(完整版)模电数电知识总结

1．模电和数电的主要内容，学习目的。

参考要点：

①模电主要讲述对模拟信号进行产生、放大和处理的模拟集成电路；数电主要是通过

数字逻辑和计算去分析、处理信号，数字逻辑电路的构成及运用。由于数字电路稳

定性高，结果再现性好；易于设计等诸多优点，因此是今后的发展方向。但现实世

界中信息都是模拟信息，模电是不可能淘汰的。单就一个系统而言模电部分可能会

减少，理想构成为：模拟输入—AD采样（数字化）--数字处理—DA转换—模拟输出。

②电力专业学生学习模电数电，了解常见的模拟数字集成电路，掌握简单的电路设计，

对于以后工作中遇到的弱电控制强电等情况很有帮助。而且目前我国正在建设智能

电网，模电数电的这些知识为电网高速通信网络，智能表计等智能电网核心设备打

下了基础。

模电

一、模拟信号和数字信号。

在时间上和幅值上均是连续的信号称为模拟信号，时间离散、数值也离散的信号称为数字信号。随着计算机的广泛应用，绝大多数电子系统都采用计算机来对信号进行处理，由于计算机无法直接处理模拟信号，所以需要将模拟信号转换成数字信号。

二、放大电路的类型和主要性能指标。

①电压放大、电流放大、互阻放大和互导放大。电压放大电路主要考虑电压增益，电

流放大电路主要考虑电流增益，需要将电流信号转换为电压信号可利用互阻放大电

路，把电压信号转换成与之相应的电流输出，这种电路为互导放大电路。这四种放

大电路模型可实现相互转换。

②输入电阻、输出电阻、增益、频率响应和非线性失真。输入电阻等于输入电压与输

入电流的比值，它的大小决定了放大电路从信号源吸取信号幅值的大小；输出电阻

的大小决定了它带负载的能力，在信号源短路和负载开路情况下，在放大电路输出

端加一个测试电压，相应产生一测试电流就能求得输出电阻；增益实际上反映了放

大电路在输入信号控制下，将供电电源能量转换为信号能量的能力；放大电路频率

响应指在输入正弦信号情况下，输出随输入信号频率连续变化的稳态响应；由于元

器件特性的非线性和放大电路工作电源受有限电压的限制而造成的失真为非线性

失真。

三、集成运算放大器简介、组成和工作区域。

①集成运算放大器是一种高增益直接耦合放大器，它作为基本的电子器件，可以实现

多种功能电路，如电子电路中的比例、求和、求差、积分和微分等模拟运算电路。

②它由输入级差分放大、中间级电压放大、输出级功率放大和偏置电路四个部分组成。

输入级由差分式放大电路组成，利用它的电路对称性可提高整个电路的性能（抑制

温漂和提高共模抑制比）；中间电压放大级的主要作用是提高电压增益；输出级的

电压增益为1，但能为负载提供一定的功率；电流源电路构成偏置电路和有源负载

电路。

③运算放大器有两个工作区域。在线性区它放大小信号；输入为大信号时，它工作在

非线性区，输出电压扩展至饱和值。当使运放电路稳定地工作在线性区，均

需引入深度负反馈。

四、理想运放的模型。

①输出电压的饱和极限值等于运放的电源电压，即+=和-=。

②运放的开环电压增益很高，以至差分输入电压（）的值尽管很小，仍可驱使

运放进入饱和区。

③与前述相反，若未达到饱和极限，则差分输入电压（）必趋近于0值。当

处于和之间，则运放必将工作在线性区。

④内部的输入电阻的阻值很高，因而可近似认为它为无限大。

⑤内部的输出电阻的阻值很低乃至可近似认为它为零。

五、虚短和虚断。

输出通过负反馈的作用，使自动地跟踪，使，或≈0，这种现象称为虚假短路，简称虚短。由于同相和反相两输入端之间出现虚短现象，而运放的输入电阻的阻值又很高，因而流经两输入端之间的≈0，这种现象称为虚断。应当注意的是，虚短是本质的，虚断是派生的。虚短和虚断概念对分析由运放组成的各种线性应用电路非常重要，用它可求出运放电路输出和输入的函数关系。

六、PN结的形成及特性。

①PN结是半导体二极管和组成其他半导体器件的基础，它是由P型半导体和N型半

导体相结合而形成的。对纯净的半导体（如硅材料）掺入受主杂质或施主杂质，便

可制成P型和N型半导体。空穴参与导电是半导体不同于金属导电的重要特点。

②当PN结外加正向电压（正向偏置）时，耗尽区变窄，有电流流过；而当反加方向

电压（反向偏置）时，耗尽区变宽，没有电流流过或电流极小，这就是半导体二极

管的单向导电性，也是二极管最重要的特性。

关于半导体和PN结往年面试试题（1-9）：

1、半导体材料制作电子器件与传统的真空电子器件相比有什么特点?

答：频率特性好、体积小、功耗小，便于电路的集成化产品的袖珍化，此外在坚固抗震可靠等方面也特别突出；但是在失真度和稳定性等方面不及真空器件。

2、什么是本征半导体和杂质半导体?

答：纯净的半导体就是本征半导体，在元素周期表中它们一般都是中价元素。在本征半导体中按极小的比例掺入高一价或低一价的杂质元素之后便获得杂质半导体。

3、空穴是一种载流子吗?空穴导电时电子运动吗?

答：不是，但是在它的运动中可以将其等效为载流子。空穴导电时等电量的电子会沿其反方向运动。

4、制备杂质半导体时一般按什么比例在本征半导体中掺杂?

答：按百万分之一数量级的比例掺入。

5、什么是N型半导体?什么是P型半导体?当两种半导体制作在一起时会产生什么现象? 答：多数载子为自由电子的半导体叫N型半导体。反之，多数载子为空穴的半导体叫P型半导体。P型半导体与N型半导体接合后便会形成P-N结。

6、PN结最主要的物理特性是什么?

答：单向导电能力和较为敏感的温度特性。

7、PN结还有那些名称?

答：空间电荷区、阻挡层、耗尽层等。

8、PN结上所加端电压与电流是线性的吗?它为什么具有单向导电性?

答：不是线性的，加上正向电压时，P区的空穴与N区的电子在正向电压所建立的电场下相互吸引产生复合现象，导致阻挡层变薄，正向电流随电压的增长按指数规律增长，宏观上呈现导通状态，而加上反向电压时，情况与前述正好相反，阻挡层变厚，电流几乎完全为零，宏观上呈现截止状态。这就是PN结的单向导电特性。

9、在PN结加反向电压时果真没有电流吗?

答：并不是完全没有电流，少数载流子在反向电压的作用下产生极小的反向漏电流。