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模拟电子技术基础-清华大学 华成英-全套完整版ppt课件
值得纪念的几位科学家！
第一只晶体管的发明者
（by John Bardeen , William Schockley and Walter Brattain in Bell Lab） 他们在1947年11月底发明了晶 体管，并在12月16日正式宣布“晶 体管”诞生。1956年获诺贝尔物理 学奖。巴因所做的超导研究于1972 年第二次获得诺贝尔物理学奖。
2. 实践性
➢ 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
华成英 hchya@
五、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
➢ 基本概念：概念是不变的，应用是灵活的， “万 变不离其宗”。 ➢ 基本电路：构成的原则是不变的，具体电路是多种 多样的。 ➢ 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
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年一片集成电路 中有40亿个晶体管。有科学家预测，集成度还将按10倍/6年 的速度增长，到2015或2020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！
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1. 电子电路中信号的分类
“1”的倍数
➢数字信号：离散性
介于K与K+1之 间时需根据阈值 确定为K或K+1
“1”的电 压当量
任何瞬间的任何 值均是有意义的
模拟电子技术基础完整版
rD 正向约为几-几十
第一章
半导体器件
半导体物理基础知识
电子—空穴对 当T 或光线照射下,少数价电子因热激发而获得 足够的能量挣脱共价键的束缚 ,成为自由电子. 同时在原来的共价键中留下一个空位称 空穴 在本征半导体中电子和空穴是成对出现的 本征半导体在热或光照射作用下, 产生电子空穴对-----本征激发 T↑光照↑→电子-空穴对↑→导电能力↑ 所以 半导体的导电能力 与 T，光照 有关
§1.1 PN结及二极管
二 PN结的特征——单向导电性 1.正向特征—又称PN结正向偏置 外电场作用下多子 推向耗尽层，使耗尽 层变窄，内电场削弱 扩散 > 漂移 从而在外电路中出现 了一个较大的电流 称 正向电流
Vb
V
§1.1 PN结及二极管
在正常工作范围内，PN结上外加电压 只要有变化，就能引起电流的显著变化。 ∴ I 随 V 急剧上升，PN结为一个很 小的电阻（正向电阻小） 在外电场的作用下，PN结的平衡状态 被打破，使P区中的空穴和N区中的电子 都向PN结移动，使耗尽层变窄
单向导电 性
§1.1 PN结及二极管
3.PN结伏安特性表示式
Is —— 反向饱和电流
决定于PN结的材料，制造工艺、温度 UT =kT/q ---- 温度的电压当量或热电压 当 T=300K时, UT = 26mV K—波耳兹曼常数 T—绝对温度 q—电子电荷 u—外加电压 U 为反向时，且
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第1章 电子元器件基本知识
1.1 半导体基本知识 1.2 半导体二极管 1.3 半导体三极管 1.4 场效应管
1.1 半导体基本知识
1.1.1 半导体的特点
1.本征半导体 所谓本征半导体就是结构完整的、纯净的不掺杂任何杂质
的半导体。 2.自由电子和空穴
共价键中的电子不是自由的，不能自由运动。即本征半导 体是不导电的。
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1.3 半导体三极管
1.3.5 复合三极管
在放大电路中，有时单只三极管难以满足某些方面的特殊 要求，通常把两个或两个以上三极管按一定方式连接成一个电 路来达到所要求的参数，这个电路可以等效的看成一只参数特 别的管子，称为复合管。复合管又称达林顿管。 1.两只同类型（NPN或PNP）三极管组成的复合管
由于外加电源产生的电场与PN结内电场方向相同，加强了 内 电场，使PN结变宽，阻碍了P区和N区多数载流子向对方的扩散。 在外电场作用下，只有少数载流子形成了极为微弱的电流，称 为 反向电流。此时PN结处于反向截止状态。应当指出，反向电流 是 少数载流子由于热激发产生，因而反向电流受温度影响很大。
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1.4 场效应管
漏源击穿电压U(BR)DS 栅源击穿电压U(BR)GS 在实际使用中加在场效应管各电极之间的电压不允许超过 上述两个击穿电压，否则会损坏场效应管。 5.漏极最大允许耗散功率PDM 场效应管工作时要消耗电功率，继而转变成热能，使场效 应管的温度升高。所以场效应管在工作时实际消耗的功率不允 许超过PDM，否则会因温度过高而烧毁场效应管。
图1-6
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1.2 半导体二极管
2.类型 依据不同的分类方法，可对二极管的类型做以下归类：
（1）按制造材料分：有硅二极管、锗二极管等。 （2）按用途分：有整流、稳压、检波、开关等二极管。 （3）按结构分：有点接触型、面结型和平面型二极管。 （4）按功率分：有大功率、中功率、小功率二极管。 （5）按封装形式分：有金属封装和塑料封装二极管。
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2. 实践性
➢ 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
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五、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
➢ 基本概念：概念是不变的，应用是灵活的， “万 变不离其宗”。 ➢ 基本电路：构成的原则是不变的，具体电路是多种 多样的。 ➢ 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
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！
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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
考查解决问题的能力－－实践能力
综合应用所学知识的能力
清华大学 华成英 hchya@
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第一章 半导体二极管和三极管
华成英 hchya@
第一章 半导体二极管和三极管
§1.1 半导体基础知识 §1.2 半导体二极管 §1.3 晶体三极管
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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，
清华大学模拟电子技术基础精华版
（偷盜行為可恥）
以下是公司裡面出現的不好的現象： 1、公共场所随意扔垃圾 2、電視房垃圾亂丟
以下是公司裡面出現的不好的現象： 恶意损坏公共财物
以下是公司裡面出現的不好的現象： 吃饭不要浪废食物
道德與生活
從字義看兩者的意義與差別: 1、倫理的意義:
（2）电流负反馈型偏置电路
ICQ↑ →IEQ↑ →VEQ(=IEQ*RE)↑ ↓
ICQ↓← IEQ ↓← VBEQ(= VEQ -VEQ)↓
这种电路通过负反馈措施，增强了电路的稳定性，但VCEQ的变化 范围缩小了。
（3）分压式偏置电路
这种电路是负反馈型偏置电路的改进电路。基极电位固定，增强 了VBE对ICQ的调节作用，有利于Q点的进一步稳定。
ex. β=50
3. 晶体管放大状态的偏置电路
（1）固定偏流电路
这种电路简单，但外电路将IBQ固定，当温度变化或更换管子引起 β,ICBO改变时，由于外电路将IBQ固定，管子参数的改变都将集中反映 到ICQ,UCEQ的变化上。会造成工作点较大的漂移，甚至使管子进入饱 和或截止状态。工作点的稳定性差。
三区结构与掺杂
外部条件？ Je正偏， Jc反偏。
2020/1/11
电位关系： NPN：VC ＞ VB ＞ VE PNP：VC ＜ VB ＜ VE
二、内部载流子传输过程
忽略支流：
IE =IC+IB
IE
(1) 扩散 (2) 漂移 (3) IC
发射区
基区
集电区
Je 正偏
复 Jc 合 反偏
IB
另有支流： IEP 、 ICBO
2.1.6 基本要求
1.熟练掌握器件（三极管）的外特性、 主要参数。
《清华大学》模拟电子技术 复习与考试
复习与考试复习与考试一、考查什么二、复习什么三、怎样复习四、复习举例：集成运放应用电路一、考查什么•会看：电路的识别、定性分析。
–如是哪种电路：•共射、共基、共集、共源、共漏、差分放大电路及哪种接法•引入了什么反馈•比例、加减、积分、微分……运算电路•低通、高通、带通、带阻有源滤波器•单限、滞回、窗口电压比较器•正弦波、矩形波、三角波、锯齿波发生电路•OTL、OCL、BTL、变压器耦合乙类推挽功率放大电路•线性、开关型直流稳压电源…………–又如性能如何：•放大倍数的大小、输入电阻的高低、带负载能力的强弱、频带的宽窄•引入负反馈后电路是否稳定•输出功率的大小、效率的高低•滤波效果的好坏•稳压性能的好坏……•会算：电路的定量分析。
–例如求解•电压放大倍数、输入电阻、输出电阻•截止频率、波特图•深度负反馈条件下的放大倍数•运算关系•电压传输特性•输出电压波形及其频率和幅值•输出功率及效率•输出电压的平均值、可调范围•会选：根据需求选择电路及元器件–在已知需求情况下选择电路形式，例如：•是采用单管放大电路还是采用多级放大电路；是直接耦合、阻容耦合、变压器耦合还是光电耦合；是晶体管放大电路还是场效应管放大电路；是否用集成放大电路。
•是采用电压串联负反馈电路、电压并联负反馈电路、电流串联负反馈电路还是采用电流并联负反馈电路。
•是采用文氏桥振荡电路、LC正弦波振荡电路还是采用石英晶体正弦波振荡电路。
•是采用OTL、OCL、BTL电路还是变压器耦合乙类推挽电路•是采用电容滤波还是电感滤波•是采用稳压管稳压电路还是串联型稳压电路•会选：根据需求选择电路及元器件–在已知功能情况下选择元器件类型，例如：•是采用低频管还是高频管。
•是采用通用型集成运放还是采用高精度型、高阻型、低功耗……集成运放。
•采用哪种类型的电阻、电位器和电容–在已知指标情况下选择元器件的参数•电路中所有电阻、电容、电感等的数值；半导体器件的参数，如稳压管的稳定电压和耗散功率，晶体管的极限参数等。
模拟电子技术基础
2.3.2
图解法
熟练掌握
在特性曲线上，通过作图的方法对放大电路进行分析。 一.静态工作点的分析
输入特性曲线 输入回路方程：uBE=VBB-iBRb
输入回路的直流负载线
IBQ 、UBEQ
图解法
静态工作点的分析
输出回路的直流负载线
输出特性曲线
输出回路方程：uCE=VCC-iCRc
ICQ 、UCEQ
三.波形非线性失真的分析
VO I c ( Rc // RL ) AV Vi I b rbe ' I b ( Rc // RL ) RL r rbe I b be
VT Ro IT
Back
RL Vs 0
Rc
Home
Next
Ro
按定义：
由输入回路 由输出回路
Ui b (R b rbe ) I
U o c R c b R c I I
Uo Ro Io
US 0
微变等效电路法进行共射放大电路的动态分析 首先，画出交流通路，如图2.3.18所示。
VCC Rb C1 Rs + us – RL Rc C 2 Rc Rs + us – RL Rb
UBE ↓ (=UB-UE)
U BQ
动画：2-5射极偏置电路
Rb1 Vcc Rb1 Rb 2
Ｐ102：将输出量通过一定的方式引回到输 入回路来影响输入量的措施称为反馈。 由于反馈的结果使输出量的变化减小，称 为负反馈。 由于反馈出现在直流通路中，称为直流负 反馈。
关于放大电路中的反馈， 将在第六章进一步详细讨论。
4）rbe的近似表达式
U be I b rbb I e rbe
模拟电子技术(清华大学) 第10章
第十章数字电路基础本章主要内容：数字信号、计数制、逻辑关系、基本数字电路——逻辑门电路前进Created with SmartPrinter trail version10.1 数字电路概述1．模拟信号与数字信号模拟信号是指模拟自然现象（如温度、光照等）而得出的电流或电压，一般是连续、平滑变化的信号，也可能断续变化，但任一时刻都有各种可能的取值。
在时间上和取值上都是断续的，只有2个取值：高电平、低电平，分别用数字1、0表示。
Created with SmartPrinter trail version2．数字电路处理数字信号的电路叫数字电路，又叫逻辑电路。
数字电路分为：（逻辑）门电路（数字电路基本单元）、组合（逻辑）电路、时序（逻辑）电路等。
3．数字电路特点抗干扰性强、性能稳定、速度快、精度高、易于集成、成本低等。
Created with SmartPrinter trail version10.2 数制与码制1．十进制（decimal system）由十个基本数码0、1、2、3、4、5、6、7、8、9，任意数字均由这十个基本数码构成。
逢十进一、借一当十。
2．二进制（binary system）由两个基本数码0、1 ，任意数字均由这两个基本数码构成。
逢二进一、借一当二。
Created with SmartPrinter trail version4．十进制与二进制的互换（1）二进制转换为十进制（数码乘权相加）整数转换：(1011)2＝1×20+0×21+1×22+1×23＝(11)10小数转换：（(0.0101)2＝0×2-1=1×2-2+0×2-3+1×2-4＝(0.3125)10混合转换（整数部分和小数部分分别转换）(1011.0101)2＝(11.3125)10Created with SmartPrinter trail version（2）十进制转换为二进制①十进制整数转为二进制整数除2取余、商为0止、低位排列（11）10 ＝（1011）2②十进制小数转为二进制小数乘2取整、积为0止、高位排列（0.11）10 ＝（0.75）2注意，有乘不尽的情况。
模拟电子技术基础,清华大学出版第4章 模拟集成电
当信号从一个输入端输入时称为单端输入；从 两个输入端之间浮地输入时称为双端输入；当信号 从一个输出端输出时称为单端输出；从两个输出端 之间浮地输出时称为双端输出。因此，差动放大电 路具有四种不同的工作状态：双端输入，双端输出； 单端输入，双端输出；双端输入，单端输出；单端 输入，单端输出。
I C1 = I C 2 = I r − 2 I B = I r − 2
IC 2
当 β >> 2 时
IC 2 U CC − U BE U CC ≈ Ir = ≈ R R
β
表明改变基准电流Ir，输出电流 IC2也就改变，Ir与IC2之间就像一面镜 子，故称为镜像电流源电路或电流镜 电路。
4.2.2 比例电流源
当uo增加到一定值后 进入了正负饱和区。正饱 和区 uo = +U om ≈ +U CC ， 负饱和区 。 uo = −U om ≈ −U EE
4.2 电流源电路 4.2.1 镜像电流源
特点是T1和T2两管的参数完全一致。尽管T1集电极和 基极被短接，集电结在零偏置情况下依靠内电场的作用下 仍具有吸引电子的能力。因此两管的集电极电流相等。
ri = 2rbe
ro = 2RC
4）共模抑制比 K CMR
对差动放大电路而言，差模信号是有用信号，共模信 号是零点漂移或干扰等原因产生的无用附加信号。为了衡 量差分放大电路放大差模信号和抑制共模信号的能力，通 常把差分放大电路的差模电压放大倍数Aud与共模电压放大 倍数的Auc比值作为评价其性能优劣的主要指标，称为共模 抑制比，记作 K CMR
差模电压增益
′ uod1 − uod2 2uod1 RL Aud = = = Aud1 = Aud2 = − β ui1 − ui2 2ui1 rbe
清华大学《模拟电子技术基础》习题解答与答案
1、13选用β＝100、ICBO＝10μA的管子,其温度稳定性好。
1、14
1、15晶体管三个极分别为上、中、下管脚,答案如表
管号
T1
T2
T3
T4
T5
T6
上
e
c
e
b
c
b
中
b
b
b
e
e
e
下
c
e
c
c
b
c
管型
PNP
NPN
NPN
PNP
PNP
NPN
材料
Si
Si
Si
Ge
Ge
Ge
1、16当VBB＝0时,T截止,uO＝12V。
六、
习题
2、1e b c大大中大
c b c小大大小
b e c大小小大
2、2(a)将－VCC改为＋VCC。(b)在＋VCC与基极之间加Rb。
(c)将VBB反接,且加输入耦合电容。
(d)在VBB支路加Rb,在－VCC与集电极之间加Rc。
2、3图P2、3所示各电路的交流通路;将电容开路即为直流通路,图略。
(g)NPN型管,上-集电极,中-基极,下-发射极。
(c)输入端加耦合电容(d)在Rg支路加－VGG,＋VDD改为－VDD
2、21(1)在转移特性中作直线uGS＝－iDRS,与转移特性的交点即为Q点;读出坐标值,得出IDQ＝1mA,UGSQ＝－2V。
在输出特性中作直流负载线uDS＝VDD－iD(RD＋RS),与UGSQ＝－2V的那条输出特性曲线的交点为Q点,UDSQ≈3V。
2、6(1)6、4V (2)12V (3)0、5V (4)12V (5)12V
清华大学《模拟电子技术基础》习题解答与答案
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。
六、1、V2V mA6.2 A μ26V C C CC CE B C bBEBB B =-====-=R I U I I R U I βU O ＝U CE ＝2V 。
2、临界饱和时U CES ＝U BE ＝0.7V ，所以Ω≈-====-=k 4.45V μA6.28mA86.2V BBEBB b CB c CESCC C I U R I I R U I β七、T 1：恒流区；T 2：夹断区；T 3：可变电阻区。
习题1.1（1）A C （2）A （3）C （4）A1.2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。
1.3 u i 和u o 的波形如图所示。
tt1.4 u i 和u o 的波形如图所示。
1.5 u o 的波形如图所示。
1.6 I D ＝（V －U D ）/R ＝2.6mA ，r D ≈U T /I D ＝10Ω，I d ＝U i /r D ≈1mA 。
1.7 （1）两只稳压管串联时可得1.4V 、6.7V 、8.7V 和14V 等四种稳压值。
（2）两只稳压管并联时可得0.7V 和6V 等两种稳压值。
1.8 I ZM ＝P ZM /U Z ＝25mA ，R ＝U Z /I DZ ＝0.24～1.2k Ω。
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11、不为五斗米折腰。 12、芳菊开林耀，青松冠岩列。怀此 贞秀姿 ，卓为 霜下杰 。
13、归去来兮，田蜀将芜胡不归。 14、、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
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模拟电子技术基础习题及答案(清华大学出版社)
第一章 半导体器件1-1 当T=300K 时，锗和硅二极管的反向饱和电流I S 分别为1A μ和0.5pA 。
如将此两个二极管串联起来，有1μA 的正向电流流过，试问它们的结电压各为多少？ 解：二极管正偏时，TD U U S eI I ≈ ， ST D I I lnU U ≈ 对于硅管：m V 6.179A1m A1ln m V 26U D =μ≈ 对于锗管：m V 8.556pA5.0m A1ln m V 26U D =≈1-2 室温27C 时，某硅二极管的反向饱和电流I S =0.1pA 。
（1）当二极管正偏压为0.65V 时，二极管的正向电流为多少？（2）当温度升至67C 或降至10C -时，分别计算二极管的反向饱和电流。
此时，如保持（1）中的正向电流不变，则二极管的正偏压应为多少？ 解：（1）m A 2.7e 101.0eI I mA26mA 65012U U S TD =⨯⨯=≈-（2）当温度每上升10℃时，S I 增加1倍，则pA107.72101.02)27(I )10(I pA6.12101.02)27(I )67(I 37.312102710SS 412102767S S -------⨯=⨯⨯=⨯=-=⨯⨯=⨯=T=300k(即27℃)，30026q K mA 26300qKq KT )27(U T ==⨯==即则67℃时，mA7.716pA 107.7mA2.7ln 8.22U ,C 10mA7.655pA6.1mA 2.7ln 5.29U ,C 67mV8.2226330026)10(U mV 5.2934030026)67(U 3D D T T =⨯=-===⨯=-=⨯=-时时1-3 二极管电路如图P1-3（a ）所示，二极管伏安特性如图P1-3（b ）所示。
已知电源电压为6V ，二极管压降为0.7伏。
试求： （1）流过二极管的直流电流；（2）二极管的直流电阻D R 和交流电阻D r 。
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第一章 半导体器件1-1 当T=300K 时，锗和硅二极管的反向饱和电流I S 分别为1A μ和0.5pA .如将此两个二极管串联起来,有1μA 的正向电流流过,试问它们的结电压各为多少？ 解：二极管正偏时，TD U U S eI I ≈ , ST D I I lnU U ≈ 对于硅管：m V 6.179A1m A1ln m V 26U D =μ≈ 对于锗管：m V 8.556pA5.0m A1ln m V 26U D =≈1-2 室温27C 时，某硅二极管的反向饱和电流I S =0。
1pA 。
（1）当二极管正偏压为0。
65V 时，二极管的正向电流为多少？(2）当温度升至67C 或降至10C -时,分别计算二极管的反向饱和电流。
此时，如保持（1）中的正向电流不变,则二极管的正偏压应为多少？ 解：（1）m A 2.7e 101.0eI I mA26mA 65012U U S TD =⨯⨯=≈-（2）当温度每上升10℃时,S I 增加1倍，则pA107.72101.02)27(I )10(I pA6.12101.02)27(I )67(I 37.312102710SS 412102767S S -------⨯=⨯⨯=⨯=-=⨯⨯=⨯=T=300k （即27℃),30026q K mA 26300qKq KT )27(U T ==⨯==即则67℃时，mA7.716pA 107.7mA2.7ln 8.22U ,C 10mA7.655pA6.1mA 2.7ln 5.29U ,C 67mV8.2226330026)10(U mV 5.2934030026)67(U 3D D T T =⨯=-===⨯=-=⨯=-时时1-3 二极管电路如图P1—3（a ）所示，二极管伏安特性如图P1-3（b ）所示.已知电源电压为6V ,二极管压降为0.7伏。
试求： （1)流过二极管的直流电流;(2）二极管的直流电阻D R 和交流电阻D r 。
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结电容不是常量！若PN结外加电压频率高到一定程 度，则失去单向导电性！
清华大学 华成英
华成英
问题
• 为什么将自然界导电性能中等的半导体材料制 成本征半导体，导电性能极差，又将其掺杂， 改善导电性能？
• 为什么半导体器件的温度稳定性差？是多子还 是少子是影响温度稳定性的主要因素？
第一个集成电路及其发明者 （ Jack Kilby from TI ）
1958年9月12日，在德州仪器公司 的实验室里，实现了把电子器件集成 在一块半导体材料上的构想。42年以 后， 2000年获诺贝尔物理学奖。 “为现代信息技术奠定了基础”。
华成英
二、模拟信号与模拟电路
1. 电子电路中信号的分类
➢ 实际工程需要证明其可行性。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。 定量分析为“估算”。
➢ 近似分析要“合理”。 抓主要矛盾和矛盾的主要方面。 ➢ 电子电路归根结底是电路。不同条件下构造不同模型。
2. 实践性
➢ 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
有利于漂移运动，形成漂移电 流。由于电流很小，故可近似 认为其截止。
华成英
四、PN 结的电容效应
1. 势垒电容
PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变 化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电相 同，其等效电容称为势垒电容Cb。
2. 扩散电容
PN结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流子 的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的 过程，其等效电容称为扩散电容Cd。
• 如何判断二极管的工作状态？ • 什么情况下应选用二极管的什么等效电路？
模拟电子技术清华大学
返 1回1
二. 时间安排
学习时间——1学年
上半年：模拟部分 下半年： 数字部分
三.学习注意事项
电路图多、内容分散、误差较大
课程特点
计算简单、实用性强
掌握电路的构成原则、记住几个典型电路
学习方法
及时总结及练习、掌握近似原则、与实验有机结合
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第一编 模拟部分
第一章 半导体器件 第二章 基本放大电路 第三章 放大电路的频率特性 第四章 集成运算放大器
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二. 电子器件的产生
• 电子器件是按照“电子管——晶体 管——集成电路”的顺序，逐步发展起 来的。
电子管
晶体管 集成电路
7
二. 电子器件的产生
1. 真空电子管的发明：
真空二极管——1904年（美）Fleming 真空三极管——1906年（美）Leede Forest
2.晶体管的产生
晶体管Transistor——1947（美） Shockley、
动态分析输入电阻ribrberirbe1较小输出电阻rororc263性能组态共射组态共集组态共基组态aiauriro频率响应场效应管具有输入电阻高的特点是电压控制器件即用栅源电压ugs控制漏极电流id静态分析ui估算法ugs静态分析ui图解法udsrd直流负载线和ugs负载线的交点即为利用全微分求得ig271igudsrds其中271igudsrdsrds较大几百微变等效电路分析场效应管放大器271首先得出交流通路直流电源短路微变等效电路分析场效应管放大器271首先得出交流通路直流电源短路再得出放大器微变等效电路微变等效电路分析场效应管放大器271首先得出交流通路直流电源短路再得出放大器微变等效电路求解动态量uiugsuogmugsrdauuouirdgmrdro静态分析272估算法ugsr1vddr1rs再有rg上电流为零联立便得到gsud静态分析先由ugsr1vddr1r2idrs在转移特性上作直流负载线得到q点从而得出id图解法再由udsidrdrs在输出特性上作直流负载线得到q点从而得出id272首先得出交流通路直流电源短路272首先得出交流通路直流电源短路再得出放大器微变等效电路272首先得出交流通路直流电源短路再得出放大器微变等效电路求解动态量uiugsuogmugsrlauuouirdgmrlrir1r2ro阻容耦合281变压器耦合281直接耦合281级间电平配置问题采用如下几种方式来改进电路前后级直接连接静态工作点互相影响如第二级的ube07v则第一级的uce07v致使第一级三极管饱和整个电路不能正常放大
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综合应用所学知识的能力
清华大学 华成英 hchya@
第一章 半导体二极管和三极管
第一章 半导体二极管和三极管
§1.1 半导体基础知识 §1.2 半导体二极管 §1.3 晶体三极管
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ1 半导体基础知识
一、本征半导体 二、杂质半导体 三、PN结的形成及其单向导电性 四、PN结的电容效应
➢ 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。 定量分析为“估算”。
➢ 近似分析要“合理”。 抓主要矛盾和矛盾的主要方面。 ➢ 电子电路归根结底是电路。不同条件下构造不同模型。
2. 实践性
➢ 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
第一片集成电路只有4个晶体管，而1997年一片集成电路 中有40亿个晶体管。有科学家预测，集成度还将按10倍/6年 的速度增长，到2015或2020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！
值得纪念的几位科学家！
第一只晶体管的发明者
（by John Bardeen , William Schockley and Walter Brattain in Bell Lab） 他们在1947年11月底发明了晶 体管，并在12月16日正式宣布“晶 体管”诞生。1956年获诺贝尔物理 学奖。巴因所做的超导研究于1972 年第二次获得诺贝尔物理学奖。
第一个集成电路及其发明者 （ Jack Kilby from TI ）
1958年9月12日，在德州仪器公司 的实验室里，实现了把电子器件集成 在一块半导体材料上的构想。42年以 后， 2000年获诺贝尔物理学奖。 “为现代信息技术奠定了基础”。
二、模拟信号与模拟电路
1. 电子电路中信号的分类
“1”的倍数
• 网络：路由器、ATM交换机、收发器、调制解调器
• 工业：钢铁、石油化工、机加工、数控机床
• 交通：飞机、火车、轮船、汽车
• 军事：雷达、电子导航
• 航空航天：卫星定位、监测
• 医学：γ刀、CT、B超、微创手术
• 消费类电子：家电（空调、冰箱、电视、音响、摄像机、照 相机、电子表）、电子玩具、各类报警器、保安系统
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！
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
无杂质 稳定的结构
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
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。
三、电子信息系统的组成
传感器 接收器
隔离、滤 波、放大
运算、转 换、比较
功放
执行机构
信号的 提取
信号的 预处理
信号的 加工
信号的驱 动与执行
模拟电子电路
A/D转换
模拟电子系统 数字电子电路（系统）
计算机或其 它数字系统
D/A转换
模拟-数字混合电子电路
四、模拟电子技术基础课的特点
1、工程性
➢ 实际工程需要证明其可行性。强调定性分析。
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
半导体元器件的发展
• 1947年 • 1958年 • 1969年 • 1975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
五、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
➢ 基本概念：概念是不变的，应用是灵活的， “万 变不离其宗”。
➢ 基本电路：构成的原则是不变的，具体电路是多种 多样的。
➢ 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
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，
➢数字信号：离散性
介于K与K+1之 间时需根据阈值 确定为K或K+1
“1”的电 压当量
任何瞬间的任何 值均是有意义的
➢ 模拟信号：连续性。大多数物理量为模拟信号。
2. 模拟电路
➢ 模拟电路是对模拟信号进行处理的电路。 ➢ 最基本的处理是对信号的放大，有功能和性能各异的放 大电路。 ➢ 其它模拟电路多以放大电路为基础。
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。 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。
模拟电子技术基础
清华大学 华成英
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
一、电子技术的发展
电子技术的发展，推动计算机技术的发展，使之“无 孔不入”，应用广泛！
• 广播通信：发射机、接收机、扩音、录音、程控交换机、电 话、手机