模电教材第1章

五、模拟信号与模拟电路
信号： 1. 信号：是反映消息的物理量 如温度、压力、流量，自然界的声音信号等等， 如温度、压力、流量，自然界的声音信号等等， 因而信号是消息的表现形式。 因而信号是消息的表现形式。 信息需要借助于某些物理量（如声、 信息需要借助于某些物理量（如声、光、电） 的变化来表示和传递。 的变化来表示和传递。 2. 电信号 由于非电的物理量很容易转换成电信号， 由于非电的物理量很容易转换成电信号，而且 电信号又容易传送和控制， 电信号又容易传送和控制，因此电信号成为应用 最为广泛的信号。 最为广泛的信号。 电信号是指随时间而变化的电压u或电流 或电流i 电信号是指随时间而变化的电压 或电流 ，记 作u=f(t) 或i=f(t) 。
二、“模拟电子线路”课程的特点 模拟电子线路”
2. 实践性 实用的模拟电子电路几乎都需要进行调试 才能达到预期的目标，因而要掌握以下方法： 才能达到预期的目标，因而要掌握以下方法： 常用电子仪器的使用方法 电子电路的测试方法 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
Electronic Design Automation
二、“模拟电子线路”课程的特点 模拟电子线路”
1、工程性 、
实际工程需要证明其可行性。 实际工程需要证明其可行性。 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 在一定的误差范围的。 在一定的误差范围的。 电子电路的定量分析称为“估算” 电子电路的定量分析称为“估算”。 近似分析要“合理”。 近似分析要“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（ 含有非线性半导体器件的电路） 电子电路（指含有非线性半导体器件的电路）归根 结底是电路。 结底是电路。 估算不同的参数需采用不同的模型， 估算不同的参数需采用不同的模型，可用电路的 基本理论分析电子电路。 基本理论分析电子电路。
1.1 半导体基础知识
1.1.1 本征半导体
什么是半导体？什么是本征半导体？ 什么是半导体？什么是本征半导体？ 一. 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。 导体－－有良好的导电性。 导体－－有良好的导电性。铁、铝、铜等低价金 －－有良好的导电性 属元素， 属元素，其最外层电子在外电场作用下很容易产生定 向移动，形成电流。 向移动，形成电流。 绝缘体－－几乎不能或不能导电。惰性气体、 绝缘体－－几乎不能或不能导电。惰性气体、橡 －－几乎不能或不能导电 胶等，其原子的最外层电子受原子核的束缚力很强， 胶等，其原子的最外层电子受原子核的束缚力很强， 很难成为自由电子， 很难成为自由电子，只有在外电场强到一定程度时 才可能导电。 才可能导电。
外加能量越高（温度越高），产生的电子空穴对越多。 外加能量越高（温度越高），产生的电子空穴对越多。 ），产生的电子空穴对越多 在一定温度下，本征激发和复合同时进行， 在一定温度下，本征激发和复合同时进行，当本征激发 所产生的电子空穴对与复合的电子空穴对数目相等时，达 所产生的电子空穴对与复合的电子空穴对数目相等时， 到动态平衡。换言之，在一定温度下， 到动态平衡。换言之，在一定温度下，电子空穴对的浓度 是一定。 是一定。 理论分析表明
五、模拟信号与模拟电路
4. 模拟电路
模拟电路：对模拟量进行处理的电路。 模拟电路：对模拟量进行处理的电路。 最基本的处理是对信号的放大。 最基本的处理是对信号的放大。 放大：输入为铝信号， 放大：输入为铝信号，有源元件控制电源使负载获 得大信号，并保持线性关系。 得大信号，并保持线性关系。 有源元件：能够控制能量的元件。 有源元件：能够控制能量的元件。
+4
+4
+4
共 价 键
+4
+4
+4
+4
+4
束缚电子
+4
2. 本征半导体中的两种载流子
激发与复合
电子 电子 电子
当温度升高或受 复合 到光的照射时， 束缚电子能量增 高，有的电子可 以挣脱原子核的 空穴 束缚，而参与导 电，成为自由电 子。
电子
空穴 电子
本征 激发 自由电子
空穴
电子 电子 电子 电子
五、模拟信号与模拟电路
3. 电子电路中信号的分类
模拟信号 对应任意时间值t 均有确定的函数值u或 ，并且u 对应任意时间值 均有确定的函数值 或i，并且 的幅值是连续取值的， 或 i 的幅值是连续取值的，即在时间和数值上均具 有连续性。 有连续性。
数字信号 在时间和数值上均具有离散性， 或 在时间和数值上均具有离散性，u或 i 的变化在 时间上不连续，总是发生在离散的瞬间； 时间上不连续，总是发生在离散的瞬间；且它们的 数值是一个最小量值的整数倍，当其值小于最小量 数值是一个最小量值的整数倍， 值时信号将毫无意义。 值时信号将毫无意义。 大多数物理量所转换成的信号均为模拟信号。 大多数物理量所转换成的信号均为模拟信号。
1.1.2 杂质半导体
为了提高半导体的导电能力，通过扩散工艺， 为了提高半导体的导电能力，通过扩散工艺， 提高半导体的导电能力 在本征半导体中掺入某些微量杂质元素后的半 导体称为杂质半导体 控制掺杂浓度， 杂质半导体。 导体称为杂质半导体。控制掺杂浓度，就可控 制杂质半导体的导电性能。 制杂质半导体的导电性能。 在本征半导体中掺入五价杂质元素，例 在本征半导体中掺入五价杂质元素， 如磷，砷等，称为 型半导体 型半导体( 如磷，砷等，称为N型半导体(Negative)。 ) 在本征半导体中掺入三价杂质元素， 在本征半导体中掺入三价杂质元素，例 如硼，铝等，称为 型半导体 型半导体( 如硼，铝等，称为P型半导体(Positive)。 )
13
cm 3 cm 3
E 导电机制
－ ＋
+4
空穴的移动实质 是价电子依次填 补空穴。 补空穴。
+4
+4
自由电子
+4
+4
+4
+4
+4
+4
自由电子 带负电荷 电子电流 载流子 空穴 带正电荷 空穴电流 ＋=总电流
本征半导体的导电性取决于外加能量： 本征半导体的导电性取决于外加能量： 温度变化，导电性变化；光照变化，导电性变化。 温度变化，导电性变化；光照变化，导电性变化。
六、具体要求
1. 保证出勤，认真听课 保证出勤， 经常点名，缺课3 经常点名，缺课3次及以上取消考试资格 2. 做好实验 做好预习，自己动手，认真总结， 做好预习，自己动手，认真总结，通过实验考试 3. 独立完成作业 4. 及时答疑，不拖欠 及时答疑，
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第1章 常用半导体器件
1.1 半导体基础知识 1.2 半导体二极管 1.3 晶体三极管
本课程是入门性质的技术基础课
一、课程的目的
本课程通过对常用电子元器件、 本课程通过对常用电子元器件、模拟电路及其系统 的分析和设计的学习， 的分析和设计的学习，使学生获得模拟电子技术方面的 基础知识、基础理论和基本技能， 基础知识、基础理论和基本技能，为深入学习电子技术 及其在专业中的应用打下基础。 及其在专业中的应用打下基础。 1. 掌握基本概念、基本电路、基本分析方法和基本实验 掌握基本概念、基本电路、 技能。 技能。 2. 具有能够继续深入学习和接受电子技术新发展的能力， 具有能够继续深入学习和接受电子技术新发展的能力， 以及将所学知识用于本专业的能力。 以及将所学知识用于本专业的能力。
四、电子技术的发展
很大程度上反映在元器件的发展上 : • • • • 1947年 年 1958年 年 1969年 年 1975年 年 贝尔实验室制成第一只晶体管 集成电路 大规模集成电路 超大规模集成电路
第一片集成电路只有4个晶体管，而1997年一片集 第一片集成电路只有 个晶体管， 年一片集 个晶体管 成电路中有40亿个晶体管。有科学家预测， 成电路中有 亿个晶体管。有科学家预测，集成度还将 亿个晶体管 年的速度增长， 年达到饱和。 按10倍/6年的速度增长，到2015或2020年达到饱和。 倍 年的速度增长 或 年达到饱和 学习电子技术方面的课程需时刻关注电子技术的发 展！
自由电子产生的同时， 自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空 称为空穴 空穴带正电。电子与空穴是成对出现的，称为载 空穴,空穴带正电 位，称为空穴 空穴带正电。电子与空穴是成对出现的，称为载 流子。 流子。 与本征激发相反的现象——复合 与本征激发相反的现象 复合
3. 本征半导体中载流子的浓度
模拟电子线路
主讲教师: 主讲教师: 孙克梅
教材： 教材：
华成英，童诗白． 华成英，童诗白．模拟电子技术基础 第四版）． ）．高等教育出版社 （第四版）．高等教育出版社
实验指导书： 实验指导书：
李秀人．电子技术实训指导． 李秀人．电子技术实训指导．国防工 业出版社
参考书： 参考书：
1、孙肖子等．模拟电子技术基础．西安 、孙肖子等．模拟电子技术基础． 电子科技大学出版社 2、康华光．电子技术基础模拟部分（第 、康华光．电子技术基础模拟部分（ 四版）． ）．高等教育出版社 四版）．高等教育出版社 3、谢嘉奎等．电子线路（第四版）．高 ）．高 、谢嘉奎等．电子线路（第四版）． 等教育出版社
3 2 − E GO 2 kT
ni = p i = K 1T e
常温300K时： 时 常温
T—热力学温度 k—玻耳兹曼常数 禁带宽度( EGO—禁带宽度(热力学零
度时破坏共价键所需 能量) 能量) 与材料有关的常数 K1—与材料有关的常数
1.43 × 10 10 硅：
电子空穴对的浓度
2 锗：.38 × 10
三、如何学习这门课程
1. 掌握基本概念、基本电路和基本分析方法 掌握基本概念、 基本概念 基本概念：概念是不变的，应用是灵活的， 基本概念：概念是不变的，应用是灵活的， “万 变不离其宗” 变不离其宗”。 基本电路：构成的原则是不变的， 基本电路：构成的原则是不变的，具体电路是多种 多样的。 多样的。 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 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. 学会辩证、全面地分析电子电路中的问题 学会辩证、 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“有一利必有一弊” 要研究利弊关系，通常“有一利必有一弊”。 3. 注意电路中常用定理在电子电路中的应用