模电模拟电路与脉冲

1、模拟电路与脉冲电路 主讲：光电信息学院 钟 建 课件下载网址： (本校的网络学堂）（光电信息学院 模拟电路，钟建 教案 密码：502 ） 低频信号发生器的内部结构电路Electric circuit of a radio receiverantennaL10.445HC4C22200PFC30.1U1SBL-113,42,5,678Q1OscillatorR2R1R3R4R5R6R7R8R9R10R11R12C5C6C7C8C9C10C11C12C13C14C15C16C17C18+_12V dcL31mHL222.7H4710K10K220100K100K1M15K15K10K4710C19

2、1091055320.11.0 F1.0 F100 F100 F100 F0.00330.10.00220.470.1AudioOutput7MHzto U1.pin8U2BU2AU3Audio poweramp5673218423654板布局如图所示:正弦波发生器方波发生器微(积)分电路全加器迟滞比较器电源及电阻网络集成电路的分类与外形集成电路的分类1、按功能模拟集成电路 数字集成电路2、按集成度小规模 中规模 大规模 超大规模3、按工艺半导体 薄膜 厚膜 本课程研究的主要对象低频模拟信号 的放大电路（故本课程又叫低频电路） 信号数据可用于表示任何信息，如符号、文字、语音、图像等，从表现形式

3、上可归结为两类：模拟信号和数字信号。 模拟信号指幅度的取值是连续的（幅值可由无限个数值表示）。时间上连续的模拟信号连续变化的图像（电视、传真）信号等，如图（a）所示。 数字信号指幅度的取值是离散的，幅值表示被限制在有限个数值之内。二进制码(0,1)就是一种数字信号。模拟信号放大“放大” 的含义其本质是电源能量在被放大的信号控制下向负载的输出；一是能将微弱的电信号增强到人们所需要的数值（即放大电信号），以便于人们测量和使用；（一般情况）二是要求放大后的信号波形与放大前的波形的形状相同或基本相同，即信号不能失真（如音响系统）。 放大是最基本的模拟信号处理功能，它是通过放大电路实现的，大多数模拟电子

4、系统中都应用了不同类型的放大电路。模拟信号放大 放大电路的一般符号如图所示，us为信号源电压，Rs为信号源内阻，ui和ii分别为输入电压和输入电流，RL为负载电阻，uo和io分别为输出电压和输出电流。在实际应用中，根据放大电路输入信号的条件和对输出信号的要求，放大电路可分为四种类型。1.如果只需考虑电路的输出电压Vo和输入电压Vi的关系，则可表达为：Vo = AvVi 式中 Av为电路的电压增益。这种只考虑电压增益的电路称为电压放大电路。2.同样，若只考虑图中放大电路的输出电流Io和输入电流Ii 的关系，则可表达为：Io = AiIi式中Ai为电流增益，这种电路称为电流放大电路。放大电路可分为

5、四种类型3.当需要把电流信号转换为电压信号，则可利用所谓互阻放大电路，其表达式为：Vo=ArIi 式中 Ii为放大电路的输入电流，Vo为输出电压，Ar为互阻增益，其量纲为欧。4.把电压信号转换为与之相应变化的电流输出的关系可表达为：Io=AgVi式中Ag称为放大电路的互导增益，它具有导纳量纲S。相应地，这种放大电路得名为互导放大电路。放大电路可分为四种类型符号说明：(请同学们注意)纯直流信号：参量和下标均大写，VBE , IB;纯交流信号：参量和下标均小写， vbe , ib;交直流信号：参量小写和下标大写，vBE , iB; 被测对象传感器信号调理电路显示记录控制执行温度压力流量液位等等非电

6、量电量放大滤波线性化变换等等典型应用-简单测控系统*若配以微机、单片机或DSP等，并利用信号处理技术可设计智能系统。一.课程特点1）规律性2）非线性3）工程性4）模拟性基本电子电路的组成具有规律性；半导体器件具有非线性；即近似性，抓主要矛盾；模型化；怎么学？（How） 5）多样性 部分章节需要自学，预习并培养自学能力； 6） 全书重点及难点：3，4，6，7，8章。参考书目：1） Robert Boylestan, Louis Nashelsky. Electronic Devices and Circuit Theory. Preantice-Hall, Inc.,1996； 2）Theodo

7、re F. Bogart. Linear Electronics. Macmillan. Publishing Company, 1994； 3） Engineering Circuit Analysis， William H. Hayt, Jr. Jack E. Kemmerly Steven M.Durbin (英文原版) 电子工业出版社，2002年6月引进。 5）模拟电路基础 刘光沽 电子科技大学出版社 2000 4） Fundamentals of Electric Circuits， Charles K.Alexander ， Matthew N.O.Sadiku，(英文原版) 清华

8、大学出版社，2000年12月引进。 6）电子电路基础(第二版)，张凤言，高等教育出版社，1995；7）模拟电路基础， 秦世才， 天津 ： 南开大学出版社 1998；8）低频电子线路， 金泽滇、刘毅坚 长沙：国防科技大学出版社，1998。第一章 晶体二极管及其应用1-1 半导体材料及特点1-2 PN结1-3 晶体二极管及应用1-4 小结1-1 半导体材料及其特点半导体的特性本征半导体杂质半导体半导体特性 何谓半导体物体分类导体电导率为大于105s.cm-1，量级; 绝缘体电导率为10-22-10-14 s.cm-1量级;电导能力介于导体和绝缘体之间。半导体电导率为105s.cm-1量级，如：银、

9、铜、金、铝。导电率10-22-10-14 s.cm-1量级，如：橡胶、云母、塑料等。电导率为10-9-102 s.cm-1量级，如：硅、锗、砷化镓（集成电路）等。电阻率：银Ag 1.60（10-6m） 金Au 2.40（10-6m） 电阻率与电导率 电阻率是用来表示各种物质电阻特性的物理量。 某种材料制成的长1m、横截面积是1mm2的在常温下(20时）导线的电阻，称为这种材料的电阻率。国际单位制中，电阻率的单位是欧姆米( )。 电阻率与电导率 电阻率的计算公式为： 式中 电阻率， ； S横截面积， ； R电阻值， ； L导线的长度，m。 电阻率与电导率 电导率是用来表示物质中电流动的难易程度，

10、是物质固有的物理量。 电导率与电阻率之间是互为倒数关系，即： 电导率=1/电阻率。 电导率的单位是S/m或者 。 电阻率与电导率 对于一般的导电材料，其电导率可用下式表示： 式中 电导率，S/m； n载流子浓度，原子 ； e电子的电荷，C； 载流子的迁移率 ， 。 半导体特性 半导体特性掺入杂质则导电率增加几百倍掺杂特性半导体器件温度增加使导电率大为增加温度特性热敏器件光照不仅使导电率大为增加还可以产生电动势光照特性光敏器件光电器件本征半导体本征半导体完全纯净、结构完整的半导体晶体。纯度：99.99999%，“7N”，它在物理结构上呈单晶体形态。常用的本征半导体Si+14284Ge+32281

11、84+4本征半导体 本征半导体的原子结构和共价键+4+4+4+4+4+4+4+4+4共价键内的电子称为束缚电子价带导带挣脱原子核束缚的电子称为自由电子价带中留下的空位称为空穴禁带EG外电场E自由电子定向移动形成电子流束缚电子填补空穴的定向移动形成空穴流 详见“半导体物理”。在半导体物理中，通常把这种形成共价键的价电子所占据的能带称为价带，而 把价带上面邻近空带（自由电子占据的能带）称为导带。导带和价带之间为禁带。本征半导体1. 本征半导体中有两种载流子 自由电子和空穴，它们是成对出现的。2. 在外电场的作用下，产生电流 电子流和空穴流。电子流自由电子作定向运动形成的，与外电场方向相反，自由电子

12、始终在导带内运动。空穴流价电子递补空穴形成的，与外电场方向相同，始终在价带内运动。由此我们可以看出：本征半导体 本征半导体的载流子的浓度电子浓度ni :表示单位体积的自由电子数；空穴浓度pi :表示单位体积的空穴数。结论1. 本征半导体中 电子浓度ni = 空穴浓度pi；2. 载流子的浓度与T有关。 当材料一定时：载流子的浓度主要取决于温度；温度增加使导电能力激增。且温度可人为控制 。三. 杂质半导体本征半导体缺点？1、自由电子浓度=空穴浓度；2、载流子少，导电性差，温度稳定性差！(1) N型半导体(2) P型半导体(3) 杂质对半导体导电性的影响杂质半导体杂质半导体掺入杂质的本征半导体。掺杂

13、后半导体的导电率大为提高；掺入的三价元素如硼B、Al、铟In等，形成P型半导体，也称空穴型半导体；掺入的五价元素如磷P、砷Se等，形成N型半导体，也称电子型半导体。杂质半导体 N (Negative 负）型半导体+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5+5在本征半导体中掺入的五价元素如磷。自由电子是多子空穴是少子杂质原子提供由热激发形成由于五价元素很容易贡献电子，因此将其称为施主杂质。施主杂质因提供自由电子而带正电荷成为正离子。N（ Negative 负）型半导体（电子型半导体）掺 杂：特 点：多数载流子：自由电子（主要由杂质原子提供）少数载流子：空穴（ 由热激发形成）少量掺入五价杂质元素（如

14、：磷，砷等）杂质半导体 P （ Positive 正）型半导体+4+4+4+4+4+4+4+4+4+3+3在本征半导体中掺入的三价元素如硼。自由电子是少子空穴是多子杂质原子提供由热激发形成因留下的空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质 因而也称为受主杂质。P（ Positive 正）型半导体（空穴型半导体）掺 杂：少量掺入三价杂质（如硼、镓和铟等）特 点：多子：空穴（主要由杂质原子提供）少子：电子（ 由热激发形成）杂质半导体 杂质半导体的载流子浓度 在杂质型半导体中，多子浓度比本征半导体的浓度大得多，而少子浓度比本征半导体的浓度小得多，但两者乘积保持不变，并等于ni2 。 详见“半导体物理”。在杂质半导体中，尽管杂质含量很少，但提供的载流子数量计算仍远大于本征半导体中载流子的数量