模電模擬電路與脈沖

1、模擬電路與脈沖電路 主講：光電信息學(xué)院 鐘 建 課件下載網(wǎng)址： (本校的網(wǎng)絡(luò)學(xué)堂）（光電信息學(xué)院 模擬電路，鐘建 教案 密碼：502 ） 低頻信號(hào)發(fā)生器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路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板布局如圖所示:正弦波發(fā)生器方波發(fā)生器微(積)分電路全加器遲滯比較器電源及電阻網(wǎng)絡(luò)集成電路的分類(lèi)與外形集成電路的分類(lèi)1、按功能模擬集成電路 數(shù)字集成電路2、按集成度小規(guī)模 中規(guī)模 大規(guī)模 超大規(guī)模3、按工藝半導(dǎo)體 薄膜 厚膜 本課程研究的主要對(duì)象低頻模擬信號(hào) 的放大電路（故本課程又叫低頻電路） 信號(hào)數(shù)據(jù)可用于表示任何信息，如符號(hào)、文字、語(yǔ)音、圖像等，從表現(xiàn)形式

3、上可歸結(jié)為兩類(lèi)：模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。 模擬信號(hào)指幅度的取值是連續(xù)的（幅值可由無(wú)限個(gè)數(shù)值表示）。時(shí)間上連續(xù)的模擬信號(hào)連續(xù)變化的圖像（電視、傳真）信號(hào)等，如圖（a）所示。 數(shù)字信號(hào)指幅度的取值是離散的，幅值表示被限制在有限個(gè)數(shù)值之內(nèi)。二進(jìn)制碼(0,1)就是一種數(shù)字信號(hào)。模擬信號(hào)放大“放大” 的含義其本質(zhì)是電源能量在被放大的信號(hào)控制下向負(fù)載的輸出；一是能將微弱的電信號(hào)增強(qiáng)到人們所需要的數(shù)值（即放大電信號(hào)），以便于人們測(cè)量和使用；（一般情況）二是要求放大后的信號(hào)波形與放大前的波形的形狀相同或基本相同，即信號(hào)不能失真（如音響系統(tǒng)）。 放大是最基本的模擬信號(hào)處理功能，它是通過(guò)放大電路實(shí)現(xiàn)的，大多數(shù)模擬電子

4、系統(tǒng)中都應(yīng)用了不同類(lèi)型的放大電路。模擬信號(hào)放大 放大電路的一般符號(hào)如圖所示，us為信號(hào)源電壓，Rs為信號(hào)源內(nèi)阻，ui和ii分別為輸入電壓和輸入電流，RL為負(fù)載電阻，uo和io分別為輸出電壓和輸出電流。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)放大電路輸入信號(hào)的條件和對(duì)輸出信號(hào)的要求，放大電路可分為四種類(lèi)型。1.如果只需考慮電路的輸出電壓Vo和輸入電壓Vi的關(guān)系，則可表達(dá)為：Vo = AvVi 式中 Av為電路的電壓增益。這種只考慮電壓增益的電路稱為電壓放大電路。2.同樣，若只考慮圖中放大電路的輸出電流Io和輸入電流Ii 的關(guān)系，則可表達(dá)為：Io = AiIi式中Ai為電流增益，這種電路稱為電流放大電路。放大電路可分為

5、四種類(lèi)型3.當(dāng)需要把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，則可利用所謂互阻放大電路，其表達(dá)式為：Vo=ArIi 式中 Ii為放大電路的輸入電流，Vo為輸出電壓，Ar為互阻增益，其量綱為歐。4.把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為與之相應(yīng)變化的電流輸出的關(guān)系可表達(dá)為：Io=AgVi式中Ag稱為放大電路的互導(dǎo)增益，它具有導(dǎo)納量綱S。相應(yīng)地，這種放大電路得名為互導(dǎo)放大電路。放大電路可分為四種類(lèi)型符號(hào)說(shuō)明：(請(qǐng)同學(xué)們注意)純直流信號(hào)：參量和下標(biāo)均大寫(xiě)，VBE , IB;純交流信號(hào)：參量和下標(biāo)均小寫(xiě)， vbe , ib;交直流信號(hào)：參量小寫(xiě)和下標(biāo)大寫(xiě)，vBE , iB; 被測(cè)對(duì)象傳感器信號(hào)調(diào)理電路顯示記錄控制執(zhí)行溫度壓力流量液位等等非電

6、量電量放大濾波線性化變換等等典型應(yīng)用-簡(jiǎn)單測(cè)控系統(tǒng)*若配以微機(jī)、單片機(jī)或DSP等，并利用信號(hào)處理技術(shù)可設(shè)計(jì)智能系統(tǒng)。一.課程特點(diǎn)1）規(guī)律性2）非線性3）工程性4）模擬性基本電子電路的組成具有規(guī)律性；半導(dǎo)體器件具有非線性；即近似性，抓主要矛盾；模型化；怎么學(xué)？（How） 5）多樣性 部分章節(jié)需要自學(xué)，預(yù)習(xí)并培養(yǎng)自學(xué)能力； 6） 全書(shū)重點(diǎn)及難點(diǎn)：3，4，6，7，8章。參考書(shū)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) 電子工業(yè)出版社，2002年6月引進(jìn)。 5）模擬電路基礎(chǔ) 劉光沽 電子科技大學(xué)出版社 2000 4） Fundamentals of Electric Circuits， Charles K.Alexander ， Matthew N.O.Sadiku，(英文原版) 清華

8、大學(xué)出版社，2000年12月引進(jìn)。 6）電子電路基礎(chǔ)(第二版)，張鳳言，高等教育出版社，1995；7）模擬電路基礎(chǔ)， 秦世才， 天津 ： 南開(kāi)大學(xué)出版社 1998；8）低頻電子線路， 金澤滇、劉毅堅(jiān) 長(zhǎng)沙：國(guó)防科技大學(xué)出版社，1998。第一章 晶體二極管及其應(yīng)用1-1 半導(dǎo)體材料及特點(diǎn)1-2 PN結(jié)1-3 晶體二極管及應(yīng)用1-4 小結(jié)1-1 半導(dǎo)體材料及其特點(diǎn)半導(dǎo)體的特性本征半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體半導(dǎo)體特性 何謂半導(dǎo)體物體分類(lèi)導(dǎo)體電導(dǎo)率為大于105s.cm-1，量級(jí); 絕緣體電導(dǎo)率為10-22-10-14 s.cm-1量級(jí);電導(dǎo)能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間。半導(dǎo)體電導(dǎo)率為105s.cm-1量級(jí)，如：銀、

9、銅、金、鋁。導(dǎo)電率10-22-10-14 s.cm-1量級(jí)，如：橡膠、云母、塑料等。電導(dǎo)率為10-9-102 s.cm-1量級(jí)，如：硅、鍺、砷化鎵（集成電路）等。電阻率：銀Ag 1.60（10-6m） 金Au 2.40（10-6m） 電阻率與電導(dǎo)率 電阻率是用來(lái)表示各種物質(zhì)電阻特性的物理量。 某種材料制成的長(zhǎng)1m、橫截面積是1mm2的在常溫下(20時(shí)）導(dǎo)線的電阻，稱為這種材料的電阻率。國(guó)際單位制中，電阻率的單位是歐姆米( )。 電阻率與電導(dǎo)率 電阻率的計(jì)算公式為： 式中 電阻率， ； S橫截面積， ； R電阻值， ； L導(dǎo)線的長(zhǎng)度，m。 電阻率與電導(dǎo)率 電導(dǎo)率是用來(lái)表示物質(zhì)中電流動(dòng)的難易程度，

10、是物質(zhì)固有的物理量。 電導(dǎo)率與電阻率之間是互為倒數(shù)關(guān)系，即： 電導(dǎo)率=1/電阻率。 電導(dǎo)率的單位是S/m或者 。 電阻率與電導(dǎo)率 對(duì)于一般的導(dǎo)電材料，其電導(dǎo)率可用下式表示： 式中 電導(dǎo)率，S/m； n載流子濃度，原子 ； e電子的電荷，C； 載流子的遷移率 ， 。 半導(dǎo)體特性 半導(dǎo)體特性摻入雜質(zhì)則導(dǎo)電率增加幾百倍摻雜特性半導(dǎo)體器件溫度增加使導(dǎo)電率大為增加溫度特性熱敏器件光照不僅使導(dǎo)電率大為增加還可以產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)光照特性光敏器件光電器件本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體完全純凈、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。純度：99.99999%，“7N”，它在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)。常用的本征半導(dǎo)體Si+14284Ge+32281

11、84+4本征半導(dǎo)體 本征半導(dǎo)體的原子結(jié)構(gòu)和共價(jià)鍵+4+4+4+4+4+4+4+4+4共價(jià)鍵內(nèi)的電子稱為束縛電子價(jià)帶導(dǎo)帶掙脫原子核束縛的電子稱為自由電子價(jià)帶中留下的空位稱為空穴禁帶EG外電場(chǎng)E自由電子定向移動(dòng)形成電子流束縛電子填補(bǔ)空穴的定向移動(dòng)形成空穴流 詳見(jiàn)“半導(dǎo)體物理”。在半導(dǎo)體物理中，通常把這種形成共價(jià)鍵的價(jià)電子所占據(jù)的能帶稱為價(jià)帶，而 把價(jià)帶上面鄰近空帶（自由電子占據(jù)的能帶）稱為導(dǎo)帶。導(dǎo)帶和價(jià)帶之間為禁帶。本征半導(dǎo)體1. 本征半導(dǎo)體中有兩種載流子 自由電子和空穴，它們是成對(duì)出現(xiàn)的。2. 在外電場(chǎng)的作用下，產(chǎn)生電流 電子流和空穴流。電子流自由電子作定向運(yùn)動(dòng)形成的，與外電場(chǎng)方向相反，自由電子

12、始終在導(dǎo)帶內(nèi)運(yùn)動(dòng)?？昭鲀r(jià)電子遞補(bǔ)空穴形成的，與外電場(chǎng)方向相同，始終在價(jià)帶內(nèi)運(yùn)動(dòng)。由此我們可以看出：本征半導(dǎo)體 本征半導(dǎo)體的載流子的濃度電子濃度ni :表示單位體積的自由電子數(shù)；空穴濃度pi :表示單位體積的空穴數(shù)。結(jié)論1. 本征半導(dǎo)體中 電子濃度ni = 空穴濃度pi；2. 載流子的濃度與T有關(guān)。 當(dāng)材料一定時(shí)：載流子的濃度主要取決于溫度；溫度增加使導(dǎo)電能力激增。且溫度可人為控制 。三. 雜質(zhì)半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體缺點(diǎn)？1、自由電子濃度=空穴濃度；2、載流子少，導(dǎo)電性差，溫度穩(wěn)定性差！(1) N型半導(dǎo)體(2) P型半導(dǎo)體(3) 雜質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體導(dǎo)電性的影響雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體。摻雜

13、后半導(dǎo)體的導(dǎo)電率大為提高；摻入的三價(jià)元素如硼B(yǎng)、Al、銦In等，形成P型半導(dǎo)體，也稱空穴型半導(dǎo)體；摻入的五價(jià)元素如磷P、砷Se等，形成N型半導(dǎo)體，也稱電子型半導(dǎo)體。雜質(zhì)半導(dǎo)體 N (Negative 負(fù)）型半導(dǎo)體+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5+5在本征半導(dǎo)體中摻入的五價(jià)元素如磷。自由電子是多子空穴是少子雜質(zhì)原子提供由熱激發(fā)形成由于五價(jià)元素很容易貢獻(xiàn)電子，因此將其稱為施主雜質(zhì)。施主雜質(zhì)因提供自由電子而帶正電荷成為正離子。N（ Negative 負(fù)）型半導(dǎo)體（電子型半導(dǎo)體）摻 雜：特 點(diǎn)：多數(shù)載流子：自由電子（主要由雜質(zhì)原子提供）少數(shù)載流子：空穴（ 由熱激發(fā)形成）少量摻入五價(jià)雜質(zhì)元素（如

14、：磷，砷等）雜質(zhì)半導(dǎo)體 P （ Positive 正）型半導(dǎo)體+4+4+4+4+4+4+4+4+4+3+3在本征半導(dǎo)體中摻入的三價(jià)元素如硼。自由電子是少子空穴是多子雜質(zhì)原子提供由熱激發(fā)形成因留下的空穴很容易俘獲電子，使雜質(zhì)原子成為負(fù)離子。三價(jià)雜質(zhì) 因而也稱為受主雜質(zhì)。P（ Positive 正）型半導(dǎo)體（空穴型半導(dǎo)體）摻 雜：少量摻入三價(jià)雜質(zhì)（如硼、鎵和銦等）特 點(diǎn)：多子：空穴（主要由雜質(zhì)原子提供）少子：電子（ 由熱激發(fā)形成）雜質(zhì)半導(dǎo)體 雜質(zhì)半導(dǎo)體的載流子濃度 在雜質(zhì)型半導(dǎo)體中，多子濃度比本征半導(dǎo)體的濃度大得多，而少子濃度比本征半導(dǎo)體的濃度小得多，但兩者乘積保持不變，并等于ni2 。 詳見(jiàn)“半導(dǎo)體物理”。在雜質(zhì)半導(dǎo)體中，盡管雜質(zhì)含量很少，但提供的載流子數(shù)量計(jì)算仍遠(yuǎn)大于本征半導(dǎo)體中載流子的數(shù)量