《经典模电解析》PPT课件

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二、本征激发
1.载流子、自由电子和空穴
在绝对0度(T=0K)和没有外界激发时,价电
子完全被共价键束缚着,本征半导体中没有可以 运动的带电粒子(即载流子),它的导电能力为 0,相当于绝缘体。
在常温下,由于热激发(本征激发),使 一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚, 成为自由电子,同时共价键上留下一个空位,称 为空穴。
半导体之所以能制成半导体器件,并不是因为它的导电性能介 于导体和绝缘体之间,而是因为它具有一些独特的导电性能。
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半导体的导电机理不同于其它物质,所以它具有 不同于其它物质的特点。例如:
• 当受外界热和光的作用时,它的导电能 力明显变化。
• 往纯净的半导体中掺入某些杂质,会使 它的导电能力明显改变。
数字信号:在时间和幅值上都是离散的信号。 对模拟信号在一定的时间间隔上采样,则模拟 信号在时间上离散了;对各采样值进行量化, 则采样信号幅度也离散了。 处理数字信号的电子电路称为数字电路或数 字逻辑电路。
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1.2 电子系统的知识体系结构
1.2.3 电子技术分类
2. 小信号电路与大信号电路 3. 低频电路与高频电路 4. 集中参数电路与分布参数电路
t
2
T
0
Vm
O 0 2f
频域
继续
1.2 电子系统的知识体系结构
B. 周期信号
周期信号
离散频谱函数
通过将信号展开为傅里叶级数求出周期信号的频谱函数(傅里叶系数)。
T = 0
Vs O
时域
t
Vs
2Vs
Vs
O
0
2
T
频域
2Vs
2Vs
v(t)
VS 2
2VS
(s in 0 t
1 3
s
i
n3
0t
1 5
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1.2 电子系统的知识体系结构
1.2.4 电子技术发展简况
1. 材料与器件 2. 理论与分析方法 3. 设计思想与实现方法 4. 应用领域
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关注:电子技术的发展
很大程度上反映在元器件的发展上 :
• 1947年 管
贝尔实验室制成第一只晶体
• 1958年
集成电路
• 1969年
大规模集成电路
• 197第5一年片集成电超路大只规有模4个集晶成体电管路,而1997年一片
理论基础: 电路理论 同步课程:数字电子技术(数字电路与逻辑设计) 后续课程: 微机原理(计算机类课程)、高频电路
(电子类课程)等
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总结:模拟电路
➢ 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。 ➢ 放大:输入为小信号,有源元件控制电源使负载获
得大信号,并保持线性关系。 ➢ 有源元件:能够控制能量的元件。
2. 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”。
3. 注意电路中常用定理在电子电路中的应用
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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,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、基本分析方法和基本实
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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1.3 电子技术的课程体系
模拟电子技术和数字电子技术是电子信息类各专业的重要的技 术基础课程,对于继续学习有关专业课程(电子类、计算机类、 通信类、控制类、测量类、电力电子类)有着重要的影响
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1.1 电子系统的基本知识
1.1.3 基本单元电路功能描述
主要单元电路有:
1. 输入电路:非电子物理系统与电子系统的接口 2. 小信号放大电路:放大信号到所要求的电平 3. 滤波电路:对信号的时域或频域特性加以改变 4. 数字与模拟接口电路:包括模数转换和数模转换 5. 数字逻辑电路:数字信号的处理电路 6. 功率放大电路:放大信号到所要求的功率 7. 信号产生电路:产生必要的波形 8. 电源电路:提供电子系统的能源供应

-

电压源等效电路
转换


IS
RS







IS
VS RS
电流源等效电路
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1.2 电子系统的知识体系结构
3. 电信号的时域与频域表示
A. 正 弦 信 号 时域:信号的时间波形表示
频域:将信号分解为正弦信号的集合 v(t) Vm sin(0t )
Vm
O
-Vm
T = = f
时域
➢ 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。 电子电路的定量分析称为“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。 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。
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2. 实践性 实用的模拟电子电路几乎都需要进行
数模转换
数字逻辑 电路
数字电路
模数转换
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1.1 电子系统的基本知识
1.1.2 电子系统描述
由若干相互联结,相互作用的基本电路组成 的,具有特定功能的电路整体,称为电子系统。
• 基本电路:构成电子系统的基本元素
• 相互作用:基本电路以各自功能互相补充
• 特定功能:电子系统本身是专有的
•整 路
体:用系统的观点来考察整体电
微弱信号波形的放大
• 滤波器:
无关信号和噪声的滤除
• 模数转换:
模拟信号变为数字信号
• 数字逻辑电路:数字信号的电路处理
• 数模转换:
数字信号还原为模拟信号
• 功率放大:
放大信号功率
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1.2 电子系统的知识体系结构
1.2.2 信号及其表示
1. 信号:信息的载体 声音、图像、亮度、温度等等物理信息,
s
in5
0t
)
其中: VS
2
——直流分量、
2VS
——基波分量、
2VS
3
——三次谐波分量、

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1.2 电子系统的知识体系结构
C. 非周期信号
非周期信号
连续频谱函数
通过傅氏积分求出非周期信号的频谱函数。
T/℃ 2 200.5 2 200.0 2 199.5
时域
T/℃
频域
0 10 20 30 40 50 60 70 80 t/s
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现代电子学中,用的最多的半导体是硅和锗,它们 的最外层电子(价电子)都是四个。
si
GGee
+44
硅原子
锗原子
硅和锗最外层轨道上的 四个电子称为价电子。
通过一定的工艺过程,可以将半导体制成晶体。
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一、本征半导体:完全纯净的、结构完整的半导体 晶体。
在硅和锗晶体中,原子按四角形系统组成晶 体点阵,每个原子都处在正四面体的中心,而四 个其它原子位于四面体的顶点,每个原子与其相 临的原子之间形成共价键,共用一对价电子。
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空穴
+4
+4
+4
+4
自由电子 束缚电子
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2.本征半导体的导电机理
继续
“模拟电子技术基础” 课程的内容
➢ 半导体器件。
➢ 处理模拟信号的电子电路及其相关的基本功能:各 种放大电路、运算电路、滤波电路、信号发生电
路、 电源电路等等。
➢ 模拟电路的分析方法。
➢ 不同的电子电路在电子系统中的作用。
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“模拟电子技术基础”课程的特点
1、工程性
➢ 实际工程需要证明其可行性。 强调定性分析。
1. 本课程的性质
是一门技术基础课
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
以器件为基础、以信号为主线,研究各种模拟电子电路的工 作原理、特点及性能指标等。
4. 学习目标
能够对一般性的、常用的电子电路进行分析,同时对较简单 的单元电路进行设计。
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5. 学习方法
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1.1 电子系统的基本知识
1.1.1 电子系统的组成框图 1.1.2 电子系统描述 1.1.3 基本单元电路功能描述
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1.1 电子系统的基本知识
1.1.1 电子系统的组成框图
恒温 装置
温度传感 (输入)

信号放大 信号滤波



模拟小信号电路
控制执行 (输出)
非电子物理 系统
功率放大
模拟大信 号电路
硅和锗的晶 体结构:
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硅和锗的共价键结构
+4表示除 去价电子 后的原子
+4
+4
+4
+4
共价键共 用电子对
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形成共价键后,每个原子的最外层电子是 八个,构成稳定结构。
+4
+4
+4
+4
共价键有很强的结合力,使原子规 则排列,形成晶体。
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。
O
c
非周期信号包含了所有的(连续)频率成分 (0 )
小结:电子系统处理的一切可归结为信号,而各式信号包含了特定 的频率成分。所以,电子系统的频率特性也是我们要特别关注的。
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1.2 电子系统的知识体系结构
1.2.3 电子技术分类
1. 模拟电路与数字电路
模拟信号:在时间和幅值上都是连续的信号。 处理模拟信号的电子电路称为模拟电路。
重点掌握基本概念、基本电路、基本方法。
6. 成绩评定
平时: 作业 考试:
10 % 80 %
实验 10 %
7. 参考书
童诗白主编,《模拟电子技术基础》第四版、第三版 高教出版 社
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1 常用半导体器件 2 基本放大电路
3 多级放大电路
4 集成运算放大电路 5 放大电路的频率响应
6 放大电路中的反馈 7 信号的运算与处理 8 波形的发生和信号的转换 9 功率放大电路 10 直流电源
调试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
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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。
有连续性。
➢ 数字信号
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;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 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。
继续
1.2 电子系统的知识体系结构
2. 信号源的电路表达形式
RS

+

VS
继续
1.2 电子技术的知识体系结构
1.2.1 电子系统的根本作用 1.2.2 信号及其表示 1.2.3 电子技术分类 1.2.4 电子技术发展简况
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1.2 电子系统的知识体系结构
1.2.1 电子系统的根本作用
电子系统的根本作用是完成对信号的各 种处理与变换
• 传感器:
物理量的测量和信号的采集
• 放大器:
都可以用信号波形来表示。 电子系统处理的是电信号,它由相应的物
理量通过传感器转换而得到。
T/℃ 2 200.5 2 200.0 2 199.5
0 10 20 30 40 50 6Fra Baidu bibliotek 70 80 t/s
温度波动曲线
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因此:
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, 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、光、电) 的变化来表示和传递。
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,以及将所学知识用于本专业的能力。
建立起系统的观念、工程的观念、科技进步的观念 和创新意识。
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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 半导体三极管(晶体管) 1.4 场效应管
继续
1.1 半导体的基本知识
一、什么是半导体
在物理学中,根据材料的导电能力,可以将他们划分导体、绝缘体和半导体
导体:自然界中很容易导电的物质称为导体,金属一般都是 导体。
绝缘体:有的物质几乎不导电,称为绝缘体,如橡皮、陶瓷、 塑料和石英。
半导体:另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间, 称为半导体,如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧 化物等。
2. 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,因此电信号成为应用 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i ,记 作u=f(t) 或i=f(t) 。
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➢ 模拟信号
对应任意时间值t 均有确定的函数值u或i,并且u 或 i 的幅值是连续取值的,即在时间和数值上均具
继续
总论
• 模拟电子技术基础是一门介绍电子器件、电子电路和电子技术应用的专业基 础课程 • 其特点是将电路理论扩展到包含有源器件(晶体管、场效应管、集成运放等) 的电子电路中 • 概念性、工程性、实践性
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导言 1.1 电子系统的基本知识 1.2 电子技术的知识体系结构 1.3 电子技术的课程体系 1.4 本课程基本内容与学习建议
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