模拟电子技术基本教程-华成英主编
模拟电子技术基本教程华成英主编
理想运放的两个输入端不取电流，但又不是开路，一 般称为“虚断”。
２、 非线性区：
当 u u 时，uO UOm ；当 u u 时，uO UOm 。其
中 UOm 是集成运放的正向或反向输出电压最大值。
非线性区“虚断”仍然成立。
2.3. 理想运放组成的基本运算电路
2.2 集成运算放大电路
集成运算放大电路，简称集成运放，是 一个高性能的放大电路。因首先用于信号的 运算而得名。
由于它具有体积小、重量轻、价格低、 使用可靠、灵活方便、通用性强等优点，在 检测、自动控制、信号产生与信号处理等许 多方面得到了广泛应用。
两个 输入端
一个 输出端
2.2.1 差分（动）放大电路的概念
2.1 放大的概念与放大电路 的性能指标
一、放大的概念
二、放大电路的性能指标
一、放大的概念
至少一路直流
VCC
电源供电
放大的对象：变化量
判断电路能否放 大的基本出发点
放大的本质：能量的控制与转换
放大的特征：功率放大
放大的基本要求：不失真——放大的前提
二、性能指标
对信号而言，任何放大电路均可看成二端口网络。
Auc uoc uic
根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种
接法：双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输 入双端输出、单端输入单端输出。
2.2.2 集成运放的符号及电压传输特性
集成运放的符号
+∞ +
_
(a)国标符号
运放符号
(b)习惯画法
集成运放的电压传输特性
uO=f (uP-uN)
uO3
Rf R1
模拟电子技术基础-清华大学 华成英-全套完整版精编版
六、课程的目的
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，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，为深入学习电子技术及其在专 业中的应用打下基础。 1. 掌握基本概念、基本电路、基本方法和基本实验技能。 2. 具有能够继续深入学习和接受电子技术新发展的能力，
为什么要将半导体变成导电性很差的本征半导体？
华成英 hchya@
二、杂质半导体
1. N型半导体
5
多数载流子
空穴比未加杂质时的数目多 了？少了？为什么？
杂质半导体主要靠多数载流 子导电。掺入杂质越多，多子 浓度越高，导电性越强，实现 导电性可控。
磷（P）
华成英 hchya@
模拟电子技术基础
清华大学 华成英
华成英 hchya@
绪论
一、电子技术的发展 二、模拟信号与模拟电路 三、电子信息系统的组成 四、模拟电子技术基础课的特点 五、如何学习这门课程 六、课程的目的 七、考查方法
华成英 hchya@
一、电子技术的发展
以及将所学知识用于本专业的能力。
注重培养系统的观念、工程的观念、科技进步 的观念和创新意识，学习科学的思维方法。提倡 快乐学习！
华成英 hchya@
七、考查方法
1. 会看：读图，定性分析 考查分析问题的能力
2. 会算：定量计算 3. 会选：电路形式、器件、参数
考查解决问题的能力－－设计能力 4. 会调：仪器选用、测试方法、故障诊断、EDA
➢ 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。 2. 注意定性分析和近似分析的重要性 3. 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。 ➢ 要研究利弊关系，通常“有一利必有一弊”。 4. 注意电路中常用定理在电子电路中的应用
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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 体、液体、固体均有之。
P区空穴 浓度远高 于N区。
N区自由电 子浓度远高
于P区。
扩散运动
扩散运动使靠近接触面P区的空穴浓度降低、靠近接触面 N区的自由电子浓度降低(相遇而复合) ，产生内电场。
PN 结的形成
由于扩散运动使P区与N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N区向P 区、自由电子从P区向N 区运动。
材料 硅Si 锗Ge
开启电压 0.5V 0.1V
导通电压 0.5~0.8V 0.1~0.3V
反向饱 开启 和电流 电压
反向饱和电流 1µA以下 几十µA
从二极管的伏安特性可以反映出：
1. 单向导电性
正向特性为 指数曲线
u
i IS(eUT 1)
u
若正向电压u
U T，则i
I
eUT
S
若反向电压u U价键
由于热运动，具有足够能量 的价电子挣脱共价键的束缚
而成为自由电子
自由电子的产生使共价键中 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。 动态平衡
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 的浓度加大。
• 为什么半导体器件有最高工作频率？
3.2 半导体二极管
一、二极管的组成 二、二极管的伏安特性及电流方程 三、二极管的等效电路 四、二极管的主要参数 五、稳压二极管
一、二极管的组成
将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。
小功率 二极管
大功率 二极管
稳压 二极管
模拟电子技术基础(第4版华成英)ppt课件
1
乙类功率放大器是一种非线性放大器，其工作原 理是将输入信号的负半周切除，仅让正半周通过 晶体管放大。
2
在乙类功率放大器中，晶体管只在正半周导通， 因此效率较高。但因为晶体管工作在截止区和饱 和区，所以失真较大。
3
乙类功率放大器通常采用推挽电路形式，以减小 失真。
THANKS
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利用晶体管、可控硅等开关元件的开关特性，通过适当组合实现非 正弦波信号的输出。
非正弦波发生电路的组成
包括开关元件、储能元件和输出电路。
非正弦波发生电路的特点
输出信号波形多样，幅度大，但频率稳定性较差，且波形质量受开 关元件特性的影响较大。
波形变换电路
波形变换电路的原理
利用运算放大器和适当组合的RC电路，将一种波形变换为另一种波 形。
基本放大电路 放大电路的基本概念和性能指标
总结词
共基极放大电路的特点是输入阻抗低、 输出阻抗高。
VS
详细描述
共基极放大电路是一种特殊的放大电路， 其工作原理基于晶体管的电压放大作用。 由于其输入阻抗低、输出阻抗高的特点， 因此常用于实现信号的电压放大。在电路 结构上，共基极放大电路与共发射极放大 电路类似，只是晶体管的基极接输入信号 而不是发射极。
01
特征频率
晶体管在特定工作点上的最高使 用频率，超过该频率时放大电路 将失去放大能力。
截止频率
02
03
放大倍数
晶体管在正常放大区与截止区的 交界点上所对应的频率，是晶体 管的重要参数之一。
晶体管在不同频率下的电压放大 倍数，反映了晶体管在不同频率 下的放大性能。
单级放大电路的频率响应
低通部分
放大电路对低频信号的放大能力较强，随着频 率升高，增益逐渐下降。
模拟电电子技术基础第1章(第四版)童诗白 华成英
iD/mA 1.0
0.5 iD=– IS 1.0 D/V
–1.0
–0.5
0
0.5
PN结的伏安特性
模拟电子技术基础
在一定的温度条件下，由本征激发决定的少 子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定 的，基本上与所加反向电压的大小无关，这个电 流也称为反向饱和（saturation）电流。
• Majority carriers---holes (mostly generated by ionized acceptor and a tiny small portion by thermal ionization) • Minority carriers--- free electrons (only generated by thermal ionization.)
+4
+4
共价键有很强的结合力，使原子规则 排列，形成晶体。
+4
+4
共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为 束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自 由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以 本征半导体的导电能力很弱。
三、 本征半导体中的两种载流子
模拟电子技术基础
模拟电子技术基础
三、 本征半导体中的两种载流子
P型半导体——掺入三价杂质元素（如硼） 的半导体(P-type semiconductor) 。
模拟电子技术基础
1.1.2 杂质半导体
模拟电子技术基础
一、 N型半导体
因五价杂质原子中 只有四个价电子能与周 围四个半导体原子中的 价电子形成共价键，而 多余的一个价电子因无 共价键束缚而很容易形 成自由电子。 在N型半导体中自由电子是多数载流子(carrier)，它主要由 杂质原子提供；空穴是少数载流子, 由热激发形成。 提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子， 因此五价杂质原子也称为施主杂质(donor impurity)。
Word版——模拟电子技术基础第三版童诗白华成英主编课后习题答案
第一章 半导体基础知识自测题一、（1）√）√ （2）×）× （3）√）√ （4）×）× （5）√）√ （6）×）×二、（1）A （2）C （3）C （4）B （5）A C 三、U O1≈1.3V U O2＝0 U O3≈－1.3V U O4≈2V U O5≈2.3V U O6≈－2V 四、U O1＝6V U O2＝5V 五、根据P CM ＝200mW 可得：U CE ＝40V 时I C ＝5mA ，U CE ＝30V 时I C ≈6.67mA ，U CE＝20V 时I C ＝10mA ，U CE ＝10V 时I C ＝20mA ，将改点连接成曲线，即为临界过损耗线。
图略。
略。
六、1、V2V mA 6.2μA 26V C C CC CEB C bBEBB B =-====-=R I U I I RU I b U O ＝U CE ＝2V 。
2、临界饱和时U CES ＝U BE ＝0.7V ，所以，所以W»-====-=k 4.45V μA 6.28mA86.2V BBEBB b CB c CESCC C I U R I I R U I b七、T 1：恒流区；T 2：夹断区；T 3：可变电阻区。
：可变电阻区。
习题1.1（1）A C （2）A （3）C （4）A 1.2不能。
因为二极管的正向电流与其端电压成指数关系，当端电压为1.3V 时管子会因电流过大而烧坏。
烧坏。
1.3 u i 和u o 的波形如图所示。
的波形如图所示。
1.4 ui 和u o 的波形如图所示。
的波形如图所示。
ttu u OOi o /V/V1010tu O i /V53-3tu O O /V3.7-3.7L )tu OI1/V30.3tu OI2/V30.3tu OO /V3.71tu 0I /V63tu 0O1/V3tu 0O2/V3管号管号T 1 T 2 T 3 T 4 T 5 T 6 上 e c e b c b 中 b b b e e e 下c e c c b c 管型管型PNP NPN NPN PNP PNP NPN 材料材料Si Si Si Ge Ge Ge ，b BE CC BE CC --R U V U V BEI I GS)1.01mA5mA(a)(b))U LI I U b be L Lb R R RU U 123io ..R R U U 14io..R U 2i.U o.U i.U o.R L(a)(b)(c)(d)R 4R 3 L o b 22L c b1Ib 32 2[)be 4 4122be22 +b b L e e b b be sL c b b iL c iU U 2DQDSS GSD¶IIU u mA 2DO DQ I I U+BEQ4E4E4I U R I {}c4e4be4c2b b b{}2be23232be221b b b 42be2321b b 322be221]b b b ∥82)b 322be2b b42be211b b 42be231b b 2be 4b WO c W c W O)2( )2+D b b bW c WW R R b I2I1r b LOL b )2L{}{}6be57554be46454be421)1(b b b b b +R 2oCEQ CC -u AU V RC BBE BE4CC b b 2C0EBCC =I b )DS2O u u u D D Ou u()(DS4uOD D Oc23be c12eb' i00bb))()())()(f f f f f 或1C r R R C R R r r ))())(10f f f ))())(f f f 31.1 )Hf))(10f f ))(5f f f fsb s 211ttI Us bs e b'e b'i ))()16(i f f R10121 ))()(5f ，，所以＞32131 ＜＜－1R U U 1U 1U U 11U 21U 923o o 2o o o o 2o o L L o L o o L 87942L 87o o 4o o L 1L 4o o )R U U u i ↑←↑←＞＞321321321321即F，代入数据f 6f 1f1＞A+-i I(1)(2)(3)(4)A+-u O+-R RR Lu O u IA+-R R u Ou I12A+-+-R R Lu O R i I121U U U RRr U iiono....I iC R R R U U f i f o f i o i i 1))w w ，∥fod f id f o f o f fid f id od F i OO 11)(A R r A R u u -D A+-RR u Ou IffR R i整个电路的输入电阻约为（R ＋R f /A od ）。
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2. 同相输入
uN uP uI
uO
(1
Rf R
) uN
uO
(1
Rf R
) uI
1) 电路引入了哪种组态的负反馈？
2) 输入电阻为多少？
3) 电阻R’＝？为什么？
4) 共模抑制比KCMR≠∞时会影响运算精度吗？为什么？
运算关系的分析方法：节点电流法
同相输入比例运算电路的特例：电压跟随器
电压传输特性的三个要素： （1）输出高电平UOH和输出低电平UOL （2）阈值电压UT:使输出产生跃变的输入电压称为阈值电压。 （3）输入电压过阈值电压时输出电压跃变的方向
3. 几种常用的电压比较器
（1）单限比较器：只有一个阈值电压 （2）滞回比较器：具有滞回特性
输入电压的变化方向不同，阈值电压也不同，但输入电压 单调变化使输出电压只跃变一次。
iR
iC
C
duI dt
uO
iR R
RC
duI dt
虚地
即输出电压是输入电压的 微分。RC为微分时间常数。
当输入阶跃电压时，
t=0 时 ， 输 出 电 压 极
大，但实际受运放输 出电压限制仍为一个
uI
有限值；随后由于电
容C被充电，输出电
压按指数规律衰减到 零，如图所示。
(a) 0 uO
下限频率
fbw fH fL
上限频率
4. 最大不失真输出电压Uom：
不失真的前提下能够输出的最大电压。
5. 最大输出功率Pom和效率η： Pom ：在输出信号不失真的情况下，负载上能够获得的最
大功率
效率η：放大电路中供电的直流电源能量的利用率 效率等于最大输出功率 Pom与电源消耗功率 PV之比
模拟电子技术基础(第三版)童诗白、华成英(全)ppt课件
（动画1-1）（动画1-2）
四、本征半导体中载流子的浓度
本征激发(见动画) 复合
动态平衡
在一定温度下本征半导体中载流子的浓度是一定的， 并且自由电子与空穴的浓度相等。
本征半导体中载流子的浓度公式：
ni= pi= K1T3/2 e -EGO/(2KT)
T=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度:
n = p =1.43×1010/cm3
5. 载流子的浓度与温度密切相关，它随着温度的升 高，基本按指数规律增加。
1.1.2 杂质半导体
杂质半导体有两种
N 型半导体 P 型半导体
一、 N 型半导体(Negative)
在硅或锗的晶体中掺入少量的 5 价杂质元素，如 磷、锑、砷等，即构成 N 型半导体(或称电子型 半导体)。
常用的 5 价杂质元素有磷、锑、砷等。
原子
浓度，即 p >> n。空穴
为多数载流子，电子为
+4
+4
+4
少数载流子。
图 1.1.4 P 型半导体
说明：
1. 掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度；温度决 定少数载流子的浓度。
2. 杂质半导体载流子的数目要远远高于本征半导 体，因而其导电能力大大改善。
3. 杂质半导体总体上保持电中性。
4. 杂质半导体的表示方法如下图所示。
第
3.场效应管的分类、工作原理和特性曲线。
三
版
童
诗
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？
模拟电子技术基本教程 - 华成英主编 (5)
dA d Af = (1 + AF ) 2
d Af 1 dA = Af 1 + AF A
1 说明放大倍数减小到基本放大电路的 , 1+AF
倍 放大倍数的稳定性是基本放大电路的 1+AF) . (
二,改变输入电阻和输出电阻
1. 对输入电阻的影响
对输入电阻的影响仅与反馈网络和基本放大电路在输 入端的接法有关,即决定于是串联反馈还是并联反馈. 入端的接法有关,即决定于是串联反馈还是并联反馈.
引入电压负反馈时
电压负反馈稳定输出电压, 电压负反馈稳定输出电压,使输出具有恒 压特性,因而输出电阻减小. 压特性,因而输出电阻减小. Ro R of = 1 + AF 引入电流负反馈时 电流负反馈稳定输出电流, 电流负反馈稳定输出电流, 使输出具有恒流特性, 使输出具有恒流特性,因而 输出电阻增大. 输出电阻增大. 在(1 + AF ) → ∞时
补偿电路
1+ j 补偿后产生系数:
f
& & 若 f H' 2 = f H 2,则 A F =
1 f H' 2 ,取代 f f 1+ j ' 1+ j f H1 f H1 & & A F
m m
(1 + j
f f
' H1
) (1 + j
f f H3
)
上式表明,最大附加相移为- 上式表明,最大附加相移为-180,不满足起振条件,闭 ,不满足起振条件, 环后一定不会产生自激振荡,电路稳定. 环后一定不会产生自激振荡,电路稳定.
在获得同样补偿的 情况下, 情况下,补偿电容比 简单滞后补偿的电容 小得多. 小得多. 补偿后
(完整)《模拟电子技术基础教程》华成英——第三章习题解答
PTER半导伸二嘏管及其基市应用电路3. 1判断下列说法的正、误，在相应的括号内蔺表示正确・画“X”衣示错谋.(1)本征半导体是指没冇博杂的纯净晶体半导体.( )(2)本征半异体温度升高后两种栽流子浓度仍然相等.( )(3)P®半导体帯正电( ),N®半导体带负电( ).(4)空间电荷区内的潦移电流址少数戏流子在内电场作用下形成的.Z )(5)二极管所加正向电压增大时，其动态电限增大.( )(6)只耍在稳圧管两端加反向电压就能起稳压作用.( )解(2) 7 (3) X.X (4> V (5)X (6) X3.2选择正确的答案填空.(1) N凤半导体是空本征半导体中捧人 ____________ » P51半导体是在本征半导体中掺人 _______ ・A.三价元索，如硼導B.四价元索，如错铮C.五价元素•如磷等(2) PN结加正向电压时.由__________ 形成电流，其耗尽层__________ I加反向电压时, 由 _______ 形成电流，其耗斥煨__________ ・A.扩散运动B.漂移运动C.变龙D.变牢(3) 当温度升高时•二极管的反向饱和电流___________ ・A.增大.B.不变C.减小(4) 硅二极管的正向导通电压比诸二极管的_____________ ，反向饱和电流比緒二极管的 _______ ・A.大B.小C.相等(5) 稳压暂工作在槍压区时，其丁•作状态为_________ .A.正向导通B.反向截止C.反向击穿解 (1) Cl A (2) Al D» B ； C (3) A (4) A» B (5> C 3.3填空(1) PN 结的导电特性定 __________ ・(2) 徃外加直流电压时，理想二极管正向导通阻抗为 _________________ ，反向截止阻抗为 ________ 。
(3) PN 结的结电容包插 __________ 电容和 _________ 电容。
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2. 会算：定量计算 3. 会选：电路形式、器件、参数
考查解决问题的能力－－设计能力 4. 会调：仪器选用、测试方法、故障诊断、EDA
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电子技术的发展很大程度上反映在元器件的发展 上。从电子管→半导体管→集成电路
1904年 电子管问世
1947年 晶体管诞生
1958年集成电 路研制成功
电子管、晶体管、集成电路比较
玫瑰课堂
半导体元器件的发展
❖1947年 贝尔实验室制成第一只晶体 管
❖1958年 集成电路 ❖1969年 大规模集成电路 ❖1975年 超大规模集成电路
玫瑰课堂
一、本征半导体
1、什么是半导体？什么是本征半导体？
导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。
导体－－铁、铝、铜等金属元素等低价元素，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。
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，只有在外电场强到一定程度时才可能导 电。
自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。 动态平衡
半导体－－硅（Si）、锗（Ge），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。
本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。
无杂质
稳定的结构
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2、本征半导体的结构
共价键
由于热运动，具有足够能量 的价电子挣脱共价键的束缚
而成为自由电子
自由电子的产生使共价键中 留有一个空位置，称为空穴
计算机或其 它数字系统
《模拟电子技术基础》第四版(童诗白、华成英主编)教学课件8-波形的发生和信号的转换
应为RC 串并联网路配一个电压放大倍数略大于 、输入电 串并联网路配一个电压放大倍数略大于3、 应为 阻趋于无穷大、输出电阻趋于0的放大电路 的放大电路。 阻趋于无穷大、输出电阻趋于 的放大电路。
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§8.1 正弦波振荡电路
一、正弦波振荡的条件和电路的组成 二、RC正弦波振荡电路 正弦波振荡电路 三、LC正弦波振荡电路 正弦波振荡电路 四、石英晶体正弦波振荡电路
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2. 起振与稳幅：输出电压从幅值很小、含有丰富频率，到 输出电压从幅值很小、 输出电压从幅值很小 含有丰富频率，
仅有一种频率且幅值由小逐渐增大直至稳幅。 仅有一种频率且幅值由小逐渐增大直至稳幅。
很多种频率
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3. 电感反馈式电路
特点：耦合紧密，易振， 特点：耦合紧密，易振，振 幅大， 幅大，C 用可调电容可获得 较宽范围的振荡频率。波形 较宽范围的振荡频率。 较差，常含有高次谐波。 较差，常含有高次谐波。
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相位条件的判断方法：瞬时极性法 ：
+ & U −
i
极性？ 极性？
在多数正弦波振荡电路 输出量、 中，输出量、净输入量和 反馈量均为电压量。 反馈量均为电压量。
断开反馈， 断开反馈，在断开处给放大电路加 f＝f0的信号 i，且规 ＝ 的信号U 定其极性， 定其极性，然后根据 Ui的极性 Uo的极性 Uf的极性 的极性→ 的极性→ 极性相同，则电路可能产生自激振荡； 若Uf与Ui极性相同，则电路可能产生自激振荡；否则电路不 可能产生自激振荡。 可能产生自激振荡。