模拟电子技术基础
《模拟电子技术基础》教案三篇
《模拟电子技术基础》教案三篇篇一:《模拟电子技术基础》教案1、本课程教学目的:本课程是电气信息类专业的主要技术基础课。
其目的与任务是使学生掌握常用半导体器件和典型集成运放的特性与参数,掌握基本放大、负反馈放大、集成运放应用等低频电子线路的组成、工作原理、性能特点、基本分析方法和工程计算方法;使学生具有一定的实践技能和应用能力;培养学生分析问题和解决问题的能力,为后续课程和深入学习这方面的内容打好基础。
2、本课程教学要求:1.掌握半导体器件的工作原理、外部特性、主要参数、等效电路、分析方法及应用原理。
2.掌握共射、共集、共基、差分、电流源、互补输出级六种基本电路的组成、工作原理、特点及分析,熟悉改进放大电路,理解多级放大电路的耦合方式及分析方法,理解场效应管放大电路的工作原理及分析方法,理解放大电路的频率特性概念及分析。
3.掌握反馈的基本概念和反馈类型的判断方法,理解负反馈对放大电路性能的影响,熟练掌握深度负反馈条件下闭环增益的近似估算,了解负反馈放大电路产生自激振荡的条件及其消除原则。
4.了解集成运算放大器的组成和典型电路,理解理想运放的概念,熟练掌握集成运放的线性和非线性应用原理及典型电路;掌握一般直流电源的组成,理解整流、滤波、稳压的工作原理,了解电路主要指标的估算。
3、使用的教材:绪论本章的教学目标和要求:要求学生了解放大电路的基本知识;要求了解放大电路的分类及主要性能指标。
本章总体教学内容和学时安排:(采用多媒体教学)§1-1电子系统与信号0.5§1-2放大电路的基本知识0.5本章重点:放大电路的基本认识;放大电路的分类及主要性能指标。
本章教学方式:课堂讲授本章课时安排:1本章的具体内容:1节介绍本课程目的,教学参考书,本课程的特点以及在学习中应该注意的事项和学习方法;介绍放大电路的基本认识;放大电路的分类及主要性能指标。
重点:放大电路的分类及主要性能指标。
第1章半导体二极管及其基本电路本章的教学目标和要求:要求学生了解半导体基础知识;理解PN结的结构与形成;熟练掌握普通二极管和稳压管的V-I特性曲线及其主要参数,熟练掌握普通二极管正向V-I特性的四种建模。
模拟电子技术基础
模拟电子技术答案第2章2-1填空:1.本征半导体是,其载流子是和 ;两种载流子的浓度 ;2.在杂质半导体中,多数载流子的浓度主要取决于 ,而少数载流子的浓度则与有很大关系;3.漂移电流是在作用下形成的;4.二极管的最主要特征是 ,与此有关的两个主要参数是和 ;5.稳压管是利用了二极管的特征,而制造的特殊二极管;它工作在;描述稳压管的主要参数有四种,它们分别是、、、和 ; 6.某稳压管具有正的电压温度系数,那么当温度升高时,稳压管的稳压值将 ;1.完全纯净的半导体,自由电子,空穴,相等;2.杂质浓度,温度;3.少数载流子,内电场力;4.单向导电性,正向导通压降U F和反向饱和电流I S;5.反向击穿特性曲线陡直,反向击穿区,稳定电压U Z,工作电流I Emin,最大管耗P Zmax和动态电阻r Z6.增大;2-2试分析图2.10.1电路,计算电位器调节端对地的输出电压范围;图2.10.1 题2-2电路图解:二极管的正向特性曲线,当电流较大时,比较陡直,也具有一定的稳压特性;此题就是利用二极管的正向特性来获得比较稳定的低的直流电压值;可以从其他电源转换而来,例如图中的±12V直流电源,比通过电阻降压要好;两个二极管正偏工作,a 、b 二点间的电压为;330的电位器跨接在a 、b 二点之间,a 点是+,b 点是;U o 对地电压的调节范围~+,电位器的中点是0V;2-3电路如图2.10.2所示,二极管均为理想二极管,电压U 为220V 市电,L 1、L 2和L 3为3个灯泡,请分析哪个灯泡最亮;图2.10.2 题2-3电路图解 根据题意,电压U 为220V 交流市电,故该电路的分析应该从正半周和负半周两个方面进行;在正半周,D 2导通,L 2被短路,D 1和D 3截止,L 1和L 3各分得电压110V ;在负半周,D 1和D 3导通,L 1和L 3被短路,L 2上承受220V 电压;故L 2灯最亮;2-4在图2.10.3电路中,U 1和U 2分别为大小合适的电源,U 1>0、U 2<0;二极管D 1和D 2的正向导通电压为U D ,耐压为无穷大,且12D U U U ->;请画出该电路的电压传输特性曲线,并写出A 点的电压表达式;图2.10.3 题2-4电路图解 当输入电压很低时,i A u U <,D 1二极管反向截止,此过程中D 2二极管正向导通,计算可得:此时输出电压为 12D o 1112U U U u U R R R --=-+,定义此电压为U th ;当1i th U u U >>时,二极管D 1和D 2均为导通状态,此时o i u u =,输出电压跟随输入电压变化;当i 1u U ≥时,二极管D 1导通,D 2截止,输出电压o 1u U =;此题关键在于判断各二极管的工作状态,传输特性如图1.4.8所示;图1.4.8 例解图2-5电路如图2.10.4所示,其中u i =20sinωt mV,f =1kHz,试求二极管VD 两端电压和通过它的电流;假设电容C 容量足够大;图2.10.4 题2-5电路图1.静态分析静态,是指u i =0,这时u i 视作短路,C 对直流视作开路,其等效电路如图1.4.2a 所示;不妨设U D =则对于静态分析,也可以根据二极管的伏安特性曲线,用图解法求解; 2.动态分析对于交流信号,直流电源和电容C 视作短路;二极管因工作在静态工作点附近很小的范围内,故可用动态电阻r d 等效,且D dD1i r u ∆=∆,由此可得等效电路如图1.4.2b 所示;二极管伏安特性方程:)1e (TD/S D -=U uI i 1.4.1由于二极管两端电压U D U T =26 mV,故式1.4.1可简化为: 所以3.交流和直流相叠加4.u D 和i D 波形如图1.4.2c 、d 所示;图1.4.2 例 解图2-6分析图2.10.5所示电路的工作情况,图中I 为电流源,I =2mA;设20℃时二极管的正向电压降U D =660mV,求在50℃时二极管的正向电压降;该电路有何用途电路中为什么要使用电流源图2.10.5 题2-6电路图解:该电路利用二极管的负温度系数,可以用于温度的测量;其温度系数-2mV/℃;20℃时二极管的正向电压降U D =660mV,50℃时二极管的正向电压降 U D =660-230=600 mV 因为二极管的正向电压降U D 是温度和正向电流的函数,所以应使用电流源以稳定电流,使二极管的正向电压降U D 仅仅是温度一个变量的函数; 2-7试分析图 2.10.6所示电路的工作情况,图中二极管为理想二极管,u 2=10sin100 t V;要求画出u O 的波形图,求输出电压u O 的平均值U OAV ;图2.10.6 题2-7电路图解:当u 2>0时,VD 1、VD 3导通,VD 2、VD 4截止,u O 为正;当u 2<0时, VD 2、VD 4导通,VD 1、VD 3截止,u O 仍为正;实现桥式整流,波形如图1-12;2-8 在图2.10.7中,试求下列几种情况下输出端对地的电压U Y 及各元件中通过的电流;1U A =10V,U B =0V ;2U A =6V,U B =5V ;3U A =U B =5V;设二极管为理想二极管;图2.10.7 题2-8电路图解:1A VD 导通,B VD 截止 2A VD 导通,B VD 截止 3A VD B VD 均导通2-9设硅稳压管VD z1和VD z2的稳定电压分别为5V 和10V,正向压降均为;求2.10.9各电路的输出电压U O ;图2.10.9 题2-10电路图解:图a15V; 图b; 图c5V; 图d.2-10有两个稳压管VD Z1和VD Z2,其稳定电压值分别为和,正向压降都是;如果要得到3V的稳定电压,应如何连接解:连接方法如图1-5;图1-5第四章4-1填空:1.场效应管从结构上分成和两种类型,它的导电过程仅仅取决于载流子的流动;因而它又称做器件;2.场效应管属于控制型器件,而双极型晶体管是控制型器件;7.结型,绝缘栅型,多数,单极型;8.电压,电流;4-2两个场效应管的转移特性曲线分别如图4.7.1 a、b所示,分别确定这两个场效应管的类型,并求其主要参数开启电压或夹断电压,低频跨导;测试时电流i D的参考方向为从漏极D到源极S;a b图4.7.1 题4-2特性曲线:aP沟道增强型MOS管,开启电压U GSth=-2V,I DO= -1mA在工作点U GS=-5V, I D=-处,g mGS(th)1.5mS =-bN沟道耗尽型MOSFET,夹断电压GS(off)4VU=-,DSS4mAI=在工作点U GS=-2V, I D=1mA处,4-3已知图4.7.2a所示电路中场效应管的转移特性如图所示;求解电路的Q点和A u;ab图题4-3电路图解:由图b 转移特性曲线可得:U GSth =2V,过点6,4和4,1 代入2GSD DO GS(th)(1)u i I U =-,可得I DO =1mA 由图a 电路图可得:U GSQ =3VU DSQ =V DD -I DQ R d = k Ω= A u =-g m R d =·10 k Ω=-54-4电路如图4.7.3所示,设MOS 管的参数为U GSth =1V,I DO =500uA;电路参数为V DD =5V,-V SS =-5V,R d =10k Ω,R =Ω,I DQ =;若流过R g1、R g2的电流是I DQ 的1/10,试确定R g1和R g2的值;图4.7.3 题4-4电路图 图 题4-6电路图 解:2GS D DO GS(th)(1)u i I U =-,即=u GS /1-12由此可得:u GS =2V流过R g1、R g2的电流约为,即有 Rg1+Rg2=10/Ω=200 k Ω于是可得:R g2=45 k Ω,R g1=155 k Ω4-5电路如图 4.7.3所示,已知R d =10kΩ,R s =R =Ω,R g1=165 kΩ,R g2=35kΩ,U GSth =1V,I DO =1mA,电路静态工作点处U GS =;试求共源极电路的小信号电压增益A u =u o /u i 和源电压增益A us =u o /u s ; 解:U DSQ =V DD --V SS - I DQ R d +R =5V+ k Ω=R i =RGS(off)4.7.4画出该放大电路的中频微变等效电路;2. 写出u A 、R i 和R o 的表达式;3. 定性说明当R s 增大时,u A 、R i 和R o 是否变化,如何变化4. 若C S 开路,u A 、R i 和R o 是否变化,如何变化写出变换后的表达式;解:此题的场效应管是增强型的,所以要用增强型的转移特性曲线方程式由以上三个式子可求出电路的静态工作点; 1. 略2. 电压增益 A u =–g m R d )//(G2G1G i R R R R +=D o R R ≈R s 的增大,会使U GS 有所下降,静态工作点的I D 下降,g m 有所减小,A u 有所下降,对R i 和R o 没有什么影响;4. C s 开路,对静态工作点没有影响,但电压增益下降; C s 开路,对R i 和R o 没有什么影响;4-7在图4.7.5所示电路中,已知U GS =-2V,管子参数I DSS =-4mA,U p =U GSoff =-4V;设电容在交流通路中可视为短路;1. 求电流I DQ 和电阻R S ;2. 画出中频微变等效电路,用已求得的有关数值计算A u ,R i 和R o 设r DS 的影响可以忽略不计;3. 为显着提高|A u |,最简单的措施是什么图4.7.5 题4-7电路图 图 题4-8电路图解:场效应管是耗尽型,漏极电流可由下式算出为显着提高|A u |,应在R S 两端并联旁路电容;4-8场效应管放大电路如图 4.7.6所示,其中R g1=300Ωk ,R g2=120Ωk ,R g3=10ΩM ,R s =R d =10Ωk ,C S 的容量足够大,V DD =16V,设FET 的饱和电流mA 1DSS =I ,夹断电压U p =U GSoff = -2V,求静态工作点,然后用中频微变等效电路法求电路的电压放大倍数;若C S 开路再求电压放大倍数; 解1. 求静态工作点该放大电路采用耗尽型场效应三极管,分压偏置电路;由于栅极回路无静态电流,所以R g3中无电流;所以,R g1和R g2分压点的电位与栅极电位相等,这种分压偏置可以提高放大电路的输入电阻;由电路得: 上述方程组代入数据得两组解: 第一组:I D = U GS = 第二组:I D2= U GS = <U p第二组数据不合理,故工作点为:I D = ,U GS = 2. 用微变等效电路求电压放大倍数放大器的微变等效电路如图2-13b ;图2-13b 2-13题的中频微变等效电路 图2-13c 无C S 的微变等效电路对转移特性曲线方程式求导数,可得 A u =-3. C S 开路时的电压放大倍数C S 开路实际上就是电路出现电流串联负反馈,电压增益下降;如果没有学习反馈,仍然可以用微变等效电路法求解;放大器微变等效电路如图2-13c;因为r d>>R d、R s故于是第五章5-1填空1. 为了放大从热电偶取得的反映温度变化的微弱信号,放大电路应采用耦合方式;2. 为了使放大电路的信号与负载间有良好的匹配,以使输出功率尽可能加大,放大电路应采用耦合方式;3. 若两个放大电路的空载放大倍数分别为20和30,则将它们级连成两级放大电路,则其放大倍数为 a. 600,b. 大于600,c. 小于6004. 在三级放大电路中,已知|A u1|=50,|A u2|=80,|A u3|=25,则其总电压放大倍数|A u|= ,折合为 dB;5. 在多级放大电路中,后级的输入电阻是前级的;而前级的输出电阻则也可视为后级的 ;6.功率放大电路的主要作用是 ;7.甲类、乙类、甲乙类放大电路的是依据晶体管的大小来区分的,其中甲类放大;乙类放大;甲乙类放大 ;8.乙类推挽功率放大电路的较高,这种电路会产生特有的失真现象称;为消除之,常采用 ;9.一个输出功率为10W的扩音机电路,若用乙类推挽功率放大,则应选至少为W的功率管个;10.理想集成运算放大器的放大倍数A u= ,输入电阻R i = ,输出电阻R o= ;11.通用型集成运算放大器的输入级大多采用电路,输出级大多采用电路;1.直接2.变压器3.c 小于6004.105,1005.负载,后级的信号源,信号源内阻6. 向负载提供足够大的功率;7. 导通角,导通角为360°,导通角为180°,大于180°而小于360°; 8. 效率,交越失真,甲乙类工作状态; 9. 2,2; 10.∞,∞,011.差分放大,互补功率输出 5-2电路如图5.12.1所示 1.写出iouU U A =及R i ,R o 的表达式,设β1、β2、r be1、r be2及电路中各电阻均为已知;2.设输入一正弦信号时,输出电压波形出现了顶部失真;若原因是第一级的Q 点不合适,问第一级产生了什么失真如何消除若原因是第二级Q 点不合适,问第二级产生了什么失真又如何消除 解: 1. o 1c1b2be22e2L 2e2L u i be11e1be22e2L ////[(1)(//)](1)(//)(1)(1)(//)U R R r R R R R A U r R r R R βββββ-⋅+++==⨯++++ 2.输出电压波形出现了顶部失真;若原因是第一级的Q 点不合适,第一级产生了截止失真,可以通过减小R b12或增加R b11的方法消除;若原因是第二级Q 点不合适,第二级产生了饱和失真;可以通过增加R b2的方法消除;5-3 某差分放大电路如图5.12.2所示,设对管的β=50,r bb ′=300Ω,U BE =,R W 的影响可以忽略不计,试估算: 1.VT 1,VT 2的静态工作点; 2.差模电压放大倍数A ud ; 3.仿真验证上述结果;图5.12.1 题5-2电路图 图 题5-3电路图解:1.静态工作点计算,令I1I20U U == 2.be bb'E26mV(1) 2.69k r r I =++⋅≈Ωβ 5-4在图 5.12.3所示的差分放大电路中,已知两个对称晶体管的β=50,r be =Ω;1.画出共模、差模半边电路的交流通路;2.求差模电压放大倍数ud A ;3.求单端输出和双端输出时的共模抑制比K CMR ; 解:1. 在共模交流通路中,电阻R 开路,故其半边电路的射极仅接有电阻R e ;在差模交流通路中,电阻R 的中点电压不变,相当于地,故其半边电路的发射极电阻为R e 和R/2的并联;图3-5 a 共模 b 差模 2.od Cud I1I2be e3.5(1)()2U R A R U U r R ββ==-=--++3.双端输出条件下:ud 3.5A =-,uc 0A = ,CMR K =∞单端输出条件下: ud 1.75A =-, OC Cuc IC be e0.4(1)U R A U r R ββ==-=-++ 5-5分析图5.12.4中的电路,在三种可能的答案a :增大;b :减小;c :不变中选择正确者填空,设元件参数改变所引起的工作点改变不致于造成放大管处于截止或饱和状态;1.若电阻R e 增大,则差模电压放大倍数 ,共模电压放大倍数 ;2.若电阻R 增大,则差模电压放大倍数 ;共模电压放大倍数 ;3.若两个R C 增大同样的数量,则差模电压放大倍数 ;共模电压放大倍数 ;图5.12.3题5-4电路图 5电路图解:提示:e R 增加,导致E I 减少,be r 增加,故O O Cud Id I b be12U U R A U U R r ===⋅+β减少,切记不要简单的从ud A 的表达式中无e R 确定e R 增加ud A 不变;1. b,b ;2. c,a ;3. a,a;5-6 在图 5.12.5所示的放大电路中,各晶体管的β均为50,U BE =,r be1=r be2=3kΩ,r be4=r be5=Ω,静态时电位器R W 的滑动端调至中点,测得输出电压U o =+3V,试计算:1.各级静态工作点:I C1、U C1、I C2、U C2、I C4、U C4、I C5、U C5其中电压均为对地值以及R e 的阻值; 2.总的电压放大倍数ou I1u A u =设共模抑制比极大; 图5.12.5题5-6电路图解:1.静态工作点计算:C5B4B5I I I ==β=20 μARC1RC2C1B4()I I I I ==+= mA C1C2CC RC1C1U U V I R ==-≈ V因为 C1BE4EEE4e()2U U V I R -+=所以, C1BE4EEe E4()2U U V R I -+=≈ k Ω2. 在不考虑共模输出的条件下,第一级差分电路单端输入,双端输出;定义O1U 的参考方向1C 端为 + ; O1C1be41WO2b be1()(1)2u U R r A R U R r ==-+++⋅ββ∥= - 第二级为双端输入,单端输出O C42O1be412u U R A U r ==⋅β= 12u u u A A A =⋅= -5-7在图5.12.6功放电路中,已知V CC =12V,R L =8Ω;u i 为正弦电压,求: 1.在U CES =0的情况下,负载上可能得到的最大输出功率; 2.每个管子的管耗P CM 至少应为多少3.每个管子的耐压(BR)CEO U 至少应为多少解:1. P Omax =V CC 2/2R L =9W ;2. P CM ≥=,| U <BR >CEO |≥2V CC =24V;5-8电路如图5.12.7所示,已知VT 1,VT 2的饱和压降为2V,A 为理想运算放大器且输出电压幅度足够大,且能提供足够的驱动电流;u i 为正弦输入电压; 1.计算负载上所能得到的最大不失真功率; 2.求输出最大时输入电压幅度值U im ; 3.说明二极管VD 1,VD 2在电路中的作用;图5.12.6 题5-7电路图 图 题5-8电路图解:1. U om =V CC -U CEsat R L /R e +R L =P omax =2omL2U R ≈;2. A u ≈- R F /R 1= -12,故U im =U om /| A u |=;3. 为T 1、T 2提供一定的静态偏置电压,以克服输出信号的交越失真; 5-9单电源乙类互补OTL 电路如图5.12.8所示,已知V CC =12V,R L =8Ω,U i 为正弦电压;1. 求U CES =0的情况下,电路的负载上可能得到的最大输出功率P om 是多少2. 如何选择图中晶体管3. 在负载电阻不变的情况下,如果要求P om =9W,试问V CC 至少应该多大图5.12.8 例5-9电路图解1. 求最大输出功率P om 、效率η和管耗P T 最大输出功率P om 为:2. 晶体管必须满足的条件 最大集电极电流反向击穿电压 最大管耗3. 由2CC om L8V P R ≈,可求得CC 24V V ≥==5-10OTL 互补对称式功率放大电路如图5.12.9所示,试分析与计算 1. 该电路VT 1、VT 2管的工作方式为哪种类型 2. 静态时VT 1管射极电位U E 是多少负载电流I L 是多少 3. 电位器R W 的作用4. 若电容C 足够大,V CC =15V,晶体管饱和压降U CES =1V,R L =8Ω,则负载R L上得到的最大不失真输出功率P om 为多大图5.12.9 例5-10电路图解1. 功率放大电路按其晶体管导通时间的不同,可分为甲类、乙类、甲乙类、丙类和丁类;该电路中在输入信号周期内,管子导通时间大于半个周期而小于整个周期,属于甲乙类工作方式;2. 二级管VD 1、VD 2产生的压降为VT 1、VT 2管提供一个适当的静态偏压,使VT 1、VT 2管处于微导通状态;由于电路对称,静态时没有输出电压;动态时,由于电路工作在甲乙类,即使输入信号很小VD 1、VD 2的交流电阻也小,基本上可以线性地进行放大,有效地消除了交越失真;3. 静态时,VT 1管射极电位E CC2U V =;由于电容C 的隔直作用,负载R L 上没有电流,即I L =0;4. 调解电位器R W ,使VT 1、VT 2管基极间有一个合适的电流I D 和压降U B1B2,电流I D 通常远大于I B1、I B2,而压降U B1B2确保VT 1和VT 2管在静态时处于微导通状态;另外调节电位器R W 可以使电容C 2两端的电压为CC 2V ;5. 电路的最大不失真输出功率P om 为 代入所有参数,得om 2.64W P =;第六章6-1在图6.11.1所示的电路中,A 均为理想运算放大器,其中的图e 电路,已知运放的最大输出电压大于U Z ,且电路处于线性放大状态,试写出各电路的输出与输入的关系式;a bc d e图6.11.1题6-1电路图解:图a :u O =-2u I ; 图b : 2O I 12R u u R R =⋅+; 图c :u O =-u I +2u I =u I ; 图d :I1I2O 121()d u u u t CR R =-+⎰; 图e : 2O Z O 23,R u U u R R =++ 故得2O 3(1)Z R u U R =+;6-2电路如图6.11.2a 所示; 1. 写出电路的名称;2. 若输入信号波形如图b 所示,试画出输出电压的波形并标明有关的电压和所对应的时间数值;设A 为理想运算放大器,两个正、反串接稳压管的稳压值为±5V ;3. 对电路进行仿真,验证计算结果;u i t (s)10-101234(V)图6.11.2 题6-2电路图解:1. 带限幅的反相比例放大电路;2. 当| u I |≤1V 时,电路增益A uf =-5;当| u I |≥1V 时,| u O |被限制在5V;波形如图4-3;图4-36-3在图 6.11.3所示的增益可调的反相比例运算电路中,已知R 1=R w =10kΩ、R 2=20kΩ、U I =1V,设A 为理想运放,其输出电压最大值为±12V ,求:1. 当电位器R w 的滑动端上移到顶部极限位置时,U o =2. 当电位器R w 的滑动端处在中间位置时,U o =3. 电路的输入电阻R i =图6.11.3 题6-3电路图解:1. 2o o1I 12V R U U U R ==-⋅=- 2. o o124V U U ==- 3. r i =R 1=10k Ω;6-4图6.11.4中的D 为一个PN 结测温敏感元件,它在20℃时的正向压降为,其温度系数为–2mV/℃,设运放是理想的,其他元件参数如图所示,试回答: 1.I 流向何处它为什么要用恒流源2.第一级的电压放大倍数是多少3.当R w 的滑动端处于中间位置时,U o 20℃=U o 30℃= 4.U o 的数值是如何代表温度的U o 与温度有何关系 5.温度每变化一度,U o 变化多少伏图6.11.4 题6-4电路图解:1. I 全部流入二极管VD;因u D =fi D ,T ,为使测温时u D =fT ,应使i D 为常数, 此处的二极管电流I 要采用恒流源提供;2. A u1=5;3. u O120℃=,u O130℃=;U p= -3V ;于是,u O 20℃=,u O130℃=4. u O =代表20℃,u O =代表30℃,以此类推;总之,在数值上,T ℃与100u O V 相当;5. 温度每变化1℃,u O 变化10mV; 6-5在图6.11.5所示电路中,运放为理想的,电阻Ω=k 331R ,Ω=k 502R ,Ω=k 3003R ,Ω==k 100f 4R R ,电容C =100F;设0=t时,V 1i1=u ,V 2i2-=u ,V 0)0(C =u ,求当s 10=t 时的输出电压值;图6.11.5 题6-5电路图解: FO1I12(1)R U U R =+⋅ = 3 V 此电流为电容C 充电 当 t = 10 s 时, O U = - V6-6用理想运放组成的电路如图 6.11.6所示,已知Ω=k 501R ,Ω=k 802R ,Ω=k 603R ,Ω=k 404R ,Ω=k 1005R ,试求u A 的值;图6.11.6 题6-6电路图解:6-7设图6.11.7中的运算放大器都是理想的,输入电压的波形如图所示,电容器上的初始电压为零,试画出u o 的波形;O-0.1t /sO2134u I1u I2/V/Vt /s3-3a b图6.11.7 题6-7电路图解:O2I20.1d U U t =-⋅⎰ t 的单位为 sU O =3U I1+I2d U t ⎰;6-8 用集成运算放大器实现下列运算关系要求所用的运放不多于三个,画电路图,元件要取标称值,取值范围为 1kΩ≤R ≤1MΩ μF≤C ≤10μF 解:图4-96-9 电路如图6.11.8所示,已知U I1=1V 、U I2=2V 、U I3=3V 、U I4=4V 均为对地电压, R 1=R 2=2k Ω,R 3=R 4= R F =1k Ω 求U o ;图6.11.8 题6-9电路图6-10 图6.11.9是利用两个运算放大器组成的具有较高输入电阻的放大电路;试求出u O 与u I1、u I2的运算关系式;图6.11.9 题6-10电路图6-11电路如图所示,证明:O u =2I u图 题6-11电路图解:12.令 I I1I2U U U =-, 电路等效为图4-由虚短虚断的概念,对节点A,B 分别有于是, O2I22U U =图4-126-12图是应用运算放大器测量电压的原理电路,共有、1、5、10、50V 五种量程,求11R 、12R 、13R 、14R 、15R 的阻值;输出端接有满量程5V,500μA 的电压表; 解:1110M R =Ω,122M R =Ω,131M R =Ω,14200k R =Ω,15100k R =Ω 6-13图是应用运算放大器测量小电流的原理电路,求F1R 、F2R 、F3R 、F4R 、F5R 的阻值;输出端接的电压表同上题;_图 题6-12电路图 题6-13电路图6-14电路如图所示,其中二极管和集成运放都是理想的,V 15OM ±=U ,V 6Z =U ;R 1= 1k 、R 2= 2k 、R 3= 2k 、R 4= 100k;画出电路的传输特性;图 题6-14电路图解:当U om =+15V 时,二极管导通,稳压管击穿,运放的正反馈回路导通此时输出u o =6V;此时电路的阈值当输入电压大于4V 时,运放的输出跳变为U om = -15V,此时二极管VD 1和VD 2截止,R 2回路不通,运放的阈值变为于是可以画出电路的传输特性,见图13-11b;图13-11b 电压传输特性6-15已知反相滞回比较器如图6.11.14a 所示,A 为理想运放,输出电压的两个极限值为V 5±,VD 为理想二极管,输入三角波电压i u 的波形如图所示,峰值10V;试画出相应的输出波形;a b图 题6-15电路图解:当V 5o +=u 时,D 导通,阈值电压 3.5V TH1=U ;当V 5o -=u 时,D 截止,阈值电压V 2REF 2TH ==U U ;输出波形见图13-12c;a b c图13-12 题13-12电路图8-1判断下列说法是否正确;1.只要具有正反馈,电路就一定能产生振荡;2.只要满足正弦波振荡电路的相位平衡条件,电路就一定振荡;3.凡满足振荡条件的反馈放大电路就一定能产生正弦波振荡;4.正弦波振荡电路自行起振荡的幅值条件是1=F A ;5.正弦波振荡电路维持振荡的条件时1AF =-;6.在反馈电路中,只要安排有LC 谐振电路,就一定能产生正弦波振荡; ;7.对于LC 正弦波振荡电路,若已满足相位平衡条件,则反馈系数越大越容易起振;⑧电容三点式振荡电路输出的谐波成分比电感三点式的大,因此波形较差;1.否,还要看相位平衡条件;2.否,还要看幅度平衡条件;3.否,需要有选频网络;4.否,应大于1;5.是;6.否,还需要有正反馈;7.是,反馈系数决定振荡的幅度条件;8.否,因电容三点式振荡电路的反馈信号从电容器上取出,反馈信号中的高次谐波分量较小,所以振荡波形相对于电感三点式振荡电路输出的波形要好一些;8-2试用相位平衡条件判断图8.10.1所示电路是否能振荡若能振荡,请求出振荡频率;若不能振荡,请修改成能振荡的电路,并写出振荡频率;图8-10-1 题8-2电路图图8-10-113-2b 题8-2电路的改接成正反馈解:用瞬时极性法判断为负反馈,不能振荡;应将图13-2改为图13-2b可满足相位平衡条件;忽略VT1基极回路的影响,振荡频率为8-3在图8.10.2所示的三个电路中,应如何进一步连接,才能成为正弦波振荡电路a bc图8.10.2 题8-3电路图解:图a,①接④;②接⑤;③接地;图b,①接⑤;②接⑥;⑦接④;③接地;图c,①接④;②接⑤;③接地;8-4为了使图8.10.3中各电路能够产生正弦波振荡,请将图中j、k、m、n、p各点正确连接;图8.10.3 题8-4电路图解:正确连线分别见下图中的d、e、f;8-5电路如图8.10.4所示;试用相位平衡条件判断哪些电路可能振荡哪些电路不可能振荡并说明理由,对于不能振荡电路,应如何改接才能振荡图中C e 、C b对交流信号可认为短路;a b c图8.10.4 题8-5电路图解:图a 电路不满足自激振荡相位条件,故不能振荡;改进办法见电路图13-6b;图b 电路不能振荡;因为LC 并联回路在谐振时阻抗趋于无穷大,因而电路不能形成正反馈通路;将LC 并联回路改为串联谐振回路,见电路图13-6c;图c 电路虽满足自激振荡相位条件,但由于发射极有耦合电容,反馈量将被短接至地,因此该电路不能振荡;去掉发射极与地之间的电容C e 即可,见电路图13-6d;图13-6b 图13-6c 图13-6d8-6如图8.10.5所示电路中;1. 为了能产生正弦波振荡,该电路中的集成运放的两个输入端各应该是什么输入端2. 当这个电路能产生正弦波振荡时,它的振荡频率0f 表达式各如何tR 的温度系数为正还是负图8.10.5 题8-6电路图解1.电路中的L 与C 组成并联谐振回路,当0f f ==时,其阻抗最大,呈纯电阻特性;由于该电路有两个反馈,从电路可见,这两个反馈必定有一个是正反馈,另一个是负反馈;LC 并联谐振回路当0f f =时引入的反馈最弱,故它应该引入负反馈,以便使该电路对频率为0f 的信号有最强的正反馈;故运放A 的上面一个输入端应该是反相输入端,下面一个输入端为同相输入端;2.电路产生的正弦波频率为为了使电路的输出电压幅度稳定,U增大时t R引入的正反馈作用应该自行减O弱,R值应该增大,故t R应该具有正的温度系数;t8-7 在图8.10.6的电路中,哪些能振荡哪些不能振荡能振荡的说出振荡电路的类型,并写出振荡频率的表达式;图8.10.6 题8-7电路图解:图a、图c不满足相位平衡条件;图b、图d满足相位平衡条件,可能振荡;图b是电感三点式LC振荡器,图d是电容三点式LC振荡器;二者的振荡频率表达式分别为8-8 试用相位平衡条件判断图8.10.7中电路是否可能产生正弦波振荡如能振荡,指出石英晶体工作在它的哪一个谐振频率图8.10.7 题8-8电路图解:若要满足正反馈的条件,石英晶体必须呈电感性才行,为此,产生振荡的频率应界于f s和f p之间;由于石英晶体的Q值很高,可达到几千以上,所示电路的振荡频率稳定性要比普通LC振荡电路高很多;石英晶体振荡电路的频率不易调节,往往只用于频率固定的场合;半可调电容器C s 只能对石英晶体的谐振频率作微小的调节;8-9电路如图8.10.8所示,其中VD1、VD2为二极管,VD3为6V稳压管,二极管、稳压管和集成运放都是理想的,U om=±15V,R1=1k、R2=2k、R3=2k、R4=100k;画出电路u 的传输特性曲线;o图8.10.8 题8-9电路图解:此题和第五章重复当U om=+15V时,二极管导通,稳压管击穿,运放的正反馈回路导通此时输出u o=6V;此时电路的阈值当输入电压大于4V时,运放的输出跳变为U om = -15V,此时二极管VD1和VD2截止,R2回路不通,运放的阈值变为于是可以画出电路的传输特性,见图13-11b;图13-11b 电压传输特性8-10 方波—三角波发生电路如图8.10.9所示,设A 1,A 2为理想运算放大器,说明R w 的作用,定性画出u o 波形,求u o 的峰峰值;图8.10.9 题8-10电路图解:A 1构成滞回比较器,经双向稳压管得到幅度为U Z 的方波;经A 2构成积分器后,得到三角波或锯齿波输出;这要由流经R 2的充电电流和放电电流二者的相对大小关系来确定,当充电电流等于放电电流时为三角波;当充电电流大于放电电流时为负向锯齿波;当充电电流小于放电电流时为正向锯齿波;至于充电电流和放电电流的大小,则取决于电阻R 2两端的电位差,充电时U Z 为正,U Z >U S ;放电时U Z 为负,U Z <U S ;所以,调节R w 即可得到三角波或正向锯齿波或负向锯齿波;u o 波形见图13-15b;u o 的峰峰值取决于滞回比较器的翻转,A 1的阈值电压为 根据上两式,当阈值过0时,即可求出输出电压的幅值8-11一压控振荡电路如图8.10.10所示,1R R ,硅稳压管VD Z 的稳定电压为Z U ±,U I 为负的直流控制电压,集成运放A 1,A 2的性能理想;试求u o 的峰峰值及电路振荡频率f 0的表达式,并画出u o1及u o 的波形;解:A 1构成积分器,A 2构成过0比较器,积分器在负的直流控制电压U i 作用下工作;u o1和u o 共同决定A 2的阈值,设初始状态,u o = -U Z ,所以+'2u <0,于是二极管截止,积分器在U i 作用下正向积分,并拉动+'2u 向0靠近,A 2的第一个阈值为 A 2的第二个阈值为当阈值过0时,比较器翻转,可求出u o1的峰峰值 u o 的峰峰值为2 U Z ;u o1及u o 的波形见图13-16b;因121T T T T ≈+=,其中T 1期间,输出电压i Z 1)1(2U k kRCU T -=,Zi02)1(1kRCU U k T f -==;图13-16b 题13-16的波形图 图8.10.10 题8-11电路图8-12图8.10.11给出的是能产生方波和三角波输出的压控振荡电路,设运放都是理想的,电源电压为15V,VD1、VD2是理想的二极管,0V <U i <10V,双向稳压管的工作电压为10V,请回答下列问题:1.说明电路的工作原理;2.推导输出信号频率与输入电压的关系式;3.定量画出当U i =4V 、k =时,U o3和U o4的波形需明确标出幅值和时间参数的数值和单位;图8.10.11 题8-12电路图解:1. 已知运放A 1为同相输入的电压跟随器;运放A 2为反相器;运放A 3为。
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模拟电子技术基础华教网1电子技术发展2。
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试验方法六氯环己烷华教网1电子技术的发展,电子技术的发展,促进了计算机技术的发展,使其“无所不在”并得到广泛应用!广播与通信:发射机、接收机、广播、录音、程控交换机、电话、手机;网络:路由器、ATM交换机、收发机、调制解调器;行业:钢铁、石化、机械加工、数控机床;交通:飞机、火车、船舶、汽车;军事:雷达、电子导航;航空航天:卫星定位、医疗监控:伽玛刀、CT、B超、微创手术;消费电子产品:家用电器(空调、冰箱、电视)、音频、视频摄像机、摄像机、电子手表)、电子玩具、各种报警器,安全系统HCH a华教网电子技术的发展很大程度上体现在元器件的开发上。
1904年、1947年和1958年,从电子管到半导体管再到集成电路,集成电子管应运而生,晶体管研制成功。
HCH-atsin与电子管、晶体管和集成电路的比较。
半导体器件的发展华教网. 贝尔实验室在1947年制造了第一个晶体管,1958年制造了集成电路,1969年制造了大规模集成电路。
第一个有四个晶体管的集成电路于1975年制造,1997年,一个集成电路中有40亿个晶体管。
一些科学家预测,整合程度将以每6年10倍的速度增长,到2015年或2020年达到饱和。
学习电子技术课程时要时刻注意电子技术的发展!六氯环己烷华教网一些科学家要记住!第一个晶体管的发明者(由贝尔实验室的约翰·巴丁、威廉·肖克利和沃尔特·布拉丹发明)于1947年11月底发明了晶体管,并于12月16日正式宣布“晶体管”的诞生。
他获得了诺贝尔物理学奖。
1956年。
1972年,他因对超导性的研究而获得诺贝尔物理学奖。
1958年9月12日,第一个集成电路及其发明者Ti 的Jack Kilby在德州仪器实验室实现了将电子器件集成到半导体材料中的想法。
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模拟电子技术基础模拟电子技术基础(一)一、基础概念1. 电路电路是由电子元器件或者电气元件(例如,电阻、电容、电感等)连接而成,构成的电子装置。
电路分为直流电路和交流电路,其中直流电路的电流一般是恒定不变的,而交流电路的电流则是周期性变化的。
2. 元器件元器件是电路中最基本的构成单元,包括电阻、电容、电感等。
不同的元器件对电路中的电信号具有不同的影响。
例如,电阻会阻碍电流的流动,而电容则会将电信号存储下来,并释放出来。
3. 电压、电流和电阻电压是电路中电子流动的驱动力,也称电势差,通常用符号V表示。
电压越高,电流也相应地越大。
电压的单位是伏特(V)。
电流是电子在电路中流动的数量,通常用符号I表示。
电流的单位是安培(A)。
电阻是电路中阻碍电流流动的因素,通常用符号R表示。
电阻的单位是欧姆(Ω)。
电阻的大小越大,则电流通过电路的速度越慢。
4. 电路图电路图是用符号表示电路中各种元器件的图示。
通过电路图,我们可以识别电路中所使用的元器件,并了解电路中各元器件之间的连接关系。
二、基础元器件1. 电阻电阻是电路中最基本的元器件之一,其作用是阻碍电流的流动。
电阻的物理量是电阻值,通常用符号R表示。
电阻的单位是欧姆(Ω)。
电阻分为固定电阻和变阻器两种。
固定电阻一般以芯片电阻或线圈形式存在,主要是用来控制电路中的电流。
变阻器则被用来调节电路中电阻的大小。
2. 电容电容是能够将电能存储在其中的元器件。
电容器的物理量是电容值,通常用符号C表示。
电容的单位是法拉(F)。
电容一般分为电解电容和固体电容。
电解电容主要应用于大电容电路中,而固体电容一般应用于小电容电路中。
3. 电感电感是在电路中产生磁场并由此引起电动势的元器件。
电感的物理量是电感值,通常用符号L表示。
电感的单位是亨利(H)。
电感一般分为线圈电感和铁芯电感两种。
线圈电感主要应用于高频电路中,而铁芯电感则应用于低频电路中。
三、放大器放大器是一种能够放大电子信号的电路。
模拟电子技术基础
模拟电子技术基础1、半导体---导电能力介于导体和绝缘体之间的物质(如硅Si、锗Ge)。
2、特性---光敏、热敏和掺杂特性。
3、本征半导体----纯净的具有单晶体结构的半导体。
4、两种载流子--带有正、负电荷的可移动的空穴和电子统称为载流子。
5、杂质半导体----在本征半导体中掺入微量杂质形成的半导体。
体现的是半导体的掺杂特性。
*P型半导体: 在本征半导体中掺入微量的三价元素(多子是空穴,少子是电子)。
*N型半导体: 在本征半导体中掺入微量的五价元素(多子是电子,少子是空穴)。
6、杂质半导体的特性*载流子的浓度---多子浓度决定于杂质浓度,少子浓度与温度有关。
*体电阻---通常把杂质半导体自身的电阻称为体电阻。
*转型---通过改变掺杂浓度,一种杂质半导体可以改型为另外一种杂质半导体。
7、 PN结 * PN结的接触电位差---硅材料约为0、6~0、8V,锗材料约为0、2~0、3V。
* PN结的单向导电性---正偏导通,反偏截止。
8、 PN结的伏安特性二、半导体二极管 *单向导电性------正向导通,反向截止。
*二极管伏安特性----同PN结。
*正向导通压降------硅管0、6~0、7V,锗管0、2~0、3V。
*死区电压------硅管0、5V,锗管0、1V。
3、分析方法------将二极管断开,分析二极管两端电位的高低: 若 V阳 >V阴( 正偏 ),二极管导通(短路); 若 V阳 <V阴( 反偏 ),二极管截止(开路)。
1)图解分析法该式与伏安特性曲线的交点叫静态工作点Q。
2)等效电路法直流等效电路法 *总的解题手段----将二极管断开,分析二极管两端电位的高低: 若 V阳 >V阴( 正偏 ),二极管导通(短路); 若 V阳 <V阴( 反偏 ),二极管截止(开路)。
*三种模型微变等效电路法3、稳压二极管及其稳压电路*稳压二极管的特性---正常工作时处在PN结的反向击穿区,所以稳压二极管在电路中要反向连接。
完整版)模拟电子技术基础-知识点总结
完整版)模拟电子技术基础-知识点总结共发射极、共基极、共集电极。
2.三极管的工作原理---基极输入信号控制发射结电流,从而控制集电极电流,实现信号放大。
3.三极管的放大倍数---共发射极放大倍数最大,共集电极放大倍数最小。
三.三极管的基本放大电路1.共发射极放大电路---具有电压放大和电流放大的作用。
2.共集电极放大电路---具有电压跟随和电流跟随的作用。
3.共基极放大电路---具有电压放大的作用,输入电阻较低。
4.三极管的偏置电路---通过对三极管的基极电压进行偏置,使其工作在放大区,保证放大电路的稳定性。
四.三极管的应用1.放大器---将弱信号放大为较强的信号。
2.开关---控制大电流的通断。
3.振荡器---产生高频信号。
4.稳压电源---利用三极管的负温度系数特性,实现稳定的输出电压。
模拟电子技术复资料总结第一章半导体二极管一.半导体的基础知识1.半导体是介于导体和绝缘体之间的物质,如硅Si、锗Ge。
2.半导体具有光敏、热敏和掺杂特性。
3.本征半导体是纯净的具有单晶体结构的半导体。
4.载流子是带有正、负电荷的可移动的空穴和电子,是半导体中的两种主要载流体。
5.杂质半导体是在本征半导体中掺入微量杂质形成的半导体。
根据掺杂元素的不同,可分为P型半导体和N型半导体。
6.杂质半导体的特性包括载流子的浓度、体电阻和转型等。
7.PN结是由P型半导体和N型半导体组成的结,具有单向导电性和接触电位差等特性。
8.PN结的伏安特性是指在不同电压下,PN结的电流和电压之间的关系。
二.半导体二极管半导体二极管是由PN结组成的单向导电器件。
1.半导体二极管具有单向导电性,即只有在正向电压作用下才能导通,反向电压下截止。
2.半导体二极管的伏安特性与PN结的伏安特性相似,具有正向导通压降和死区电压等特性。
3.分析半导体二极管的方法包括图解分析法和等效电路法等。
三.稳压二极管及其稳压电路稳压二极管是一种特殊的二极管,其正常工作状态是处于PN结的反向击穿区,具有稳压的作用。
模拟电子技术基础知识
模拟电子技术基础知识一、模拟电子技术基础- -模拟信号与模拟电路1、模拟信号我们将连续性的信号称为模拟信号,而将离散型的信号称为数字信号。
2、模拟电路模拟电路是对模拟信号进行处理的电路,其最基本的处理是对信号的放大,含有功能和性能各异的放大电路。
二、模拟电子技术基础- -电子信息系统的组成电子信息系统由信号的提取、信号的预处理、信号的加工和信号的驱动与执行四部分构成,如下列图所示。
三、模拟电子技术基础- -半导体1、基本概念导体:极易导电的物体;绝缘体:几乎不导电的物体;半导体:导电性介于导体和绝缘体之间的物质;2、本征半导体共价键:在硅和锗的结构中,每个原子与其相邻的原子之间形成共价键,共用一对价电子;自由电子:由于热运动,具有足够能量而摆脱共价键束缚的价电子;空穴:由于自由电子的产生,使得共价键中产生的空位置;复合:自由电子与空穴相碰同时消逝的现象;载流子:运载电荷的粒子;导电机理:在本征半导体中,电流包括两部分,一部分是自由电子移动产生的电流,另一部分是由空穴移动产生的电流,因此,本征半导体的导电技能取决于载流子的浓度。
温度越高,载流子浓度越高,本征半导体导电技能越强。
3、本征半导体共价键:在硅和锗的结构中,每个原子与其相邻的原子之间形成共价键,共用一对价电子;自由电子:由于热运动,具有足够能量而摆脱共价键束缚的'价电子;空穴:由于自由电子的产生,使得共价键中产生的空位置;复合:自由电子与空穴相碰同时消逝的现象;载流子:运载电荷的粒子;导电机理:在本征半导体中,电流包括两部分,一部分是自由电子移动产生的电流,另一部分是由空穴移动产生的电流,因此,本征半导体的导电技能取决于载流子的浓度。
温度越高,载流子浓度越高,本征半导体导电技能越强。
模拟电子技术基础完整免费 ppt课件
2. 本征半导体中,自由电子和空穴总是成对出现,
称为 电子 - 空穴对。
3. 本征半导体中自由电子和空穴的浓度用 ni 和 pi
表示,显然 ni = pi 。
第
4. 由于物质的运动,自由电子和空穴不断的产生又
四 不断的复合。在一定的温度下,产生与复合运动
版 会达到平衡,载流子的浓度就一定了。
童 诗
5. 载流子的浓度与温度密切相关,它随着温度的升
1.1 半导体基础知识 1.2 半导体二极管 1.3 双极型晶体管 第 1.4 场效应管
四
版 1.5 单结晶体管和晶闸管
童
诗 1.6集成电路中的元件
白
本章讨论的问题:
1.为什么采用半导体材料制作电子器件?
2.空穴是一种载流子吗?空穴导电时电子运动吗?
3.什么是N型半导体?什么是P型半导体? 当二种半导体制作在一起时会产生什么现象?
模拟电子技术基础
Fundamentals of Analog Electronics
童诗白、华成英 主编
—多媒体教学课件
第
四
版
电 话:
童 诗
E-mail :
白
导言
1. 本课程的性质
电子技术基础课
2. 特点
非纯理论性课程
实践性很强
以工程实践的观点来处理电路中的一些问题
3. 研究内容
第
以器件为基础、以电信号为主线,研究各种模拟电子电路的工作
T
+4 空穴
+4
+4
自由电子
自由电子和空穴使本
+4
+4
+4
第 征半导体具有导电能力,
四 但很微弱。
《模拟电子技术基础(同济版)》教学教案(全)
《模拟电子技术基础(同济版)》教学教案(一)一、教学目标:1. 让学生了解模拟电子技术的基本概念、基本原理和基本电路。
2. 培养学生掌握模拟电路分析方法,提高分析和解决实际问题的能力。
3. 使学生熟悉常用模拟电子器件的性能、应用和选用方法。
二、教学内容:1. 模拟电子技术的基本概念2. 模拟电路的基本元件3. 模拟电路的基本分析方法4. 常用模拟电子器件5. 模拟电路的应用实例三、教学重点与难点:1. 教学重点:模拟电子技术的基本概念、基本原理和基本电路;模拟电路分析方法;常用模拟电子器件的性能、应用和选用方法。
2. 教学难点:模拟电路的分析方法;常用模拟电子器件的工作原理和性能。
四、教学方法:1. 采用讲授法,系统地讲解模拟电子技术的基本概念、基本原理和基本电路。
2. 采用案例分析法,分析实际电路,使学生掌握模拟电路分析方法。
3. 采用实验法,让学生动手操作,熟悉常用模拟电子器件的性能和应用。
4. 采用讨论法,引导学生思考和探讨模拟电子技术在实际中的应用和发展前景。
五、教学准备:1. 教材:《模拟电子技术基础(同济版)》2. 教学辅助材料:课件、教案、实验设备3. 实验材料:元器件、实验板、测试仪器4. 参考资料:相关论文、书籍、网络资源《模拟电子技术基础(同济版)》教学教案(二)一、教学目标:1. 让学生了解模拟电子技术的基本概念、基本原理和基本电路。
2. 培养学生掌握模拟电路分析方法,提高分析和解决实际问题的能力。
3. 使学生熟悉常用模拟电子器件的性能、应用和选用方法。
二、教学内容:1. 模拟电子技术的基本概念2. 模拟电路的基本元件3. 模拟电路的基本分析方法4. 常用模拟电子器件5. 模拟电路的应用实例三、教学重点与难点:1. 教学重点:模拟电子技术的基本概念、基本原理和基本电路;模拟电路分析方法;常用模拟电子器件的性能、应用和选用方法。
2. 教学难点:模拟电路的分析方法;常用模拟电子器件的工作原理和性能。
模拟电子技术基础-知识点总结-(最新版-已修订)
模拟电子技术基础-知识点总结-(最新版-已修订)
模拟电子技术基础知识是指使用有限的模拟电信号表征的知识,用于建立模拟电子系
统的原理和基本技术。
基础理论是研究模拟电子系统的基础,有助于专业工作者更好地理解、设计和应用这类系统。
模拟电子技术基础以电子技术作为核心,具备以下特点:
1、以信号源、电路、仪器学等做出反应为基础,注重反应的物理特性,探讨信号可
以如何传播、处理和控制,以及电子元件的功能与作用;
2、侧重探究电子系统的工作原理,掌握其组成的基本元件及其工作原理,熟悉其参
数的确定及其表达方法与测量;
3、认识和掌握电子设备调节原理和方法,懂得如何修改电子设备以及采用综合技术
来改善其性能;
4、参数优化:根据电路设计要求,选择合适的电路结构,确定部件参数,优化系统
性能,提供充分的有关信息;
5、系统设计与模拟:根据客户要求,将电子系统的不同部件结构组合起来,通过模
拟设计、调节和优化,使其性能达到最优;
6、工具硬件和软件调试:根据电子原理图和程序,熟悉工具硬件和软件的调试技术,熟练掌握编程技术和系统调试技术。
模拟电子技术可以很好地提高系统的性能,并为用户带来更多便利。
然而,要达到理
想的效果,必须熟悉模拟电子技术基础知识,才能根据具体实践需要和环境,通过相关技
术合理应用,使模拟电子技术发挥出最大威力。
模拟电子技术基础
2022 模拟电子技术基础一、常用半导体器件1.1本征半导体纯净的,具有晶体结构的半导体1.1.1本征激发:自由电子导电;价电子依次填补空穴,形成了空穴的移动,空穴也能导电本征激发越多,导电能力越好复合:自由电子与空穴相撞,重新变成价电子1.1.2载流子的浓度载流子的浓度与本征激发,复合相关。
本征激发的速率与温度有关,温度越高,本征激发的速率越快。
复合的速率与载流子的浓度有关1.2杂质半导体在本征半导体掺入少量杂质元素1.2.1N型半导体掺入少量P(磷)多子→自由电子少子→空穴温度对N型半导体的多子影响不大,对少子浓度影响巨大施主原子:贡献载流子的原子1.2.2P型半导体掺入少量B(硼)多子→空穴少子→自由电子温度对P型半导体的少子影响不大,对多子浓度影响巨大1.3PN结由于扩散运动形成的空间电荷区,也称耗尽层(PN结)(阻挡层) 1.3.1基本概念漂移运动:少子在空间电荷区的运动漂移运动阻挡了因扩散运动而消耗势垒的可能多子的扩散运动与少子的漂移运动就会达到动态平衡空间电荷区的宽度与掺杂浓度有关,浓度高的区域PN结窄。
1.3.2单向导电性外电场削弱了内电场的作用,使得扩散运动得以重新恢复R限定了外电场通过的最大电流,防止PN结烧毁反向电压会增强内电场的作用,抑制扩散运动,促进漂移运动;但是漂移运动属于少子,且与温度相关,漂移运动形成的电流称为反向饱和电流。
1.4PN结的伏安特性曲线1.4.1正向特性:存在死区,有导通电压:PN结的电流方程Is为反向饱和电流U T为温度当量,仅跟温度相关。
在室温下U T=26mV U为PN结上外加电压1.4.2反向特性:Ge管的反向电流比Si管的大得多反向存在击穿:雪崩击穿:掺杂浓度低时,耗尽层宽度大,当外加反向电压时,耗尽层为粒子加速器,少子加速击穿带走价电子,形成链式反应温度越高,雪崩击穿所需电压越高。
齐纳击穿:掺杂浓度高时,PN结窄,当外加反向电压时,形成的电场强度大,直接将价电子从共价键内带出。
电子技术基础(模拟部分)
能够存储磁场能量,具有阻抗特性,常用于滤波、 振荡等电路。
集成电路
模拟集成电路
模拟集成电路是指由电阻、电容、 晶体管等模拟元件构成的集成电 路,用于实现模拟信号的处理和 放大。
数字集成电路
数字集成电路是指由逻辑门、触发 器等数字元件构成的集成电路,用 于实现数字信号的处理和运算。
混合信号集成电路
可维护性
电路设计应便于维护和升级。
电路设计的方法和步骤
原理图设计
根据需求设计电路 原理图。
仿真测试
利用仿真软件对电 路进行测试和验证。
需求分析
明确电路的功能需 求,分析性能指标。
元件选择
选择合适的电子元 件,确保性能和可 靠性。
实际制作
根据仿真结果,制 作实际的电路板。
电路设计的优化和改进
优化性能
集成电路时代
20世纪60年代,集成电路的发 明使得电子设备进一步微型化 ,功能也更加复杂。
微电子技术时代
20世纪80年代,微电子技术的 快速发展使得芯片上集成的元 件数量剧增,推动了电子技术
的进步。
电子技术的应用领域
通信
电子技术在通信领域的 应用包括无线通信、卫 星通信、光纤通信等。
计算机与互联网
由半导体材料制成的电子 器件,具有放大和开关作 用,是构成各种电子电路 的基本元件。
集成电路
将多个电子元件集成在一 块衬底上,实现一定的电 路或系统功能。
分立元件
电阻器
用于限制电流或调节电压,是电子电路中最基本 的元件之一。
电容器
用于储存电荷,具有隔直通交的特性,在滤波、 耦合、旁路等电路中广泛应用。
降低成本
根据仿真测试结果,优化电路性能,提高 稳定性。
模拟电子技术基础(完整课件)
>100000
封装好的集成电路
课程的教学方法
模电——“魔”电 特点:电路形式多、公式多、工程性强 教学方法: 课堂讲课 ——每章小结 ——自我检测题
——作业 ——作业反馈
——实验 ——答疑
总成绩=期末(70%)+平时(30%) 平时:作业、课堂、实验等
教材:《模拟电子技术基础》,李国丽王涌李如 春主编,高等教育出版社,国家级十二 五规划教材
就在这个过程中,爱迪生还发现了一 个奇特 的现象:一块烧红的铁会散发出电子云。后人 称之为爱迪生效应,但当时不知道利用这一效 应能做些什么。
1904年,英国发明家弗莱明在真空中加热的 电丝(灯丝)前加了一块板极,从而发明了第一 只电子管,称为二极管。
1906 年,美国发明家德福雷斯特,在二极管 的灯丝和板极之间巧妙地加了一个栅板,从而 发明了第一只真空三极管,建树了早期电子技 术上最重要的里程碑——电子工业真正的诞生 起点 。
2000年10月10日,基尔比 与另外两位科学家共同分享 诺贝尔物理学奖。
获得2000年Nobel物理奖
1958年第一块集成电路:TI公司的Kilby,12个器件,Ge晶片
1959年7月30日,硅谷的仙童半导体公司的诺依斯 采用先进的平面处理技术研制出集成电路,也申请到 一项发明专利 ,题为“半导体器件——导线结构”; 时间比基尔比晚了半年,但确实是后来微电子革命的 基础。
1959年仙童制造的IC
诺依斯
1971年:全球第一个微处理器4004由Intel 公司推出,在它3毫米×4毫米的掩模上,有 2250个晶体管,每个晶体管的距离是10微米, 每秒运算6万次。也就是说,一粒米大小的芯片 内核,其功能居然与世界上第一台计算机—— 占地170平方米的、拥有1.8万个电子管的 “爱
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P型半导体的结构
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1.1.3 PN 结 •
在一块本征半导体上,一边掺入施主杂 质,使之变为N型半导体,另一边掺入受主 杂质,使之变为P型半导体,那么在P型半 导体和N型半导体的交界面附近,就会形成 一个具有独特物理特性的PN结。PN结具有 单向导电性。
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一、 PN结的形成
物质总是从浓度高的地方向浓度低的地方 运动,这种由于浓度差而产生的运动称为扩散 运动。P型半导体和N型半导体结合在一起时, 交界面两侧多子和少子的浓度有很大的差别, 就要进行扩散,进而形成空间电荷区,随着扩 散的进行,空间电荷区加宽,内电场加强。而 内电场的作用是阻止多子扩散的,所以由浓度 差产生的多子扩散的结果产生的内电场对扩散 的阻碍作用最终将达到平衡,使空间电荷区的 宽度不再变化。
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当共价键中出现空穴时,相邻原子的价电子 比较容易离开它所在的共价键,填充到这个空 穴中来,而在原共价键处留下新的空穴,这个 空穴又可被相邻原子的价电子填充,再出现空 穴。这样依次填充下去,便形成了空穴电流。 所以在本征半导体中,自由电子与空穴是成对 出现的 。由于自由电子和空穴所带电荷极性不 同,所以它们的运动方向相反,本征半导体中 的电流是两个电流之和。在本征半导体中有两 种载流子,即电子和空穴。电子和空穴均参与 导电,这是半导体导电的特殊性质。
1、势垒电容
PN结外加电压变化时,空间电荷区的宽 度随之变化,即耗尽层的电荷量随外加电 压而增多或减少,这种现象与电容器的充、 放电过程相同,耗尽层宽窄变化所等效的 这个电容称为势垒电容Cb。
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2、扩散电容
当PN结加正向偏压时,P区和N区的多子 就会在扩散过程中越过PN结成为另一方的 少子,称为非平衡少子。当正向偏压变化 时,相应地有载流子的“充入”和“放 出”,等效于电容的充、放电效应。因为 这一等效电容是由于载流子在扩散中产生 的电荷积累引起的,所以称为扩散电容Cd。 即C由j 此= C可b+见Cd,PN结的结电容Cj是Cb与Cd之和,
络化、综合化、智能化方向发展。发展速度 之快、应用领域之广是人们难以预料的。
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三、课程特点、研究对象、体系结构
模拟电子技术基础是研究各种半导体器件的性能、 电路及其应用的学科。采用定性分析、定量估算 的模式。 模拟信号的放大、运算、处理、转换和产生。
先器件后电路、先小信号后大信号、先基础后应 用。 四、学习方法
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(a)硅和锗原子简化结构模型 (b)晶体的 共价键结构及电子空穴对的产生
•硅、锗原子结构模型及共价键结构示意图
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三、本征半导体中的两种载流子
物质内部运载电荷的粒子称为载流子。 物质的导电能力决定于载流子的数目和 运动速度。晶体中的共价键具有很强的 结合力,在热力学零度,价电子没有能 力脱离共价键的束缚,这时晶体中没有 自由电子,半导体不能导电。在室温下, 少数价电子因热激发而获得足够的能量, 因而脱离共价键的束缚变为自由电子, 同时在原来共价键处留下一个空位。这 个空位叫空穴。
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四、本征半导体中载流子的浓度 在本征半导体内,受激产生一个自由电
子必然相伴产生一个空穴,电子和空穴是成 对产生的,这种现象称为本征激发。在本征 半导体中,价电子受激产生电子—空穴对, 而自由电子在运动中,以会遇到空穴,并与 空穴相结合而消失,这一过程称为复合。在 一定的温度下,电子、空穴对的产生和复合 都在不停地进行,最终处于一种动态平衡状 态,使半导体中的载流子浓度一定。且空穴 电子数相等。
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在形成的晶体结构的半导体中,掺入特 定的杂质时,导电性能具有可控性;并且在 光照和热辐射条件下,导电性还有明显的变 化。这些特殊的性质决定了半导体可以制成 各种电子器件。
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二、本征半导体中的晶体结构
单晶体即为本征半导体。
晶格:晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵。
硅或锗原子组成晶体后,原子之间靠得很近, 每个原子的价电子不仅受自身原子核的束缚, 还受相邻原子的影响,致使价电子轨道交叠。 每个价电子有时绕自身原子核运动,有时也出 现在相邻原子所属的轨道上,为两个原子所共 有,形成共价键结构。
《模拟电子技术基础》 电子教案
宿州学院物理与电子工程系 电子学教研室
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课程说明
一、基本要求 (1)掌握模拟电子技术中基本电路的工作
原理、分析方法及简单估算方法;注重培养 定性分析能力、综合应用能力和创新意识。
(2)强调基础,突出重点。掌握模拟电子 技术基础知识、基本理论和重要知识点。
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(3)以分立元件、晶体管作为主要器件, 集成运放以应用为主。
1、PN结加正向电压时处于导通状态
电源的正极接P区,负极接N区,叫做加“正向 电压”或“正向偏置”。产生较大的正向电流。
2、PN结加反向电压时处于截止状态
电源的正极接N区,负极接P区,称为加反向电 压。PN结加正向电压时,耗尽层变窄,呈现较小 的正向电阻,正向电流较大;加反向电压时,耗 尽层增厚,呈现较大的反向电阻,反向电流很小。 PN结的这种正向导电性能好,而反向导电性能差 的特性,称为PN结的单向导电性。
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• 齐纳击穿发生在高浓度掺杂的PN结中。 因为杂质浓度很高,使耗尽层的宽度比 一般情况窄得多,即使外加反向电压不 高(5V以下),耗尽层中的电场强度就 已达到非常高的数值,以致把结内束缚 电子直接从共价键中拉出来,产生大量 载流子,发生齐纳击穿。
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五、 PN结的电容效应
PN结内有电荷的存储,当外加电压变化 时,存储的电荷量随之变化,表明PN结具 有电容的性质。这一电容由势垒电容和扩 散电容两部分组成。
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四、PN结的伏安特性
当PN结外加正向电压,且u远大于UT时,
I≈ISe
u
/
U T
;当加于PN结的反向电压增
大到一定数值时,反向电流突然急剧增
大,这种反向电流剧增的现象称为PN结
的反向击穿,对应于电流开始剧增的电
压,称为击穿电压。PN结击穿分“雪崩
击穿”和“齐纳击穿”两类。
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• 雪崩击穿的过程是这样的,当反向电压较高 时,结内电场很强,而结层又有一定的宽度, 在结内作漂移运动的少数载流子受强电场的 加速作用可获得很大的能量。它与结内原子 碰撞时,使原子的价电子摆脱束缚状态而形 成电子-空穴对。新产生的电子和空穴在强 电场作用下,再去碰撞其它原子,产生更多 的电子-空穴对。如此连锁反应,使耗尽层 中载流子的数量急剧增加,反向电流迅速增 大,PN结发生了雪崩击穿。雪崩击穿的本质 是碰撞电离。
半导体的导电性能对温度很敏感。
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1.1.2 杂质半导体
在本征半导体中掺入微量的合适杂质元素, 就会使半导体的导电性能发生显著变化。这 些微量元素的原子称为杂质。掺杂后的半导 体称为杂质半导体,分N型和P型两种。
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一、N型半导体
• 在硅或锗的晶体中掺入五价元素后,杂质原子就 替代了晶格中某些硅原子的位置,多余的一个价电子 处在共价键之外,由于磷原子给出了一个多余的电子, 故称磷原子为施主杂质,也称N(Negative)型杂质。 磷原子给出一个多余的电子后,本身成为正离子,但 在产生自由电子的同时,并不产生空穴,这点与本征 半导体不同。正离子束缚在晶体中不能移动,所以它 不能参与导电。在掺磷后的硅晶体中同样也有本征激 发产生的电子-空穴对,但数量很少,因此,自由电 子数远大于空穴数,故称这种杂质半导体为N型半导 体。N型半导体中,电子为多数载流子(简称多子), 空穴为少数载流子(简称少子)。
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电子技术理论的高速发展、技术的进步、创
新使电子产品更新换代速度越来越快,达到 了前所未有的速度。电子技术渗透到了全社 会的各个产品中,并不断产生着新产品门类。 模拟技术被数字化技术逐步取代,已成为技 术 进 步 的 总 趋 势 。 应 用 技 术 由 元 件 —— 集 成——单机应用——系统集成,并向实现网
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1·2 半导体二极管
1.2.1 半导体二极管的几种常见结构
半导体二极管按其不同结构,可分为点接触 型、面结合型和平面型几类。
点接触型二极管由一根金属丝经过特殊工艺 与半导体表面相接,形成PN结。因而结面积 小,所以不能通过较大的电流,但结电容较 小,一般在1pF以下,工作频率可达100MHz以 上,但不能承受较高的反向电压和通过较大 的电流。这类管子适用高频电路、小功率整 流和脉冲数字电路中的开关。
种半导体制作在一起时会产生什么现象? • PN结上所加端电压与电流符合欧姆定律吗?
它为什么具有单向导电性?在PN结加反向电 压时果真没有电流吗? • 晶体管是通过什么方式来控制集电极电流的? 场效应管是通过什么方式来控制漏极电流的? 为什么它们都可以用于放大?
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1.1 半导体基础知识
半导体器件是构成电子电路的基本元件,它们所用 的材料是经过特殊加工且性能可控的半导体材料。
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PN结加正向电压 时处于导通状态
PN结加反向电压 时处于截止状态
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三、PN 结的电流方程
由理论分析可知,PN结所加端电压u与流过 它的电流i的关系为
i=IS(e qu / kT - 1) IS力 代 即为T学替=反3温,0向度0则K饱时,得和,Ki为=电UIT玻S流≈(耳2,e6兹mquV为曼/。U常电T 数子- 。电1)将量常K,T温/Tq为下用,热UT
注重基本概念、基础知识、电路的工作原理、电路 结构、技术要点。工程估算即近似计算。
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第一章 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 双极型晶体管 1.4 场效应管