮助人类处理信 息。息。 信息的表达和传递需要借助一定的物理量。电是目前最信息的表达和传递需要借助一定的物理量。电是目前最 普遍用于信息表达的物理量。普遍用于信息表达的物理量。 非电的物理量可以比较容易地转换成电信号，电信号容非电的物理量可以比较容易地转换成电信号，电信号容 易传送和控制。易传送和控制。 二、模拟信号与模拟电路 1. 电子电路中信号的分类电子电路中信号的分类 数字信号数字信号：离散性：离散性 模拟

10、信号：连续性。模拟信号：连续性。大多数物理量为模拟信号。大多数物理量为模拟信号。 2. 模拟电路模拟电路 模拟电路模拟电路是对模拟信号进行处理的电路。是对模拟信号进行处理的电路。 最基本的处理是对信号的最基本的处理是对信号的放大放大，有功能和性能各异的，有功能和性能各异的放放 大电路大电路。 其它模拟电路多以放大电路为基础。其它模拟电路多以放大电路为基础。 “1”的的 电压当量电压当量 “1”的倍的倍 数数 介于介于K与与K+1之之 间时需根据阈值间时需根据阈值 确定为确定为K或或K+1 任何瞬间的任何任何瞬间的任何 值均是有意义的值均是有意义的 三、电子信息系统的组成 模拟电子电路模拟电子电

11、路 数字电子电路（系统）数字电子电路（系统） 传感器传感器 接收器接收器 隔离、滤隔离、滤 波、放大波、放大 运算、转运算、转 换、比较换、比较 功放功放 模拟模拟- -数字混合电子电路数字混合电子电路 模拟电子系统模拟电子系统 执行机构执行机构 电子信息系统的组成原则电子信息系统的组成原则 电路尽量简单。简单则可靠性高。电路尽量简单。简单则可靠性高。 考虑电磁兼容性。考虑电磁兼容性。 考虑可测性。考虑可测性。 统筹考虑，权衡利弊。系统的观点。统筹考虑，权衡利弊。系统的观点。 生产工艺要简单。生产工艺要简单。 四、模拟电子技术基础课的特点 1、工程性工程性 实际工程需要证明其可行性。实际工程需

12、要证明其可行性。强调定性分析。强调定性分析。 实际工程在满足基本性能指标的前提下总是容许存实际工程在满足基本性能指标的前提下总是容许存 在一定的误差范围的。在一定的误差范围的。 定量分析为定量分析为“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。 电子电路归根结底是电路。电子电路归根结底是电路。不同条件下构造不同模型。不同条件下构造不同模型。 2. 实践性实践性 常用电子仪器的使用方法常用电子仪器的使用方法 电子电路的测试方法电子电路的测试方法 故障的判断与排除方法故障的判断与排除方法 EDA软件的应用方法软件的应用方法 五、自动化系

13、学生如何学习这门课程 自动化系学生为什么要学习这门课程？ 1 Analog circuits allow you to listen to music and make your iPod more than a pretty white paperweight. Analog circuits make your cell phone ring. Analog circuits store your photos and charge your battery. You can build an entirely analog computer (as discussed in this i

14、ssue), but you cant build an entirely digital computer. 2 The history of control is entwined with the history of analog computing. Many of the tools, technologies, and theories of control were enabled by, or are directly descended from, mechanical and electronic analog computers. 选自 Kent H. Lundberg

15、, History of analog computing: Introduction to the special section. IEEE Control Systems Magazine, 22-28, June 2005. 怎样学习这门课程 1. 掌握掌握基本概念、基本电路和基本分析方法基本概念、基本电路和基本分析方法 基本概念：基本概念：概念是不变的，应用是灵活的，概念是不变的，应用是灵活的， “万万 变不离其宗变不离其宗”。“咱们做工程的，概念要清楚咱们做工程的，概念要清楚” 基本电路：基本电路：构成的原则是不变的，具体电路是多种构成的原则是不变的，具体电路是多种 多样的。多样的

16、。 基本分析方法：基本分析方法：不同类型的电路有不同的性能指标不同类型的电路有不同的性能指标 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. 注意定性分析和注意定性分析和近似分析近似分析的重要性的重要性 3. 学会辩证、全面地分析电子电路中的问题学会辩证、全面地分析电子电路中的问题 根据需求，最适用的电路才是最好的电路。根据需求，最适用的电路才是最好的电路。 要研究利弊关系，通常要研究利弊关系，通常“有一利必有一弊有一利必有一弊”。 六、课程的目的 1. 1. 掌握模拟电子技术的基本概念、基本电路、基本方法和掌握模拟电子技术的基本概念、基本电路、基本方法和 基本实验

17、技能。基本实验技能。 2. 2. 掌握系统、反馈等自动化基本概念，初步学习波特图等掌握系统、反馈等自动化基本概念，初步学习波特图等 自动化基本方法，为后续课程的学习打下基础。自动化基本方法，为后续课程的学习打下基础。 3. 3. 培养工程的基本概念、基本方法，为后续几年的学习和培养工程的基本概念、基本方法，为后续几年的学习和 工作打下良好基础工作打下良好基础 总之：你们的第一门工程课！要有总之：你们的第一门工程课！要有“改造思想改造思想”的精神准的精神准 备。备。 七、学习要求与考察方法 1. 会看：读图，定性分析会看：读图，定性分析 2. 会算：定量计算会算：定量计算 考查分析问题的能力考查

18、分析问题的能力 3. 会选：电路形式、器件、参数会选：电路形式、器件、参数 4. 会调：仪器选用、测试方法、故障诊断、会调：仪器选用、测试方法、故障诊断、EDA 考查解决问题的能力设计能力考查解决问题的能力设计能力 考查解决问题的能力实践能力考查解决问题的能力实践能力 综合应用所学知识的能力综合应用所学知识的能力 教学难度前重后轻，教学内容前轻后重教学难度前重后轻，教学内容前轻后重 重点放在外特性描述和相关方法重点放在外特性描述和相关方法 结合自动化系专业特点，不拘泥于书本，但不超结合自动化系专业特点，不拘泥于书本，但不超 出书本出书本 期末考试期末考试 平时作业平时作业 点名点名(5+2)(

19、5+2) 华成英 电子信息系统的组成 模拟电子电路模拟电子电路 数字电子电路（系统）数字电子电路（系统） 传感器传感器 接收器接收器 隔离、滤隔离、滤 波、放大波、放大 运算、转运算、转 换、比较换、比较 功放功放 模拟模拟- -数字混合电子电路数字混合电子电路 模拟电子系统模拟电子系统 执行机构执行机构 华成英 第一章 常用半导体器件 1.1 1.1 半导体基础知识半导体基础知识 1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管 1.3 1.3 晶体三极管晶体三极管 二极管单向，三极管放大二极管单向，三极管放大 1.4 1.4 场效应管场效应管 华成英 1 半导体基础知识 一、本征半导体一、本征半导

20、体 二、杂质半导体二、杂质半导体 三、三、PNPN结的形成及其单向导电性结的形成及其单向导电性 四、四、PNPN结的电容效应结的电容效应 华成英 一、本征半导体 导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。 本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。 1 1、半导体与本征半导体、半导体与本征半导体 导体铁、铝、铜等金属元素导体铁、铝、铜等金属元素 绝缘体惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原绝缘体惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原 子核的束缚力很强，一般不导电。子核的束缚力很强，一般不导电。 半导体硅（半导体硅（

21、Si）、锗（）、锗（Ge），均为四价元素，它们原），均为四价元素，它们原 子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。 无杂质无杂质稳定的结构稳定的结构 华成英 2、本征半导体的结构 由于热运动，具有足够能量由于热运动，具有足够能量 的价电子挣脱共价键的束缚的价电子挣脱共价键的束缚 而成为自由电子而成为自由电子 自由电子的产生使共价键中自由电子的产生使共价键中 留有一个空位置，称为空穴留有一个空位置，称为空穴 自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。 共价键共价键 一定温度下，自由电子与空穴对的浓度

22、一定；温度升高，一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定；温度升高， 热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对 的浓度加大。的浓度加大。 动态平衡动态平衡 华成英 两种载流子两种载流子 外加电场时，带负电的自由电外加电场时，带负电的自由电 子和带正电的空穴均参与导电，子和带正电的空穴均参与导电， 且运动方向相反。由于载流子数且运动方向相反。由于载流子数 目很少，故导电性很差。目很少，故导电性很差。 为什么要将半导体变成导电性很差的本征半导体？ 3 3、两种载流子、两种载流子, ,电子电子/ /空穴模型空穴模型 运载电荷的粒子称为载流子。

23、运载电荷的粒子称为载流子。 温度升高，热运动加剧，载温度升高，热运动加剧，载 流子浓度增大，导电性增强。流子浓度增大，导电性增强。 热力学温度热力学温度0K时不导电。时不导电。 华成英 电子和空穴产生过程动画演示电子和空穴产生过程动画演示 华成英 二、杂质半导体 1. N N型半导体 5 磷（磷（P） 杂质半导体主要靠多数载流杂质半导体主要靠多数载流 子导电。掺入杂质越多，多子子导电。掺入杂质越多，多子 浓度越高，导电性越强，实现浓度越高，导电性越强，实现 导电性可控。导电性可控。 多数载流子多数载流子 华成英 2. 2. P型半导体 3 硼（硼（B） 多数载流子多数载流子 P型半导体主要靠空

24、穴导电，型半导体主要靠空穴导电， 掺入杂质越多，空穴浓度越高，掺入杂质越多，空穴浓度越高， 导电性越强，导电性越强， 华成英 三、PN结的形成及其单向导电性 物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气 体、液体、固体均有之。体、液体、固体均有之。 扩散运动扩散运动 P区空穴区空穴 浓度远高浓度远高 于于N区。区。 N区自由电区自由电 子浓度远高子浓度远高 于于P区。区。 扩散运动使靠近接触面扩散运动使靠近接触面P区的空穴浓度降低、靠近接触面区的空穴浓度降低、靠近接触面 N区的自由电子浓度降低，产生内电场。区的自由电子浓度降低，产生内电场。 华成英 PN 结

25、的形成 因电场作用所产因电场作用所产 生的运动称为漂移生的运动称为漂移 运动。运动。 参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同，达到动态参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同，达到动态 平衡，就形成了平衡，就形成了PN结。结。 漂移运动漂移运动 由于扩散运动使由于扩散运动使P区与区与N区的交界面缺少多数载流子，形成区的交界面缺少多数载流子，形成 内电场，从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从内电场，从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从N区向区向P 区、自由电子从区、自由电子从P区向区向N 区运动。区运动。 华成英 PN结形成过程动画演示结形成过程动画演示 华成英 PN结加正向电压导通：结加正向

26、电压导通： 耗尽层变窄，扩散运动加耗尽层变窄，扩散运动加 剧，由于外电源的作用，形剧，由于外电源的作用，形 成扩散电流，成扩散电流，PNPN结处于导通结处于导通 状态。状态。 PN结加反向电压截止：结加反向电压截止： 耗尽层变宽，阻止扩散运动，耗尽层变宽，阻止扩散运动， 有利于漂移运动，形成漂移电有利于漂移运动，形成漂移电 流。由于电流很小，故可近似流。由于电流很小，故可近似 认为其截止。认为其截止。 PN 结的单向导电性 必要吗？必要吗？ 华成英 PN结正偏动画演示结正偏动画演示 华成英 PN结反偏动画演示结反偏动画演示 华成英 PN结的伏安特性结的伏安特性 P16 图1.1.8, P19

27、图1.2.3, 重要！ 外部模型，黑箱方法外部模型，黑箱方法 华成英 四、PN 结的电容效应 1. 势垒电容 PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变 化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电相化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电相 同，其等效电容称为势垒电容同，其等效电容称为势垒电容Cb。 2. 扩散电容 PN结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流子结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流子 的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的 过程，其等效电容称为扩散电容过程，其等效电容称

28、为扩散电容Cd。 dbj CCC结电容：结电容： 结电容不是常量！若结电容不是常量！若PN结外加电压频率高到一定程度，结外加电压频率高到一定程度， 则失去单向导电性！则失去单向导电性！ 华成英 2 半导体二极管 一、二极管的组成一、二极管的组成 二、二极管的伏安特性及电流方程二、二极管的伏安特性及电流方程 三、二极管的等效电路三、二极管的等效电路 四、二极管的主要参数四、二极管的主要参数 五、稳压二极管、发光管、光电管五、稳压二极管、发光管、光电管 华成英 一、二极管的组成 将将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。结封装，引出两个电极，就构成了二极管。 小功率小功率 二极管二极管 大功率

29、大功率 二极管二极管 稳压稳压 二极管二极管 发光发光 二极管二极管 华成英 一、二极管的组成 点接触型：结面积小，点接触型：结面积小， 结电容小，故结允许结电容小，故结允许 的电流小，最高工作的电流小，最高工作 频率高。频率高。 面接触型：结面积大，面接触型：结面积大， 结电容大，故结允许结电容大，故结允许 的电流大，最高工作的电流大，最高工作 频率低。频率低。 平面型：结面积可小、平面型：结面积可小、 可大，小的工作频率可大，小的工作频率 高，大的结允许的电高，大的结允许的电 流大。流大。 华成英 二、二极管的伏安特性及电流方程 材料材料开启电压开启电压导通电压导通电压反向饱和电流反向饱和

30、电流 硅硅Si0.5V0.50.8V1A以下 锗锗Ge0.1V0.10.3V几十A )(ufi 开启开启 电压电压 反向饱反向饱 和电流和电流 击穿击穿 电压电压 mV)26( ) 1e ( TS T UIi U u 常温下 温度的温度的 电压当量电压当量 二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。 华成英 三、二极管的等效电路 理想理想 二极管二极管 近似分析近似分析 中最常用中最常用 理想开关理想开关 导通时导通时 UD0 截止时截止时IS0 导通时导通时UDUon 截止时截止时IS0 导通时导通时i与与u 成线性关系成线性关系 应根据不同情况选择

31、不同的等效电路！应根据不同情况选择不同的等效电路！ 1. 将伏安特性折线化 ？ 100V？5V？1V？ 华成英 2. 微变等效电路:工作点线性化 D T D D d I U i u r 根据电流方程， Q越高，越高，rd越小。越小。 当二极管在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极当二极管在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极 管等效为一个电阻，称为动态电阻，也就是微变等效电路。管等效为一个电阻，称为动态电阻，也就是微变等效电路。 ui=0时直流电源作用时直流电源作用 小信号作用小信号作用 静态电流静态电流 华成英 四、二极管的主要参数 最大整流电流最大整流电流IF：最大平均值：最大平均

32、值 最大反向工作电压最大反向工作电压UR：最大瞬时值：最大瞬时值 反向电流反向电流 IR：即：即IS 最高工作频率最高工作频率fM：因：因PN结有电容效应结有电容效应 第四版第四版P20 华成英 讨论：解决两个问题解决两个问题 如何判断二极管的工作状态？如何判断二极管的工作状态？ 什么情况下应选用二极管的什么等效电路？什么情况下应选用二极管的什么等效电路？ uD=ViR Q ID UD R uV i D D V与与uD可比，则需图解：可比，则需图解： 实测特性实测特性 对对V和和Ui二极管二极管的模的模 型有什么不同？型有什么不同？ 华成英 五、稳压二极管 1. 伏安特性 进入稳压区的最小电流

33、进入稳压区的最小电流 不至于损坏的最大电流不至于损坏的最大电流 由一个由一个PN结组结组 成，反向击穿后成，反向击穿后 在一定的电流范在一定的电流范 围内端电压基本围内端电压基本 不变，为稳定电不变，为稳定电 压。压。 2. 主要参数 稳定电压稳定电压UZ、稳定电流、稳定电流IZ 最大功耗最大功耗PZM IZM UZ动态电阻动态电阻rzUZ /IZ 若稳压管的电流太小则不稳压，若稳压管的电流太大则会若稳压管的电流太小则不稳压，若稳压管的电流太大则会 因功耗过大而损坏，因而稳压管电路中必需有限制稳压管电因功耗过大而损坏，因而稳压管电路中必需有限制稳压管电 流的限流电阻！流的限流电阻！ 限流电阻限

34、流电阻 华成英 发光二极管与光电二极管发光二极管与光电二极管 记住功能和符号记住功能和符号 小结：小结： 1 半导体基础知识半导体基础知识 P型、N型、多子、少子 2 PN结与单向导电性结与单向导电性 知道PN结能和为什么能单向导电 3 二极管二极管 外特性、伏安曲线外特性、伏安曲线 工作状态工作状态 等效模型等效模型 4 稳压管稳压管 功能功能 会算会算 5 发光二极管和光电二极管发光二极管和光电二极管 华成英 发光二极管与光电二极管发光二极管与光电二极管 记住功能和符号记住功能和符号 作业：作业： P67 三三 P68 四四 P69 1.2 半波整流半波整流 1.3 限幅限幅 1.4 电容

35、对直流断路电容对直流断路 华成英 复习：二极管的伏安特性复习：二极管的伏安特性 单向导电性单向导电性 正向特性为正向特性为 指数曲线指数曲线 反向特性为横轴的平行线反向特性为横轴的平行线 华成英 PN结加正向电压导通：结加正向电压导通： 耗尽层变窄，扩散运动加耗尽层变窄，扩散运动加 剧，由于外电源的作用，形剧，由于外电源的作用，形 成扩散电流，成扩散电流，PNPN结处于导通结处于导通 状态。状态。 PN结加反向电压截止：结加反向电压截止： 耗尽层变宽，阻止扩散运动，耗尽层变宽，阻止扩散运动， 有利于漂移运动，形成漂移电有利于漂移运动，形成漂移电 流。由于电流很小，故可近似流。由于电流很小，故可

36、近似 认为其截止。认为其截止。 PN 结的单向导电性 华成英 1.3 1.3 晶体三极管 一、晶体管的结构和符号一、晶体管的结构和符号 二、晶体管的放大原理二、晶体管的放大原理 三、晶体管的共射输入特性和输出特性三、晶体管的共射输入特性和输出特性 四、温度对晶体管特性的影响四、温度对晶体管特性的影响 五、主要参数五、主要参数 华成英 一、晶体管的结构和符号 小功率管小功率管 中功率管中功率管 大功率管大功率管 为什么有孔？为什么有孔？ 华成英 多子浓度高多子浓度高 多子浓度很多子浓度很 低，且很薄低，且很薄 面积大面积大 晶体管有三个极、三个区、两个晶体管有三个极、三个区、两个PN结。结。 b

37、ase, emitter, collector 华成英 二、晶体管的放大原理 BEon CBCEBE 0 uU uuu （发射结正偏） 放大的条件 ，即（集电结反偏） 分析方法：抓住电子的运动 忽略次要方面 非平衡少子：外部进入的少子非平衡少子：外部进入的少子 华成英 二、晶体管的放大原理 扩散运动形成发射极电流扩散运动形成发射极电流IE，复合运动形成基极电，复合运动形成基极电 流流IB，漂移运动形成集电极电流，漂移运动形成集电极电流IC。 少数载流少数载流 子的运动子的运动 因发射区多子浓度高使大量因发射区多子浓度高使大量 电子从发射区扩散到基区电子从发射区扩散到基区 因基区薄且多子浓度低，

38、使极少因基区薄且多子浓度低，使极少 数扩散到基区的电子与空穴复合数扩散到基区的电子与空穴复合 因集电区面积大，在外电场作用下大因集电区面积大，在外电场作用下大 部分扩散到基区的电子漂移到集电区部分扩散到基区的电子漂移到集电区 基区空穴基区空穴 的扩散的扩散 电子从低电位往高电位跑电子从低电位往高电位跑 华成英 晶体管的电流分配关系动画演示晶体管的电流分配关系动画演示 华成英 CBO I CBOCEO B C B C )(1 II i i I I 直流电流直流电流 放大系数放大系数 交流电流放大系数交流电流放大系数 电流分配：电流分配： I IE EI IB BI IC C I IE E主要由扩

39、散运动形成主要由扩散运动形成 I IB B主要由复合运动形成主要由复合运动形成 I IC C主要由漂移运动形成主要由漂移运动形成 基极电流的小变化，会在集电极电流放大基极电流的小变化，会在集电极电流放大 华成英 三、晶体管的共射输入特性和输出特性 CE )( BEBU ufi 为什么为什么UCE增大曲线右移？增大曲线右移？ 对于小功率晶体管，对于小功率晶体管，UCE大于大于1V的一条输入特性曲线的一条输入特性曲线 可以取代可以取代UCE大于大于1V的所有输入特性曲线。的所有输入特性曲线。 为什么像为什么像PN结的伏安特性？结的伏安特性？ 为什么为什么UCE增大到一定值曲线增大到一定值曲线 右移

40、就不明显了？右移就不明显了？ 1. 输入特性 华成英 2. 输出特性 B )( CECI ufi 对应于一个对应于一个IB就有一条就有一条iC随随uCE变化的曲线。变化的曲线。 放大状态曲线几乎是横轴的平放大状态曲线几乎是横轴的平 行线行线 饱和区饱和区 放大区放大区 截止区截止区 B i C i 常量 CE B C U i i 华成英 晶体管的三个工作区域 晶体管工作在放大状态时，输出回路的电流晶体管工作在放大状态时，输出回路的电流 iC几乎仅仅几乎仅仅 决定于输入回路的电流决定于输入回路的电流 iB，即可将输出回路等效为电流，即可将输出回路等效为电流 iB 控制的电流源控制的电流源iC 。

41、 状态状态uBEiCuCE 截止截止UonICEOVCC 放大放大 UoniB uBE 饱和饱和 UoniB uBE 华成英 二极管的数学模型(Ebers-Moll模型) 戴蓓蒨。线性电子线路（第二版）。 清华大学出版社，2008年8月。 P42-44 华成英 四、温度对晶体管特性的影响 出特性曲线上移输入特性曲线左移，输 )( CEO IT 华成英 五、主要参数 直流参数直流参数： 、 、ICBO、 ICEO c-e间击穿电压间击穿电压最大集电最大集电 极电流极电流 最大集电极耗散功最大集电极耗散功 率，率，PCMiCuCE 安全工作区安全工作区 交流参数：交流参数：、fT（使1的信号频率）

42、 极限参数极限参数：ICM、PCM、U（BR）CEO EC II 1 E C i i 华成英 作业 P70 1.8 用基极电流流向判断是什么管子 1.9 用管压降判断是什么管子 1.10 要计算电流和电阻导致的压降 P71 1.12 下周交作业！ 华成英 三极管可以用于放大 BC BC CBE ii II III （集电结反偏），即 （发射结正偏） 放大的条件 BECECB onBE 0uuu Uu 华成英 PN结结正偏正偏：P P区外加电压区外加电压 大于大于N N区区 e c b NPN 管 c b e PNP管 箭头总是从P指向N 华成英 对对NPN管而言，放大时管而言，放大时 对对PN

43、P管而言，放大时管而言，放大时 正偏反偏反偏集电结集电结 正偏正偏反偏发射结发射结 饱和放大截止 华成英 多子：多数载流子 P区空穴，N区电子 少子：少数载流子 P区电子，N曲空穴 非平衡少子：外来的少数载流子 三极管：用基极电流控制集电极电流，有 两种载流子参与导电 华成英 1.4场效应三极管 场效应管：一种载流子参与导电，利用电压导致的 输入回路的电场效应来控制输出回路电流的三极管， 又称单极型三极管。 特点 单极型器件(一种载流子导电)； 输入电阻高； 工艺简单、易集成、功耗小、体积小、 成本低。 74 第 四 版 童 诗 白 华成英 N沟道 P沟道 增强型 耗尽型 N沟道 P沟道 N沟

44、道 P沟道 （耗尽型） FET 场效应管 JFET 结型 MOSFET 绝缘栅型 (IGFET) 场效应管分类： 第 四 版 童 诗 白 75 华成英 晶体管场效应管 结构 NPN型、PNP型 结型耗尽型 N沟道 P沟道 绝缘栅增强型 N沟道 P沟道 绝缘栅耗尽型 N沟道 P沟道 C与E一般不可倒置使用D与S有的型号可倒置使用 载流子 多子扩散少子漂移 多子运动 输入量 电流输入 电压输入 控制电流控制电流源 CCCS() 电压控制电流源 VCCS(gm) 1.4.4 比较 第 四 版 童 诗 白 76 华成英 噪声 较大 较小 温度特性 受温度影响较大 较小，可有零温 度系数点 输入电阻 几

45、十到几千欧姆 几兆欧姆以上 静电影响 不受静电影响 易受静电影响 集成工艺 不易大规模集成 适宜大规模和 超大规模集成 晶体管场效应管 第 四 版 童 诗 白 77 华成英 D S G N 符号 1.4.1结型场效应管 结构 图 1.4.1 N 型 沟 道 N型硅棒 栅极 源极 漏极 P+P+ P 型区 耗尽层(PN 结) 在漏极和源极之间 加上一个正向电压，N 型半导体中多数载流子 电子可以导电。 导电沟道是 N 型的， 称 N 沟道结型场效应管。 第 四 版 童 诗 白 78 华成英 P 沟道场效应管 P 沟道结型场效应管结构图 N+N+ P 型 沟 道 G S D P 沟道场效应管是在

46、P 型硅棒的两侧做成高掺 杂的 N 型区(N+)，导电沟 道为 P 型，多数载流子为 空穴。 符号 G D S 第 四 版 童 诗 白 79 华成英 N 沟道结型场效应管用改变 UGS 大小来控制漏极电流 ID 的。(VCCS) G D S N N 型 沟 道 栅极 源极 漏极 P+P+ 耗尽层 *在栅极和源极之间 加反向电压，耗尽层会变 宽，导电沟道宽度减小， 使沟道本身的电阻值增大， 漏极电流 ID 减小，反之， 漏极 ID 电流将增加。 *耗尽层的宽度改变 主要在沟道区。 第 四 版 童 诗 白 80 *漏、源之间加正电 压，则会有电流。 华成英 l 接线如P42图1.4.4(a) l

47、PN结反偏且不对称，耗尽区呈楔形，存在沟道 l 增加 ，沟道变窄，电阻加大 l 增加到 ，则沟道预夹断，如图 1.4.4(b) l 继续增加 则无法影响电流 ，呈现恒流源 特性 l 越小，则越早预夹断 DS u )(offGSGD Uu DS u D i GS u 华成英 IDSS/V PGSDS UUU iD/mA uDS /V O UGS = 0V -1 -2 -3 -4 -5 -6 -7 V8 P U 恒流区 可变 电阻区 漏极特性也有三个区：可变电阻区、恒流区和夹断区。 在恒流区， 和 无关，但受 控制。 图 1.4.5(b)漏极特性 输出特性曲线：极象三极管！ 夹断区 UD S iD

48、 VDD VGG D S G V V uG S 图 1.4.5(a)特性曲线测试 电路 m A 击穿区 第 四 版 童 诗 白 82 D i DS uGS u 华成英 转移特性曲线：和输出特 性严格对应 O uGS/V ID/mA IDSS UP 图 1.4.6转移特性 结型场效应管转移特性曲 线的近似公式： )0( )1 ( GSGS(off) 2 GS(off) GS DSSD uU U u Ii 第 四 版 童 诗 白 83 华成英 结型P 沟道的特性曲线 S G D 转移特性曲线 iD UGS（Off） IDSS O uGS 输出特性曲线 iD UGS= 0V uDS o 栅源加正偏电

49、压，漏源加反偏电压。 (PN结反偏) 第 四 版 童 诗 白 84 华成英 1.4.2绝缘栅型场效应管 MOSFET Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor 由金属、氧化物和半导体制成。称为金属-氧化物-半导体场效应管，或简称 MOS 场效应管。 用更复杂的半导体工艺产生和控制沟道，实现更好 的性能。输入电阻可达 1010 以上。 类型 N 沟道 P 沟道 增强型 耗尽型 增强型 耗尽型 UGS = 0 时漏源间存在导电沟道称耗尽型场效应管； UGS = 0 时漏源间不存在导电沟道称增强型场效应管。 第 四 版 童 诗 白 85 华成英 1.4.3场效应管的主要参数 一、直流参数 2. 夹断电压 UP 或UGS(off) 第 四 版 童 诗 白 86 二、交流参数 1. 低频跨导 gm 用以描述栅源之间的电压 uGS 对漏极电流 iD 的 控制作用。 常数 DS GS D m U u i g 华成英 单结晶体管和晶闸管 集成电路设计简介 $V(u_f,u_t-1,y_t,t)$ 华成英 华成英 第一章 常用半导体器件 二极管单向，三极管放大 放大区、截止区、饱和区 放大条件：发射结正偏、集 电结反