模拟电子技术1

参考学习资料：模拟电子技术_中国大学MOOC(慕课) (icourse163.org)

绪论
晶体二极管及应用电路
晶体三极管及应用电路
场效应管及基本放大电路
放大电路的频率响应
负反馈放大电路
双极型模拟集成电路
双极型模拟集成电路的分析与应用
M0S模拟集成电路
直流稳压电源电路

电子器件device：组成电路的基本物理单元

无源器件passive devices：特性与外加电源无关的电子器件，如电阻、电感、电容

有源器件active devices：特性与外加电源有关的电子器件，如二极管、三极管、场效应管等，特性与外接电源有关，非线性特征。

电子信息系统[电子系统]：信号的提取 - 信号预处理 - 信号的加工 - 信号的执行

模拟电子系统构成原则：满足系统功能和性能指标；电路简单；具有电磁兼容特性；系统调试简单方便，生产工艺简单易行

电子电路：单子期间按一定规律和功能组成的电路[简称电路]。分为模拟电子电路和数字电子电路

• 模拟电子电路：对模拟信号进行分析处理电路
• 数字电子电路：对数字信号进行分析处理电路

【模拟电子系统应用】

语音放大电路：

心电图放大器：提取的微弱信号进行放大500 - 1000倍，17Hz附近幅度约10uV[胎儿] - 5mV[成人]

射频放大电路：电磁波低于100khz电磁波被电表吸收，高于可在空气中传播并经大气层外缘电离层反射，形成远距离传输能力，将具有远距离传输能力的高频电磁波称为射频

应用领域Application area

• 通信系统Telecommunication System
• 控制系统Control System
• 测试系统
• 计算机
• 家用电器
• 农业机械
• 生物医学工程Biomedical Engineering
• 航空航天技术Spaceflight and Airplane
• 现代智能交通ITS
• 汽车电子...

电子技术的发展

• 1904，真空二级电子管，电子学诞生[一代]；
• 20世纪40年代末，贝尔实验室第一只晶体管[二代]
• 20世纪50年代末，集成电路IC(<10²)[三代]
• 20世纪60年代末，大规模集成电路LSI(>10³)
• 20世纪70年代中期，超大规模集成电路VLSI(>10⁵)

发展方向：超高集成度，超高速，片上系统，超高微细加工

交叉学科：微电子学[固体物理、器件工艺、电子学三者交叉新技术学科]

半导体特性

导体：导电率10⁵.cm^-1，如金属(S:西门子)

绝缘体：导电率为10^-22 -10^-14s.com，如橡胶、云母、塑料等

半导体：如硅、锗、砷化镓等

半导体特性：

• 掺杂特性：掺入杂质导电率增加几百倍 -- 半导体元件
• 温度特性：温度增加使导电率大为增加 -- 热敏元件
• 光照特性：增加导电率，产生电动势

【本征半导体】：完全纯净、结构完整的半导体晶体，纯度99.999999999%[九个9]，单晶体形态

晶体特征：质点排列有一定规律

常用本征半导体：硅[+4价]

 载流子：运载电荷的粒子如自由电子和空穴，在本征半导体中2载流子成对出现

 在外电场的作用下，自由电子和空穴和的定向运动产生电流，分别称为电子流和空穴流

• 电子流：自由电子作定向运动形成的;方向与外电场方向相反;自由电子始终在导带内运动
• 空穴流：价电子递补空穴形成的;方向与外电场方向相同始；终在价带内运动。

本征半导体在热力学零度（OK）和没有外界能量激发下，晶体内无自由电子不导电。

【本征半导体载流子浓度】

• n_i：电子浓度，表示单位体积内的自由电子数
• p_i：空穴浓度，表示单位体积内的空穴数
• A₀  -- 与材料有关的常数
• E_GO -- 禁带宽度
• T -- 绝对温度
• k -- 玻尔曼常数

结论：1、本征半导体中电子浓度n_i=空穴浓度p_i

 

           2、载流子浓度与T、E_GO有关

载流子的产生与复合

• 产生率g：每秒成对产生的电子空穴的浓度
• 复合率R：每秒成对复合的电子空穴的浓度

            当g=R时R=rn_ip_{i ，r--复合系数，与材料有关}

【杂质半导体】

掺入三价B,Al等形成P型半导体，称空穴型半导体

掺入五价P,砷等形成N型半导体，称为点自行半导体

杂质半导体掺入杂质后导电率大为提升。

施主杂质和受主杂质

  

 【半导体PN结的形成】

PN结的形成：扩散运动：浓度高向浓度低地方运动这种由于浓度差产生的运动

                       漂移运动：载电流[自由电子和空穴]在电场力的作用下产生的定向移动，称为漂移运动

【 PN结的接触电位差】

接触电位取决于材料及掺杂浓度

【半导体PN结的伏安特性】

 正偏与反偏：PN结正偏时呈低阻性，反偏时呈高阻性，近似为截止状态。

        正偏：外接电源E后，P区电位高于N区称为外接正向电压，也称为正向偏位，简称正偏，反之亦然。

PN结具有单向导电性

 

 PN结的反向击穿特性

反向击穿：PN结上反向电压达到某一数值时u_d<U_BR，反向电流激增的现象。

 分为可逆击穿，不可逆击穿

可逆击穿：雪崩击穿：连锁反应，掺杂浓度小的二极管容易发生；

                  齐纳击穿：大量载流子，掺杂浓度大的二极管容易发生；

不可逆击穿：热击穿：PN结电流或电压较大使PN结耗散功率超过极限值使结温升高，导致PN结过热而永久性损坏。

【PN结的电容】

PN结的电容效应：势垒电容，扩散电容。均为非线性电容且同时存在

【PN结的电致发光】

【PN结的光电效应】

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