模擬電子電路一、課程特點

1、工程性

強(qiáng)調(diào)定性分析。允許有一定誤差。

電子電路的定量分析稱為“估算”。電子電路歸根結(jié)底是電路。建模后，可用電路的基本理論分析模擬電路。2.實踐性實用的模擬電子電路幾乎都需要進(jìn)行調(diào)試才能達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，因而要掌握以下方法：常用電子儀器的使用方法電子電路的測試方法故障的判斷與排除方法二、如何學(xué)習(xí)這門課程

基本概念：概念是不變的,應(yīng)用是靈活的:“萬變不離其宗”

基本電路：構(gòu)成的原則是不變的，具體電路多種多樣

基本方法：在基本概念指導(dǎo)下，基本電路的基本分析步驟重基礎(chǔ)！3多級放大電路目錄及重點1常用半導(dǎo)體器件2基本放大電路4集成運算放大電路5放大電路的頻率響應(yīng)6放大電路中的反饋7信號的運算與處理8波形的發(fā)生和信號的轉(zhuǎn)換9功率放大電路10直流電源第一章半導(dǎo)體器件1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識1.2半導(dǎo)體二極管1.3晶體(雙極型)三極管(BJT)1.4場效應(yīng)管1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識

1.導(dǎo)體：電阻率

<10-4

·

cm的物質(zhì)。如銅、銀、鋁等金屬材料。2.絕緣體：電阻率

>109·

cm物質(zhì)。如橡膠、塑料等。3.半導(dǎo)體：導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)。半導(dǎo)體器件所用的主要材料是硅(Si)和鍺(Ge)。半導(dǎo)體導(dǎo)電性能是由其原子結(jié)構(gòu)決定的。硅原子結(jié)構(gòu)硅原子結(jié)構(gòu)(a)硅的原子結(jié)構(gòu)圖最外層電子稱價電子價電子鍺原子也是4價元素4價元素的原子用帶有+4電荷的正離子和周圍4個價電子表示+4(b)簡化模型

本征半導(dǎo)體

+4+4+4+4+4+4+4+4+4

完全純凈的、不含其他雜質(zhì)且具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。

通過特殊工藝，可使硅或鍺材料形成晶體結(jié)構(gòu)，每個原子與周圍的4個原子以共價鍵的形式緊密結(jié)合著，并排列成整齊的晶格結(jié)構(gòu)。價電子共價鍵單晶體中的共價鍵結(jié)構(gòu)當(dāng)溫度T=0

K時，半導(dǎo)體不導(dǎo)電，如同絕緣體。+4+4+4+4+4+4+4+4+4本征鵲半導(dǎo)恢體中突的自由駐電子沿和空鐵穴自由酒電子空穴若T，由冠于本桑征激逐發(fā)，愛將有林少數(shù)扁價電接子克還服共館價鍵定的束攻縛成屋為自由薦電子，在嚇原來線的共勝價鍵錦中留紛下一封個空彼位—到—空穴T自由喇電子和空穴使本征誕半導(dǎo)懲體具御有導(dǎo)誼電能采力：父很微蹈弱空穴欲可看照成帶訴正電葡的載饒流子1.籠半井導(dǎo)體血中兩啟種載特流子帶負(fù)電的自由電子帶正電的空穴

2.映本翼征半我導(dǎo)體旺中，該自由般電子壯和空朋穴總俯是成腳對出艙現(xiàn)，轟稱為電子泄-密空矮穴對鵝。3.貝本靜征半羊?qū)w依中自由偵電子和空穴的濃鴿度用ni和pi表示犧，顯帖然ni=pi。4.信自叼由電恩子和升空穴故不斷疼產(chǎn)生蠢、不燭斷復(fù)沿合。在一站定T寄下,浙產(chǎn)生再與復(fù)爪合運健動會遮達(dá)到廈平衡豆，載輸流子巨的濃循度就列一定耗了5.本征義半導(dǎo)循體的湖導(dǎo)電孩能力汁取決祥于載稻流子睡的濃扒度。載流速子濃今度與附T密哭切相店關(guān)：爐T升蒙高，雅其按巷指數(shù)徐規(guī)律嶺增加散。本征沸半導(dǎo)足體的盆特性喊--正小結(jié)頑：雜質(zhì)吼半導(dǎo)要體雜質(zhì)潑半導(dǎo)耗體：N籌型半較導(dǎo)體P斬型半藍(lán)導(dǎo)體一、傻N蘭型布半導(dǎo)桌體在硅散或鍺晝的晶森體中閘摻入阻少量駝的5憂價雜質(zhì)母元素之，如裙磷、僅銻、嚷砷等肅，即圖構(gòu)成N據(jù)型半宵導(dǎo)體(或稱狐電子悶型半完導(dǎo)體)。本征隸半導(dǎo)振體摻?jīng)鋈胫?皮價元玻素后熄，原陵來晶隔體中橋的某報些硅識原子電將被路雜質(zhì)鹿原子列代替耀。雜羽質(zhì)原需子最翠外層震有零5討個價囑電子章，其芝中渣4輝個與勿硅構(gòu)信成共涌價鍵段，多哨余一跌個電傳子只嶺受自絹身原搭子核轉(zhuǎn)吸引薪，在挑室溫駕下即粱可成著為自致由電泡子。5診價雜登質(zhì)原惠子稱竊為施主封原子事；自由重電子莫濃度羽遠(yuǎn)大假于空波穴的險濃度貸，即n>>p：電子祝稱為釋多數(shù)足載流汗子(簡陷稱多逼子)饅，空穴島稱為描少數(shù)染載流降子(簡旋稱少半子)擴(kuò)。二、脆P仔型沈半導(dǎo)山體+4+4+4+4+4+4+4+4+4在硅瘦或鍺柿的晶焰體中某摻入牢少量賣的3蜜價雜質(zhì)鼓元素鐮，如膽硼、園鎵、恭銦等販，即千構(gòu)成P紹型半踩導(dǎo)體。+3空穴確濃度靈大于螺電子丙濃度卻，即p>>n?？昭ㄔ鵀槎嘀e數(shù)載嶺流子，電斧子為凈少數(shù)戶載流傷子。3呼價雜蘭質(zhì)原儉子稱班為受主慶原子較。受主籍原子空穴P配型半宏導(dǎo)體姥的晶識體結(jié)損構(gòu)說明乘：1.摻入距雜質(zhì)西的濃瀉度決叉定多但數(shù)載黑流子這濃度損；溫置度決贏定少耀數(shù)載哄流子循的濃盤度。3.狡雜先質(zhì)半帥導(dǎo)體守的簡緞化表蹲示方勾法：2.雜質(zhì)那半導(dǎo)讀體載流悉子的疏數(shù)目要遠(yuǎn)婚遠(yuǎn)高勢于本寄征半稿導(dǎo)體茫，因勒而其寸導(dǎo)電因能力泥大大錯改善翼。(a)N加型半孔導(dǎo)體(b)P正型半企導(dǎo)體雜質(zhì)卡半導(dǎo)電體的致的簡制化表燭示法PN竿結(jié)始及其枕單向襖導(dǎo)電忙性在一婚塊半介導(dǎo)體怕的一散側(cè)摻腹雜成管為饅P眨型半春導(dǎo)體灑，另默一側(cè)四摻雜笛成為蓬N悟型妥半導(dǎo)狂體，竟兩個洋區(qū)域瀉的交侍界處祖就形化成了枕一個針特殊優(yōu)的薄月層，稱為痕P置N榜結(jié)。PNPN結(jié)PN也結(jié)藍(lán)的形籠成一、盜PN杰結(jié)問中載亦流子樸的運河動耗盡似層空間電荷區(qū)PN1.竿擴(kuò)獲散運羊動2.打擴(kuò)禁散運趁動形初成空薪間電赴荷區(qū)電子匯和空急穴濃錯度差離形成多數(shù)個載流國子的蠅擴(kuò)散另運動枝。PN欠結(jié)萍，耗稼盡層PN3.垃空我間電娛荷區(qū)鼓產(chǎn)生啟內(nèi)電熄場PN空間電荷區(qū)內(nèi)電場UD空間公電荷上區(qū)正升負(fù)離細(xì)子之腿間電隱位差UD——電位座壁壘；——內(nèi)電已場；內(nèi)雜電場葉阻止?fàn)C多子劉的擴(kuò)強(qiáng)散——阻擋徐層。4.語漂寺移運暑動內(nèi)電眨場有虛利于抹少子姥運動聲—漂移隨。少子沙的運樂動與欲多子騙相反阻擋層5.茄擴(kuò)偵散與璃漂移顫的動甚態(tài)平仁衡擴(kuò)散黑運動碼使空熄間電鑰荷區(qū)依增大孫，擴(kuò)培散電療流逐民漸減測??；隨著紋內(nèi)電殼場的泉增強(qiáng)徐，漂濕移運首動逐屯漸增融加；空間融電荷體區(qū)的趁寬度鍵約為兵幾微奮米陜~查幾十系微米踐；擴(kuò)散副運動格最終造與漂史移運奮動達(dá)蒸到動腸態(tài)平伴衡。電壓奴壁壘UD，硅賄材料蹦約為(0.匯6綢~跨0.李8)V,鍺材墊料約輕為(0.次2激~劇0.僑3)V。二、積P處N繭結(jié)的仿單向扮導(dǎo)電驚性1.PN外加傻正向其電壓又稱降正向載偏置約，簡魯稱正廉偏。外電場方向內(nèi)電場方向空間電荷區(qū)VRI外電場將多子推向空間電荷區(qū),使其變窄,消弱內(nèi)電場,破壞原平衡,加劇擴(kuò)散運動,產(chǎn)生較大正向電流PN在詢PN可結(jié)豈加上怕一個掏很小催的正開向電場壓，絮即可照得到富較大刺的正尖向電變流，朵為防靠止電碗流過份大，箏接入紛電阻R。2.PN痰結(jié)外加崇反向剖電壓(反偏)空間電荷區(qū)PN外電場方向內(nèi)電場方向VRIS反相肆偏置題的倘PN弓結(jié)反向楚電流臨又稱反向閱飽和汽電流。對溫茂度十盯分敏塌感，隨著牙溫度士升高劇，IS將急狼劇增醒大。結(jié)論故：P飄N結(jié)衫具有末單向早導(dǎo)電恢性反向走接法憂時，劉外電貫場與恰內(nèi)電溪場的打方向筆一致洞，增足強(qiáng)了媽內(nèi)電縱場的持作用親；外底電場乏使空顫間電節(jié)荷區(qū)簽變寬軋；不利姓于擴(kuò)假散運挨動，款有利桿于漂鼠移運桑動，廢漂移鵝電流五大于扁擴(kuò)散街電流偵，電豪路中傘產(chǎn)生肅反向基電流I；由于蒼少數(shù)孫載流倍子濃明度很發(fā)低，獎反向悠電流勢數(shù)值鳳非常扣小。cPN夸結(jié)杠總的柴結(jié)電貨容Cj包括育勢壘凝電容Cb和擴(kuò)陵散電勸容Cd兩部宣分。高頻搬時呈壩現(xiàn)電寬容效衣應(yīng)。1.鵲21.懂2量半導(dǎo)洽體二降極管將遍PN房誠結(jié)和封裝爪在塑烤料、輩玻璃掙或金馳屬外畫殼里購，再熟從叉P磚區(qū)和跨N廈區(qū)煌分別諷焊出武兩根堡引線迷作正葬、負(fù)伙極。1.央2.絨1堵二穴極管勢的結(jié)定構(gòu)：(a)外形葡圖半導(dǎo)罰體二趴極管嗽又稱蠶晶體父二極兆管。(b)符號二極蝕管的胞外形雙和符雞號二極悶管類蒜型：按壓PN平結(jié)爆結(jié)構(gòu)分：有點倒接觸擴(kuò)型和賀面接磁觸型冬二極巾管。按用聞途分丹：有整淹流二揚極管卡、檢蘆波二付極管妻、穩(wěn)凈壓二哨極管待、開會關(guān)二脆極管知、發(fā)恥光二盯極管愈、變軍容二遠(yuǎn)極管禁等。按半儉導(dǎo)體熊材料短分：有硅誤二極災(zāi)管、拌鍺二企極管熄等。1.勿2.憤2現(xiàn)二極陣管的淺伏安默特性在二綱極管醫(yī)的兩胞端加躺上電段壓，怒測量破流過筐管子曾的電功流，I=f(U)之間偽的關(guān)挺系曲閥線。604020–0.002–0.00400.51.0–25–50I/mAU/V正向鏟特性硅管伸的伏離安特怕性死區(qū)電壓擊穿電壓U(BR)反向插特性–50I/mAU

/V0.20.4–2551015–0.01–0.02鍺管的伏安特性0二極奪管的婆伏安蹈特性1.宣正外向特歡性當(dāng)正菌向電滲壓比浩較小盆時，地正向普電流燙很小夾，幾鳥乎為鼻零。只有延當(dāng)正付向電波壓超較過一暖定值干時，岡電流聞才快付速增轎長，健相應(yīng)錦的電靠壓叫死區(qū)州電壓。范嗎圍稱死區(qū)愿。死絕區(qū)電部壓與材樓料和瞇溫度嶺有關(guān)彈，硅計管約染0錯.5傻V寇左封右，焰鍺管喪約向0.拳1醬V捷左右掉。正向削特性死區(qū)鼠電壓60402000.40.8I/mAU/V當(dāng)正籍向電素壓超析過死諒區(qū)電侵壓后損，隨證著電隆壓的女升高板，正溝向電烏流迅抬速增聲大。2.挪反途向特煌性–0.02–0.040–25–50I/mAU/V反向特性當(dāng)電刪壓超率過零晌點幾譜伏后框，反店向電遇流不也隨電亭壓增寫加而塔增大廟，即睬飽和異；二極吸管加占反向惜電壓煙，反氧向電受流很委小；如果訂反向磨電壓遼繼續(xù)沒升高雁，大匙到一橡定數(shù)并值時依，反令向電州流會霞突然慮增大膊；反向飽和電流這種樂現(xiàn)象獲稱擊穿，對策應(yīng)電付壓叫反向傻擊穿哀電壓。擊穿窩并不猾意味亭管子修損壞橡，若百控制摧擊穿買電流修，電摟壓降釀低后都，還延可恢創(chuàng)復(fù)正礦常。擊穿電壓U(BR)3.坐伏助安特愚性表汁達(dá)式(二眉極管廳方程太)IS：反須向飽侄和電錄流UT：溫譽(yù)度的垮電壓洲當(dāng)量在常私溫(30設(shè)0叉K)下，UT26您m砍V二極牢管加鞠反向所電壓任，即U<半0，桐且|U|>>UT，則I-IS二極管加正向電壓，即U>0，且U>>UT

，則，可得，說明電流I與電壓U基本上成指數(shù)關(guān)系。二極亦管的拌主要姥參數(shù)1.雁最同大整食流電獵流IF二極謙管長稍期運檢行時艦，允柜許通量過的限最大寬正向栗平均賣電流腦。2.肆最爐高反丈向工呢作電火壓UR<瞬啊時值掌>工作緩時允似許加脂在二綢極管禿兩端燭的反目向電罷壓值。通嚴(yán)常將照擊穿套電壓UBR的一食半定扎義為UR。3.摧反菌向電市流IR二極竿管未制擊穿拔時的紡反向嚴(yán)電流倚。IR值愈卵小愈自好。4.跡最資高工冒作頻松率fMfM值主催要決止定于援P繡N割結(jié)結(jié)救電容賴的大證小。結(jié)電霉容愈額大，嶼二極枕管允良許的潤最高喝工作老頻率祥愈低功。使用游要特啦別要脅注意白不能謙超過IF和UR，否籍則容市易損鴨壞管騾子。1）愈理夠想開猛關(guān)模繞型1.針2.均4使二極大管的往等效拋模型釘（僚電路嘩）1、囑直流當(dāng)模型營（煤由伏托安特儲性折梅線化捧得到規(guī)的等復(fù)效模謀型）2）膏恒抄壓源帝模型3）捧折燃線模再型★★球★uDIDUDUDIDuDUOnUOnIDuD★★例：電路諷如圖狗示，R＝1幫kΩ，URE法F=2燈V，歡輸入語信號若為ui(1迅)若ui為4土V的楊直流堡信號策，分四別采呀用理想注開關(guān)鄰模型、恒壓舅源模筋型計算令電流I和輸墊出電童壓uo解：（1）殊采用聲理想慎模型悉分析墻。采用屢恒壓猜源模找型分篩析。繼續(xù)（2裁）如才果ui為幅高度±4V桃的交沃流三蓄角波威，波革形如臭圖（廟b）罷所示洪，分屬別采孟用兩種模型分析互電路廣并畫緒出相征應(yīng)的貪輸出經(jīng)電壓殖波形扁。解：①采認(rèn)用理層想模痛型。郵波形六如圖0-4V4Vuit2V2Vuot繼續(xù)02.7Vuot0-4V4Vuit2.7V②采慣用恒揚壓源繭模型財，波端形如班圖繼續(xù)rd——即為關(guān)工作持點處淹的交魂流電滴阻當(dāng)二賤極管退的工境作點政上疊蘿加有槐交流小信歲號電壓ud時，穗可將睬局部久伏安婦特性灑曲線催看成專直線(線屋性化晨)：交流匆電壓洽與電寧流之甘間的注關(guān)系敵可用防一個碗線性旅電阻rd來近攜似。2、吃交流邪模型籠（耍微變巧等效旬電路迫）Qdu+-+-穩(wěn)壓一種沉特殊屋的面僻接觸秘型半他導(dǎo)體滴硅二業(yè)極管社。I/mAU/VO+正向+反向U(b)穩(wěn)壓糕管符訓(xùn)號(a)穩(wěn)壓俘管伏診安特霧性+I穩(wěn)壓胃二極靠管正常賣情況糟下，俗穩(wěn)壓寄管應(yīng)假該工斥作在反向總電擊肆穿狀態(tài)荒。穩(wěn)壓建管的釣參數(shù)闖：1.仿穩(wěn)定并電壓UZ3.交動懂態(tài)電哥阻rZ2.羞穩(wěn)定涉電流IZ（即IZm階in)穩(wěn)壓噴管工召作在掩反向沸擊穿遙區(qū)時歪的穩(wěn)閘定工蝦作電仙壓。正常蛇工作范的參與考電需流。I<IZ時廊，管萌子的吃穩(wěn)壓另性能璃差；劈燕一恐般，I較大趁時穩(wěn)廊壓性敗能較編好愚，但逼不能偶超過讀額定毀功耗騰，有工的手沿冊給雀出最泄大穩(wěn)皮定電失流IZM。rZ愈小刷愈好魄。對仗于同歉一個咽穩(wěn)壓淹管，夾工作反電流塊愈大場，rZ值愈趁小。4.盯額鞭定功播耗PZ穩(wěn)壓牢管工胳作時漠消耗州的功來率：P=UZIZP會轉(zhuǎn)敲化為癢熱能陸，使習(xí)穩(wěn)壓搭管發(fā)龍熱。穩(wěn)壓鏡管的額定袖功耗PZ等于跡其穩(wěn)定散電壓UZ與最湯大穩(wěn)糞定電恒流IZM的乘遠(yuǎn)積。PZ=UZIZM5.公電榮壓溫權(quán)度系般數(shù)U穩(wěn)壓笨管電勞流不遙變時想，環(huán)閣境溫烏度每裝變化丟1雖℃駕引巴起穩(wěn)無定電誰壓變曠化的稀百分避比。(1)UZ>傲7酬V,U>直0；UZ<付4某V，U<勺0斥；(2)UZ在員4扮~捆7咬V薦之間貢，U值比針較小籃，性蓋能比倘較穩(wěn)寄定VDZ