1 / 59

模拟电子技术基础

模拟电子技术基础. 本课程是入门性质的技术基础课. 绪论. 课程的性质：技术基础课。电子线路包括模拟电子技术和数字电子技术。 课程的任务： （ 1 ）了解电子器件的原理，掌握电子器件的特性、参数，会用电子器件构成电路。 （ 2 ）掌握单元电路的组成、原理、分析方法和设计方法。 （ 3 ）简单介绍电子电路系统。. 课程特点. 前修课：物理，电路分析 工程性（近似性）； I= （ 100-0.75 ） /R≈100/R 实践性：设计 —— 实验 交流电，直流电路，受控源电路. 现代电子技术的发展. 47 年 贝尔实验室制成第一只晶体管

akira
Download Presentation

模拟电子技术基础

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 模拟电子技术基础 本课程是入门性质的技术基础课

  2. 绪论 • 课程的性质：技术基础课。电子线路包括模拟电子技术和数字电子技术。 • 课程的任务： （1）了解电子器件的原理，掌握电子器件的特性、参数，会用电子器件构成电路。 （2）掌握单元电路的组成、原理、分析方法和设计方法。 （3）简单介绍电子电路系统。

  3. 课程特点 • 前修课：物理，电路分析 • 工程性（近似性）； I=（100-0.75）/R≈100/R • 实践性：设计——实验 交流电，直流电路，受控源电路

  4. 现代电子技术的发展 • 47年 贝尔实验室制成第一只晶体管 • 58年 集成电路 • 69年 大规模集成电路 • 75年 超大规模集成电路 • 第一片集成电路只有4个晶体管，而97年一片集成电路上有40亿个晶体管。科学家预测集成度按10倍/6年的速度还将继续到2015或2020年，将达到饱和。

  5. 模拟电路 • 数字量：离散性 • 模拟量：连续性，大多数物理量，如温度、压力、流量、液面……均为模拟量。 • 模拟电路：对模拟量进行处理的电路，最基本的处理是放大。 • 放大：输入为小信号，有源元件控制电源使负载获得大信号，并保持线性关系。 • 有源元件：能够控制能量的元件。

  6. 课程目的 • 掌握基本概念、基本电路、基本分析方法、基本实验技能。 • 具有能够继续深入学习和接收电子技术新发展的能力，将所学知识用于本专业的能力。

  7. 考察方法 • 会看：定性分析 • 会算：定量计算、CAD • 会选：电路形式、器件、参数 • 会调：测试方法、仪器选用、EDA

  8. 学习方法 • 在入门阶段要以听课为线索，注意记笔记，善于复习总结； • 建立工程的观念、系统的观念、科学进步的观念、实践的观念； • 特别注意电路原理在电子电路分析中的应用。

  9. 考试方法 • 笔试闭卷。 • 平时成绩20%（作业，总结，小测验，平时表现）。 • 期末考试成绩80%。

  10. 第一章 半导体二极管及其基本应用

  11. 1.1 PN结 • 半导体的导电特性 导电性能力介于导体（如铜、铁等）与绝缘体（如石头、木头）之间； 主要有：Si（硅） Ge（锗） GaAs（砷化镓）； 影响半导体的导电性能： 温度、纯度。

  12. 1. 本征半导体 纯净的半导体称为本征半导体。 • 以硅(Si)为例：

  13. 硅原子结构 简化模型 最外层有4个电子，受原子核的束缚力最小，称为价电子。导电性能与价电子有关。 (+4)表示原子核和内层电子所组成的惯性核的电荷。

  14. 硅制成单晶后，原子按一定规律整齐排列。 价电子受相邻原子核的作用，形成共价键。 自由电子和空穴总是成对出现，称为电子空穴对。电子空穴对的产生称为本征激发（热激发）。

  15. 在本征硅中，自由电子作为携带负电荷的载流子参加导电。空穴也可以看成是携带正电荷的载流子。在本征硅中，自由电子作为携带负电荷的载流子参加导电。空穴也可以看成是携带正电荷的载流子。 出现空穴后，共价键中的价电子就较易填补到这个空位上，过程的持续进行，相当于空穴在晶体中移动。

  16. 在本征激发的同时，自由电子受原子核的吸引还可能重新回到共价键中，称为复合。在本征激发的同时，自由电子受原子核的吸引还可能重新回到共价键中，称为复合。 在一定温度下，电子空穴对的热激发与复合达到动态平衡，电子空穴对维持一定的浓度。 导电能力由电子空穴对的浓度决定。常温下，本征硅中自由电子的浓度或空穴的浓度为硅原子浓度的3万亿分之一。所以本征硅的导电能力是很弱的。

  17. 2. 杂质半导体 为了提高半导体的导电能力，掺入某些微量的元素作为杂质，称为杂质半导体。 (1) N型半导体 掺入磷、砷等五价元素。 多余的价电子成为自由电子，且浓度远远超过电子空穴对。 自由电子为多子； 空穴为少子。

  18. (2) P型半导体 掺入硼、镓等三价元素。 这种半导体以空穴导电为主，称为P型半导体。 空穴为多子； 自由电子为少子。 杂质半导体中，多子浓度由杂质的含量决定，少子的浓度主要由温度决定。

  19. 3. 半导体中载流子的运动 漂移运动 扩散运动 在电场作用下的定向运动。自由电子与空穴产生的电流方向一致。 载流子由浓度高的区域向浓度低的区域扩散。

  20. 4. PN结的形成 在N型半导体的基片上，采用平面扩散法等工艺，掺入三价元素，使之形成P型区，则在P区和N区之间的交界面处将形成一个很薄的空间电荷层，称为PN结。PN结的典型厚度为0.5m。

  21. P区空穴(多子)向N区扩散，留下不能移动的负离子；P区空穴(多子)向N区扩散，留下不能移动的负离子； N区电子(多子)向P区扩散，留下不能移动的正离子； 正负离子形成空间电荷层。 内电场是多子的扩散运动引起的。

  22. 内电场的影响： • 阻碍多子的扩散运动 • 促进少子的漂移运动 多子扩散运动使PN结变厚少子漂移运动使PN结变薄 没有外加电压时，多子扩散电流与少子漂移电流达到动态平衡。 阻挡层：强调对多子扩散运动的阻挡作用 耗尽层：强调PN结内的载流子浓度减到最小

  23. 5. PN结的单向导电性 • 正偏：P(＋) N(－) 外加电场与PN结内电场方向相反 N区电子进入空间电荷层，使PN结厚度变薄。 多子的扩散电流大大增加 少子的漂移电流远远小于扩散电流 正向电流近似为多子的扩散电流

  24. 反偏：P(－) N(＋) 外加电场与内电场方向一致 P区电子（少子）进入空间电荷层，使PN结厚度变厚。 多子的扩散电流大大减小 少子的漂移电流占优势 反向电流近似为少子的漂移电流 少子浓度很小，因此反向电流远远小于正向电流；少子浓度与外加电压无关，故称反向饱和电流。

  25. PN结的正向伏安特性： 正偏时PN结导通，电流由外加电压和限流电阻决定。 PN结的反向伏安特性： 反偏时PN结的电流很小，称为截止。 PN结的反向击穿特性 二极管的特性与PN结相似。 PN结的温度特性 PN结的电容效应

  26. 1.2 半导体二极管

  27. 二极管分类 面结合型 平面型 点接触型

  28. 二极管伏安特性 正向特性为指数曲线 端电压 电流 反向电流为常量 温度的 电压当量 反向饱和电流 开启电压 T（℃）↑→在电流不变情况下管压降u↓ →反向饱和电流IS↑，U(BR) ↓ T（℃）↑→正向特性左移，反向特性下移

  29. OA：死区 开启电压：Vth AB：近似指数规律 BC：近似恒压源 导通电压：Von OD：近似恒流源 反向电流：IR D DE：反向击穿特性 击穿电压：V(BR) E 1.2二极管的特性与参数 1. 伏安特性 IS：反向饱和电流VT：电压当量，室温下 VT26mV

  30. 2.硅二极管与锗二极管的比较 锗2AP15 硅2CP6

  31. 3. 击穿特性 当外加反向电压超过击穿电压时，反向电流急剧增大，称为反向击穿。 齐纳击穿： 外加电场将价电子直接从共价键中拉出来，使电子空穴对增多，电流增大 雪崩击穿： 当电场足够强时，载流子的漂移运动被加速，将中性原子中的价电子“撞”出来，产生新的电子空穴对。形成连锁反应，使电流剧增。 齐纳击穿多发生在高掺杂的PN结中雪崩击穿多发生在低掺杂的PN结中 4V以下为齐纳击穿7V以上为雪崩击穿4~7V可同时存在

  32. 4.温度特性 温度升高时,反向饱和电流增大,正向电流也增大。 温度升高10℃，IS约增加1倍，电压减小25mV。 PN结正向电压具有负温度系数。

  33. 二极管的几个参数 最大整流电流IF：平均电流 最高反向工作电压UR：瞬时值 反向电流IR： IS，是对温度很敏感的参数 最高工作频率fM：结电容作用的结果

  34. 1.3二极管模型 对二极管的非线性进行线性化处理。 • 大信号模型 恒压降模型 理想二极管模型

  35. 小信号模型 当二极管在某一工作点附近电压或电流变化时的模型称为小信号模型。 rd称为动态电阻（微变等效电阻） rd的数值与静态工作点(Q点)有关

  36. 1.4二极管基本应用电路分析举例 • 整流电路 半波整流 反向峰值电压

  37. 全波整流

  38. 限幅电路 |vi| ＜0.7V，D1、D2截止，vo= vi vi＞ 0.7V，D1导通，vo= 0.7V 上限幅 vi＜ -0.7V，D2导通，vo= -0.7V 下限幅

  39. 低压稳压电路 微变等效电路 VO＝ 2VD 1.4V 当由于某种原因（如电网波动、负载变化）引起VI变化时，VO也将变化。分析VO的变化情况需要用微变等效电路。

  40. 【例1.1.1】 在低压稳压电路中，设VI＝12V，R＝5.1k。若VI变化（10%），问输出电压VO变化多少？ 解： 应先求rd： 应先求i＝ID 在分析小信号性能时，应先求电路的静态工作点，然后计算小信号模型参数，最后求得电路的小信号性能指标。

  41. 在低压稳压电路中，设VI＝12V，R＝5.1k。若VI变化（10%），问输出电压VO变化多少？在低压稳压电路中，设VI＝12V，R＝5.1k。若VI变化（10%），问输出电压VO变化多少？ VO＝1.4 V

  42. 1.5 特殊二极管 1、稳压二极管 利用反向击穿特性稳压范围从1V到几百伏 主要参数： • 稳定电压VZ • 动态电阻rz • 最大允许耗散功率PZM • 最大稳定电流IZ(max) rz愈小，则击穿特性愈陡，稳压特性愈好。 • 最小稳定电流IZ(min) 反向击穿区起始电流

  43. 【例1.1.2】 设计一个硅稳压管稳压电路，要求输出电压VO＝6V，最大负载电流为20mA，设外加输入电压VI为+12V。 解： 电路结构如图所示。 选用2CW14，其稳定电压VZ＝6V，稳定电流为 10 mA，最大稳定电流为33mA。 R选标称值为200 的电阻。

  44. 2、发光二极管 电致发光器件，将电信号转换成光信号。 正偏导通时发光 通常由磷砷化镓（GaAsP)、磷化镓（GaP)制成 光的波长（颜色）与材料有关 发光二极管的开启电压和正向导通电压比普通二极管大，正向电压一般为1.3~2.4V。亮度与正向电流成正比，一般需要几个毫安以上。

  45. 3、光电二极管 通常由硅材料制成，管壳有接收光照的透镜窗口。 正常工作在反偏状态。无光照时，只有很小的反向饱和电流，称为暗电流；有光照时，PN结受光激发，产生大量电子空穴对，形成较大的光电流。 光电二极管的电流与照度成正比，用于信号检测、光电传感器、电机转速测量等。

  46. 4、变容二极管 反向偏置时，PN结的等效电阻很大，等效电容与所加反向电压的大小有关。 变容二极管的电容很小，一般为pF数量级，通常用于高频电路，如电视机高频头中的压控可变电容器。

  47. 5、肖特基二极管 主要特点是导通电压较低(0.4V左右)，导通时存储的非平衡载流子数量少，夹断时间很短，在高速数字电路中获得很好的应用。

  48. 二、晶体管（三极管、双极型管） 三个工作区域：放大区、截止区、饱和区 开关特性 数字电路 极限参数：最大集电极功耗PCM＝ICUCE 最大集电极电流ICM，c-e间击穿电压UCEO 模拟电路

  49. 晶体管的三个工作区域 • 状态 uBE iCuCE • 截止 ＜Uon ICEOVCC • 放大 ≥ UonβIB ≥ uBE • 饱和 ≥ Uon ＜βIB＜ uBE

  50. 温度对晶体管特性的影响

More Related