模拟电子技术基本教程 - 华成英主编 (1)
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 第四版 习题解答
图T1.3解：U O1=1.3V , U O2=0V , U O3=-1.3V , U O4=2V , U O5=1.3V , U O6=-2V 。
四、已知稳压管的稳压值U Z =6V ，稳定电流的最小值I Zmin =5mA 。
求图Tl.4 所示电路中U O1和U O2各为多少伏。
(a) (b)图T1.4解：左图中稳压管工作在击穿状态，故U O1=6V 。
右图中稳压管没有击穿，故U O2=5V 。
五、电路如图T1.5所示，V CC =15V ，?=100，U BE =0.7V 。
试问：(1)R b =50k ?时，U o=?(2)若T 临界饱和，则R b =?解：(1)26BB BE B bV U I A R μ-==， 2.6C B I I mA β==,2O CC C c U V I R V =-=。
图T1.5(2)∵ 2.86CC BE CS cV U I mA R -==， /28.6BS CS I I A βμ== ∴45.5BB BE b BSV U R k I -==Ω 六、测得某放大电路中三个MOS 管的三个电极的电位如表Tl.6 所示，它们的开启电压也在表中。
试分析各管的工作状态（截止区、恒流区、可变电阻区），并填入表内。
图P1.2 解图P1.2解：i u 与o u 的波形如解图Pl.2所示。
1.3电路如图P1.3所示，已知t u i ωsin 5=(V )，二极管导通电压U D =0.7V 。
试画出i u 与o u 的波形图，并标出幅值。
图P1.3 解图P1.3解：波形如解图Pl.3所示。
1.4电路如图P1.4所示, 二极管导通电压U D =0.7V ,常温下mV U T 26≈，电容C 对交流信号可视为短路；i u 为正弦波，有效值为10mV 。
试问二极管中流过的交流电流的有效值为多少？解：二极管的直流电流其动态电阻:/10D T D r U I ≈=Ω 图P1.4故动态电流的有效值：/1d i D I U r mA =≈1.5现有两只稳压管，稳压值分别是6V 和8V ，正向导通电压为0.7V 。
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(第四版)第1章
ID
理想二极管符号 UD
(V)
ID
开关模型等效电路
0.7V 0 0.7
0
UD
(V)
（a）理想模型 特性 ）理想模型VA特性
（b）开关模型 特性 ）开关模型VA特性
3、折线模型：正向导通时。相 、折线模型：正向导通时。 当于理想二极管串联一个等效 和一个电压源U 电阻rD和一个电压源 ON ，特 性曲线如图（ 所示 所示。 性曲线如图（c)所示。
二极管的伏安特性仍可由 二极管的伏安特性仍可由
iD = IS (e
近似描述。 近似描述。
UD / UT
−1)
D E
导通电压
IS：反向饱和电流 UT：电压当量，室温下26mV
IR
反向 漏电
开启电压 Uon
开启电压 导通电压
硅二极管 0 .5 V 0 . 6 ~ 0 .8 V (取 0 .7 V )
锗二极管 0 .1 V 0 . 2 ~ 0 .3 V (取 0 .3 V )
发射区：发射载流子 发射区： 集电区： 集电区：收集载流子 基区： 基区：传送和控制载流子 为例） （以NPN为例） 为例
演示
载流子的传输过程
以上看出，三极管内有两种载流子 自由电子 自由电子和 以上看出，三极管内有两种载流子(自由电子和空 参与导电， 穴)参与导电，故称为双极型三极管－BJT (Bipolar 参与导电 故称为双极型三极管－ Junction Transistor)。 。
二极管伏安特性与温度T的关系： 二极管伏安特性与温度T的关系：
的增加而增加 所以二极管的正向压降 增加， 的增加而降低 降低。 由于IS随T 的增加而增加，所以二极管的正向压降VF随T 的增加而降低。 一般线性减少2 2.5mV/C° 一般线性减少2～2.5mV/C° （利用该特性，可以把二极管作为温度传感器） 利用该特性，可以把二极管作为温度传感器）
模电课件-第1章-精选文档
直（交）流→交（直）流。
（5）信号发生电路：产生正弦、三角、矩形波等。 （6）直流电源：将交流电转换成不同输出电压和电流的 直流电。
33 MHz
目录
Analog Electronics
1
导言
33 MHz
2 运算放大器 3 二极管及其基本电路 4 晶体三极管及放大电路基础 5 场效应管放大电路 6 模拟集成电路 7 反馈放大电路 8 信号的运算和滤波 9 波形的发生与变换电路 10 直流稳压电源
信号的 信号的 信号的
信号的
提取
传感器 接收器
预处理
隔离、滤波 放大、阻抗 变换
加工
运算、转 换、比较
执行
功率放大 A/D转换
33 MHz
图1.2.1电子信息系统示意图
Analog Electronics
1.2.3
电子信息系统中的模拟电路
信号的 预处理 信号的 加工 信号的 执行
信号的 提取
（1）放大电路：用于信号的电压、电流或功率放大。 （2）滤波电路：用于信号的提取、变换或抗干扰。
Analog Electronics
模拟电子技术基本教程 Fundamentals of Analog Electronics 华成英 主编
33 MHz
Analog Electronics 1. 电子技术的发展简史
电子技术诞生的历史虽短，但深入的领域却是最深最广， 它不仅是现代化社会的重要标志，而且成为人类探索宇宙宏观 世界和微观世界的物质技术基础。 1904年第一只电子器件发明以来，世界电子技术经历了 电子管、晶体管和集成电路等重要发展阶段。
模电4版华成英课件0模拟电子技术基础课绪论
02
03
二极管
利用半导体材料制成的单 向导电元件，可用于整流 、检波等电路。
三极管
利用半导体材料制成的多 电极元件，可用于放大、 开关等电路。
集成电路
多个半导体器件集成在一 块芯片上，具有小型化、 高性能、低成本等特点。
电子器件的工作原理
01
电子器件的工作基础是电子的运 动和相互作用，通过控制电子的 运动和相互作用来实现电子器件 的功能。
学习目标
知识目标
掌握模拟电子技术的基本概念、 电路分析方法、放大器、振荡器
、滤波器等基本知识。
能力目标
能够运用所学知识进行模拟电子 电路的分析、设计和实验操作。
素质目标
培养团队协作精神、创新思维和 实践能力，提高解决实际问题的
能力。
学习要求
课前预习
学生需提前预习相关课程内容，了解基本概念和知识点。
音频处理
模拟电子技术在音频处理领域 应用广泛，如音频放大、录音
、混音等。
视频处理
模拟电子技术在视频处理领域 也得到了广泛应用，如电视信 号的传输、视频信号的放大和 处理等。
控制系统
模拟电子技术可以用于各种控 制系统的设计和优化，如温度 控制、压力控制等。
测量仪器
模拟电子技术也广泛应用于各 种测量仪器中，如示波器、信
模电4版华成英课件0模 拟电子技术基础课绪论
目录 CONTENT
• 绪论 • 模拟电子技术概述 • 电子器件基础 • 模拟电路基础 • 课程安排与学习目标
01
绪论
课程背景
模拟电子技术是电子工程学科的重要基础课程，为后续专业课程的学习奠定基础。
随着电子技术的不断发展，模拟电子技术在通信、计算机、医疗等领域的应用越来 越广泛，掌握模拟电子技术对于专业发展具有重要意义。
清华大学华成英教授的模拟电子技术基础课件
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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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”。
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3、本征半导体中的两种载流子
运载电荷的粒子称为载流子。 外加电场时，带负电的自由电 子和带正电的空穴均参与导电， 且运动方向相反。由于载流子数 目很少，故导电性很差。 温度升高，热运动加剧，载 流子浓度增大，导电性增强。 热力学温度0K时不导电。 两种载流子
大功率 二极管
稳压 二极管
发光 二极管
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一、二极管的组成
点接触型：结面积 小，结电容小，故结 允许的电流小，最高 工作频率高。
面接触型：结面积 大，结电容大，故结 允许的电流大，最高 工作频率低。
平面型：结面积可小、 可大，小的工作频率 高，大的结允许的电 流大。
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！
模拟电子技术基础完整(第三版)童诗白、华成英(全)ppt课件
变化。
二极管
二、本征半导体的晶体结构
完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导体
称为本征半导体
+4
+4
+4
将硅或锗材料提
纯便形成单晶体，
共 价
它的原子结构为 键
+4
+4
价 电 子
+4
共价键结构。
+4
当温度 T = 0 K 时，半导 体不导电，如同绝缘体。 图 1.1.1
+4
+4
本征半导体结构示意图
(a)N 型半导体
(b) P 型半导体
图 杂质半导体的的简化表示法
1.1.3 PN结
在一块半导体单晶上一侧掺杂成为 P 型半导体，另 一侧掺杂成为 N 型半导体，两个区域的交界处就形成了 一个特殊的薄层，称为 PN 结。
一、PN 结的形成
P
PN结
N
图 PN 结的形成
PN 结中载流子的运动
1. 扩散运动
本征半导体掺入 5 价元素后，原来晶体中的某些 硅原子将被杂质原子代替。杂质原子最外层有 5 个价 电子，其中 4 个与硅构成共价键，多余一个电子只受 自身原子核吸引，在室温下即可成为自由电子。
+4
+4
+4
自由电子
+4
+45
+4
施主原子
+4
+4
+4
图 1.1.3 N 型半导体
5 价杂质原子称为施主原子。
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
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
感谢观看
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)。
清华大学模拟电子技术课件第一章华成英
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。正确识别电路是分析电路的基础。 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. P型半导体
3
硼（B）
多数载流子 P型半导体主要靠空穴导电， 掺入杂质越多，空穴浓度越高， 导电性越强， 在杂质半导体中，温度变化时， 载流子的数目变化吗？少子与多 子变化的数目相同吗？少子与多 子浓度的变化相同吗？
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三、PN结的形成及其单向导电性
多子浓度高
多子浓度很 低，且很薄
面积大
晶体管有三个极、三个区、两个PN结。
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二、晶体管的放大原理
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3、本征半导体中的两种载流子
运载电荷的粒子称为载流子。 外加电场时，带负电的自由电 子和带正电的空穴均参与导电， 且运动方向相反。由于载流子数 目很少，故导电性很差。 温度升高，热运动加剧，载 流子浓度增大，导电性增强。 热力学温度0K时不导电。
两种载流子
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 UT，则i IS
2. 伏安特性受温度影响 反向特性为横轴的平行线
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 ）。
模拟电子技术基本教程 - 华成英主编 (1)
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）
5
2. P型半导体
3
硼（B）
多数载流子 P型半导体主要靠空穴导电， 掺入杂质越多，空穴浓度越高， 导电性越强， 在杂质半导体中，温度变化时， 载流子的数目变化吗？少子与多 子变化的数目相同吗？少子与多 子浓度的变化相同吗？
• 为什么半导体器件有最高工作频率？
11
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
12
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
发光 二极管
13
一、二极管的组成
漂移运动
因电场作用所产 生的运动称为漂移 运动。
参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同，达到动态 平衡，就形成了PN结。
8
PN 结的单向导电性
PN结加正向电压导通： 耗尽层变窄，扩散运动加
剧，由于外电源的作用，形 成扩散电流，PN结处于导通 状态。
P必N要结吗加？反向电压截止： 耗尽层变宽，阻止扩散运动，
Q越高，rd越小。
静态电流
19
五、基本应用电路
1.整流电路 整流电路是利用二极管的单向导电作用，将交流电变
成直流电的电路。
20
全波整流
+
-
+
-
+
ee22-
~220V
+
ee2-2’’
Udc≈0.9E2
模拟电子技术基础(第四版)_华成英_518页
清华大学 华成英 hchya@
华成英 hchya@
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
反向饱 和电流
开启 电压
温度的 电压当量
反向饱和电流 1µA以下 几十µA
华成英 hchya@
华成英 hchya@
利用Multisim测试二极管伏安特性
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从二极管的伏安特性可以反映出： 1. 单向导电性 u UT i I ( e 1) 正向特性为 S
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二、模拟信号与模拟电路
1. 电子电路中信号的分类
数字信号：离散性 “1”的电 压当量 “1”的倍数
介于K与K+1之 间时需根据阈值 确定为K或K+1
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。
• 广播通信：发射机、接收机、扩音、录音、程控交换机、电 话、手机 • 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
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
《模拟电子技术基础》详细习题答案童诗白,华成英版,高教版)章 放大电路的频率响应题解
精品行业资料，仅供参考，需要可下载并修改后使用！第五章 放大电路的频率响应自 测 题一、选择正确答案填入空内。
（1）测试放大电路输出电压幅值与相位的变化，可以得到它的频率响应，条件是 。
A.输入电压幅值不变，改变频率B.输入电压频率不变，改变幅值C.输入电压的幅值与频率同时变化（2）放大电路在高频信号作用时放大倍数数值下降的原因是 ，而低频信号作用时放大倍数数值下降的原因是 。
A.耦合电容和旁路电容的存在B.半导体管极间电容和分布电容的存在。
C.半导体管的非线性特性D.放大电路的静态工作点不合适（3）当信号频率等于放大电路的f L 或f H 时，放大倍数的值约下降到中频时的 。
A.0.5倍B.0.7倍C.0.9倍 即增益下降 。
A.3dBB.4dBC.5dB（4）对于单管共射放大电路，当f ＝ f L 时，o U 与iU 相位关系是 。
A.＋45˚B.－90˚C.－135˚当f ＝ f H 时，o U 与iU 的相位关系是 。
A.－45˚ B.－135˚ C.－225˚ 解：（1）A （2）B ，A （3）B A （4）C C二、电路如图T5.2所示。
已知：V C C ＝12V ；晶体管的C μ＝4pF ，f T = 50MHz ，'bb r ＝100Ω, β0＝80。
试求解：（1）中频电压放大倍数smu A ； （2）'πC ；（3）f H 和f L ；（4）画出波特图。
图T5.2解：（1）静态及动态的分析估算：∥178)(mA/V2.69k 27.1k 27.1k 17.1mV26)1(V 3mA 8.1)1(Aμ 6.22c m bee b'i s ismTEQ m b be i e b'bb'be EQe b'c CQ CC CEQ BQ EQ bBEQCC BQ -≈-⋅+=≈=Ω≈=Ω≈+=Ω≈+=≈-=≈+=≈-=R g r r R R R A U I g R r R r r r I r R I V U I I R U V I u ββ（2）估算'πC ：pF1602)1(pF214π2)(π2μc m 'μTe b'0μπe b'0T ≈++=≈-≈+≈C R g C C C f r C C C r f πππββ（3）求解上限、下限截止频率：Hz14)π(21kHz 175π21567)()(i s L 'πH s b b'e b'b s b b'e b'≈+=≈=Ω≈+≈+=CR R f RC f R r r R R r r R ∥∥∥（4）在中频段的增益为dB 45lg 20sm ≈u A频率特性曲线如解图T5.2所示。
《模拟电子技术基础》习题答案_第四版(童诗白、华成英)高等教育出版社
1第1章习题及答案1.1．在图题1.1所示的各电路图中E ＝5V ，t u i ωsin 10=V ，二极管的正向压降可忽略不计，试分别画出输出电压o u 的波形。
uu ouu o图题1.1解：（a ）图：当i u > E 时，o u = E ，当i u < E 时，i o u u =。
（b ）图：当i u < E 时，o i u u =；当i u > E 时，E u o =。
（c ）图：当i u < E 时，E u o =；当i u > E 时，i o u u =。
（d ）图：当i u > E 时，i o u u =；当i u < E 时，E u o =。
画出o u 波形如图所示。
2Vu i /u o /u o /u o /u o /1.2．有两个稳压管D Z1和D Z2，其稳定电压分别为 5.5V和8.5V，正向压降都是0.5V 。
如果要得到0.5V ，3V，6V ，9V和14V几种稳定电压，问这两个稳压管（还有限流电阻）应如何连接？画出各个电路。
解：各电路图如图所示。
(a)0.5V ；(b)3V ；(c)6V ；(d)9V ；(e)14V 。
uu(a)(b)u u u(c) (d) (e)1.3．在如图题1.3所示的发光二极管的应用电路中若输入电压为1.0V 试问发光二极管是否发光，为什么？3图题1.3解：若输入电压U I =1.0V ，发光二极管不发光，因为发光二极管正向工作电压为2～2.5V 。
1.4．光电二极管在电路中使用时，是正向连接还是反向连接？解：光电二极管在电路中使用时，是反向连接，因为光电二极管工作在反偏状态，它的反向电流随光照强度的增加而上升，用于实现光电转换功能。
1.5．某二极管的管壳标有电路符号，如图所示，已知该二极管是好的，万用表的欧姆档示意图如图题1.5所示，（1）在测二极管的正向电阻时，两根表笔如何连接？（2）在测二极管的反向电阻时，两根表笔又如何连接？（3）两次测量中哪一次指针偏转角度大？偏转角度大的一次的阻值小还是阻值大？图题1.5解：（1）在测二极管的正向电阻时，黑表笔接正极，红表笔接负极。
模拟电子技术基础(第四版)课件 童诗白
莆田学院三电教研室－－模拟电路多媒体课件
第一章 常用半导体器件
1.2 半导体二极管
在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。 二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型
图1.2.1二极管的几种外形
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第一章 常用半导体器件
+4
+45
+4
施主原子
+4
+4
+4
图 1.1.3 N 型半导体
5 价杂质原子称为施主原子。
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第一章 常用半导体器件
自由电子浓度远大于空穴的浓度，即 n >> p 。 电子称为多数载流子(简称多子)， 空穴称为少数载流子(简称少子)。
莆田学院三电教研室－－模拟电路多媒体课件
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说明：
第一章 常用半导体器件
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。
(a)N 型半导体
第一章 常用半导体器件
二、 P 型半导体
在硅或锗的晶体中掺入少量的 3 价杂质元素，如 硼、镓、铟等，即构成 P 型半导体。
+4
+4
+4
3 价杂质原子称为
空穴
受主原子。
+4
+34
+4 受主
空穴浓度多于电子
原子
模拟电子技术基础(第四版)_华成英_518页
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，产生内电场。
华成英 hchya@
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。 漂移运动 因电场作用所产 生的运动称为漂移 运动。
2. P型半导体
多数载流子 P型半导体主要靠空穴导电， 掺入杂质越多，空穴浓度越高， 导电性越强，
3
在杂质半导体中，温度变化 时，载流子的数目变化吗？少子 与多子变化的数目相同吗？少子 与多子浓度的变化相同吗？
硼（B）
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三、PN结的形成及其单向导电性
华成英 hchya@
§1 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
华成英 hchya@
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。 无杂质 稳定的结构
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。
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。
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。
漂移运动
因电场作用所产 生的运动称为漂移 运动。
参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同，达到动态 平衡，就形成了PN结。
PN 结的单向导电性
PN结加正向电压导通： 耗尽层变窄，扩散运动加
剧，由于外电源的作用，形 成扩散电流，PN结处于导通 状态。
P必N要结吗加？反向电压截止： 耗尽层变宽，阻止扩散运动，
• 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
发光 二极管
一、二极管的组成
点接触型：结面积小， 面接触型：结面积大， 平面型：结面积可小、
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）
2. P型半导体
3
硼（B）
多数载流子
P型半导体主要靠空穴导电， 掺入杂质越多，空穴浓度越高， 导电性越强，
在杂质半导体中，温度变化时， 载流子的数目变化吗？少子与多 子变化的数目相同吗？少子与多 子浓度的变化相同吗？
3、本征半导体中的两种载流子
运载电荷的粒子称为载流子。 外加电场时，带负电的自由电 子和带正电的空穴均参与导电， 且运动方向相反。由于载流子数 目很少，故导电性很差。 温度升高，热运动加剧，载 流子浓度增大，导电性增强。 热力学温度0K时不导电。
两种载流子
二、杂质半导体
1. N型半导体
5
多数载流子
3.1 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
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。
结电容： Cj Cb Cd
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 hchya@
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？
2. 伏安特性受温度影响 反向特性为横轴的平行线
T（℃）↑→在电流不变情况下管压降u↓ →反向饱和电流IS↑，U(BR) ↓ 增大1倍/10℃
T（℃）↑→正向特性左移，反向特性下移
三、二极管的主要参数
• 最大整流电流IF：二极管长期使用时，允许流过二极管 的最大正向平均电流。
• 最大反向工作电压UR：允许外加的最大反向电压，手册 上给出的最高反向工作电压一般是UBR的一半。
• 反向电流 IR：在室温下，在二极管两端加上规定的反向 电压时，流过管子的反向电流。反向电流大，说明管子 的单向导电性差，因此反向电流越小越好。
• 最高工作频率fM：二极管工作的上限频率。因PN结有 电容效应
四、二极管的等效电路
1. 将伏安特性折线化
导通时△i与△u 成线性关系
理想 二极管
理想开关 导通时 UD＝0 截止时IS＝0
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 UT，则i ISeUT
若反向电压 u UT，则i IS
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。
近似分析 中最常用
导通时UD＝Uon 截止时IS＝0
应根据不同情况选择不同的等效电路！
100V？5V？1V？
？ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2. 微变等效电路
当二极管在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极 管等效为一个电阻，称为动态电阻，也就是微变等效电路。
ui=0时直流电源作用
小信号作用
1 iD diD d IS euD /UT 1 IS euD /UT ID
结电容小，故结允许 结电容大，故结允许 可大，小的工作频率
的电流小，最高工作 的电流大，最高工作 高，大的结允许的电
频率高。
频率低。
流大。
二、二极管的伏安特性及电流方程
二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。
i f (u)
u
i IS (eUT 1) (常温下UT 26mV)
击穿 电压
温度的 电压当量