模拟电子技术教案

1、模拟电子技术教学计划信息工程系内容第一章常见半导体器件首先，半导体的基础知识第二讲半导体二极管第三讲双极晶体管晶体管第四，场效应晶体管第二章基本放大电路第五部分介绍了放大器电路的主要性能指标和共源共栅放大器电路的基本组成原理。第六讲：放大电路的基本分析方法第7讲放大电路静态工作点的稳定性第八讲公共集合放大器和公共基础放大器第9讲：场效应晶体管放大器电路第十讲多级放大电路第11讲练习课第三章放大电路的频率响应第12讲：频率响应的概念、RC电路的频率响应和晶体管的高频等效模型第13讲公共发射放大器电路的频率响应和增益带宽积第四章功率放大器电路第14讲功率放大电路和互补功率放大电路概述第15课改进的

2、OCL赛道第五章模拟集成电路基础第16讲集成电路、电流源电路和有源负载放大器电路概述第17讲差分放大电路第18讲集成运算放大电路第六章放大器电路的反馈第19讲：反馈的基本概念和判断方法以及负反馈放大电路框图第20讲深度负反馈放大电路的放大估计第21讲负反馈对放大电路的影响第七章信号操作和处理电路第22讲操作电路和基本操作电路概述第23讲模拟乘法器及其应用第24讲有源滤波器电路第八章波形产生和信号转换电路第25讲振荡电路和正弦波振荡电路概述第26讲电压比较器第27讲：非正弦波发生器第28讲利用集成运算放大器实现信号转换第九章DC供电第29讲DC电源和单相整流电路概述第三十讲滤波电路和稳压电路第3

3、1讲串联稳压电路第32讲综述第一章半导体基础知识本章的主要内容本章重点介绍半导体器件的结构原理、外部特性、主要参数及其物理意义，以及工作条件或工作区域的分析。首先，介绍了形成PN结的半导体材料、PN结的形成及其特性。然后介绍了二极管和稳压管的伏安特性、电路模型、主要参数和应用实例。然后介绍了两个三极管(BJT三极管和场效应管)的结构原理、伏安特性、主要参数以及工作面积的判断和分析方法。本章中的工时分配本章分为四节课，每节2小时。首先，常见的半导体器件本次讲座的要点1.PN结的单向导电性；2.PN结的伏安特性；本次讲座的难点1.半导体：的传导机制两个载流子参与传导；2.半导体中多中子和少中子的掺

4、杂3.PN结的形成；教学组织过程这个讲座应该由老师讲授。多媒体用于演示半导体PN结的结构、导电机理、形成过程及其伏安特性，便于学生理解和掌握。主要内容1.半导体及其导电性根据物体导电率的不同，电气材料可分为三类：导体、半导体和绝缘体。半导体可以定义为导体和绝缘体之间具有导电性的电气材料，半导体的电阻率为10-3 10-9 WCM。典型的半导体包括硅、锗和GaAs。在不同的条件下，半导体的电导率变化很大：当暴露在外部热和光下时，它的电导率变化很大；当某些特定的杂质元素混入纯半导体时，其导电性是可控的。这些特殊性质决定了半导体可以制成各种器件。2.本征半导体的结构和导电性本征半导体是没有结构缺陷的

5、纯半导体单晶。用于制造半导体器件的半导体材料的纯度应该达到99。%。它是o当导体处于0 K的热力学温度时，导体中没有自由电子。当温度升高或受到光的照射时，价电子的能量增加，一些价电子可以脱离原子核的束缚，参与传导，成为自由电子。这种现象称为固有激发(也称为热激发)。热激发产生的自由电子和空穴同时成对出现，称为电子-空穴对。自由电子也可能回到空穴，这被称为复合。在一定温度下，本征激发和复合将达到动态平衡，此时载流子浓度恒定，自由电子和空穴的数量相等。4.半导体的传导机制自由电子的定向运动形成电子流，空穴的定向运动也能形成空穴流。因此，在半导体中有两个自由电子和空穴的载流粒子(即载流子)，这是半导

6、体的特殊性质。空穴传导的本质是：个相邻原子中的价电子(共价键中的束缚电子)顺序填充空穴形成电流。因为电子带负电荷，电子的运动与空穴相反，所以空穴被认为是带正电荷的。5.杂质半导体掺杂杂质的本征半导体称为杂质半导体。杂质半导体是半导体器件的基本材料。将五价元素(例如磷)掺杂到本征半导体中形成了N型(电子)半导体。p型(空穴型)半导体是通过掺杂三价元素(如硼、镓、铟等)形成的。)。杂质半导体的导电性与其掺杂浓度和温度有关。掺杂浓度和温度越高，其导电性越强。在N型半导体中，电子是多数载流子，空穴是少数载流子。子数量(自由电子)=正离子数量子数量(空穴)在P型半导体中，空穴是多数载流子，电子是少数载流

7、子。子(空穴)数=负离子数子(自由电子)数6.PN结的形成及其单向导电性半导体中的载流子有两种有序运动：浓度差作用下的扩散运动和电场作用下的漂移运动。p型和N型半导体区形成在同一半导体单晶上。在两个区域的结处，当多载流子扩散和少数载流子漂移达到动态平衡时，空间电荷区(也称为耗尽层或势垒区)的宽度基本稳定，并且形成PN结。当P区的电位高于N区的电位时，称为正直流电压(或正向偏压)。此时，PN结导通，显示低电阻，电流流过毫安级，这相当于开关闭合。当n区的电位高于p区的电位时，称为加反向电压(或反向偏压)。此时，PN结被切断，显示出高电阻，并且A级电流流动，这相当于关断。PN结是半导体的基本结构单元

8、，其基本特征是单向导电性：即当外加电压的极性不同时，PN结表现出完全不同的导电性。PN结加直流电压时，电阻小，正向扩散电流大。当PN结被施加反向电压时，它呈现高电阻并且具有非常小的反向漂移电流。这正是PN结单向导电的具体表现。7.PN结的伏安特性PN结伏安特性方程：式中：Is为反向饱和电流；UT是温度电压当量，当t=300 k时，约为26mV。当u 0和u时，伏安特性呈非线性指数规律。当u 0时，它在正特性区域。正区进一步分为两部分：(1)当0 v uon时，正电流开始出现并呈指数增加。2)反向特性：当v 0时，它处于反向特性区域。反向区域也分为两个区域：(1)当VBR v 0时，反向电流很小

9、，基本上不随反向电压的变化而变化。此时的反向电流也称为反向饱和电流is。(2)当VVBR时，反向电流急剧增加。VBR被称为反向击穿电压。从击穿机理来看，如果硅二极管|VBR|7 V，主要是雪崩击穿。如果VBR4伏7伏，主要是齐纳击穿。当在4 V和7 V之间有两种击穿时，有可能获得零温度系数点。3)二极管伏安特性与PN结伏安特性的区别：二极管的基本特性是PN结伏安特性。不同于理想的PN结，二极管具有正向特性的导通电压Uon。一般来说，硅二极管的UON约为0.5 V，锗二极管的约为0.1V；二极管的反向饱和电流大于PN结。3.温度对二极管伏安特性的影响温度对二极管的性能有很大影响。当温度升高时，反

10、向电流将呈指数增加。硅二极管的温度每升高8，反向电流就会增加大约一倍。锗二极管的温度每升高12，反向电流大约加倍。此外，当温度升高时，二极管的正向压降将减小，并且正向压降UD每增加1将减小2mV，即它具有负温度系数。4.二极管的等效电路(或等效模型)1)理想模型：当正向偏置发生时，管电压降为0，导通-3)小信号电路模型：在小变化范围内，二极管被视为线性器件，相当于动态电阻rD。该模型仅用于计算叠加在DC工作点Q上的轻微电压或电流变化的响应5.二极管的主要参数1)最大整流电流IF:长期运行期间允许通过二极管的最大正向电流。在规定的散热条件下，如果二极管的平均正向电流超过该值，它将由于结温过高而烧

11、毁。2)最大反向工作电压UBR:二极管工作时允许施加的最大反向电压。如果超过该值，二极管可能由于反向击穿而损坏。通常取UBR值的一半。3)电流IR:二极管未击穿时的反向电流。对温度敏感。红外越小，二极管的单边电导率越好。4)最大工作频率fM:二极管正常工作的上限频率。如果超过该值，其单边电导率将受到结电容的影响。6.齐纳二极管(齐纳管)及其伏安特性调压器是一种特殊类型的表面接触半导体二极管，它通过反向击穿特性实现稳压。调压器的伏安特性类似于普通二极管，其正向特性是指数曲线。当施加的背压值增加到一定程度时，就会发生故障。击穿曲线非常陡峭，几乎平行于纵轴。当电流在一定范围内时，稳压管表现出良好的稳

12、压特性。7.调压器的等效电路调压器的等效电路由两个并联支路组成：施加直流电压和反向电压而不击穿时，其特性与普通硅管相同；施加反向电压并击穿后，等效于理想二极管、电压源Uz和动态电阻rz的串联。如图1.18中的P16所示。8.调压器的主要参数1)稳定电压UZ:规定电流下稳压管的反向击穿电压。2)最大稳定工作电流IZMAX和最小稳定工作电流IZMIN:调节器的最大稳定工作电流取决于最大耗散功率，即PZmax=UZIZmax。Izmin对应于UZmin。如果iz 7 v时，UZ具有正温度系数，反向击穿是雪崩击穿。当UZ 4 v时，UZ具有负温度系数，反向击穿是齐纳击穿。当4 v Vz 7 v时，调节器可以获得接近零的温度系数。这种齐纳二极管可以用作标准齐纳管。9.稳压管的稳压电路齐纳二极管应反向连接，并与电阻器串联。电阻器有两个功能：一是限制电流，以保护电压调节器；其次，当输入电压或负载电流发生变化时，通过电阻上电压降的变化取出误差信号，调节稳压管的工作电流，从而达到稳压的效果。如P17的图1.19所示。10.特殊二极管像普通二极管一样，特殊二极管也具有单向导电