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教材及参考书籍1.《模拟电子线路》杨凌编著机械工业出版社，2007年第1版2.《模拟电子技术基础》华成英童诗白主编高等教育出版社，2006年第4版3.《电子技术基础》(模拟部分)康华光主编高等教育出版社，2006年第5版4.《模拟电子技术基础》孙肖子张企民编著西安电子科技大学出版社，2001年第1版5.《ElectronicCircuitAnalysisandDesign》(SecondEdition)DonaldA.Neamen，清华大学出版社，2000年12月第1版《模拟电子线路》第1章绪论杨凌§1.1引言由于物理学的重大突破,电子技术在20世纪取得了惊人的进步,特别是近40多年来,微电子技术和其他高技术的飞速发展使人类生活的各个领域都发生了令人瞩目的变革。一、电子技术发展简史1883年美国发明家爱迪生发现了热电子效应。1904年弗莱明利用热电子效应制成了电子二极管，并证实了电子管具有“阀门”作用，电子二极管首先被用于无线电检波。1906年美国的德弗雷斯在弗莱明的二极管中放进了第三个§1.1引言电极——栅极而发明了电子三极管，从而建树了早期电子技术史上最重要的里程碑。1939年,约翰·阿塔那索夫(JohnAtanasoff)和克里福德·贝里(CliffordBerry)研制制成功了世界上第一台电子计算机—ABC。它有300多个电子管，用电容充当存储器，采用二进制计数，每15秒完成1个计算操作。图1.1ABC§1.1引言1946年,约翰·莫希莱(JohnMauchly)和普莱斯波·埃克特(PresperEckert)在宾夕法尼亚大学建成了当时最大且功能最强的数字电子计算机—ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorandCalculator)。ENIAC使用了17468个电子管，70000个电阻，10000个电容，1500个继电器，6000个手动开关，500万个焊点，占地167平方米，重达30吨，耗电160千瓦，价格40多万美元。它主要用于氢弹设计和天气预报的计算、宇宙射线和热点火的研究、随机数的产生和风洞设计等。§1.1引言图1.2（a）ENAIC§1.1引言图1.2（b）ENAIC§1.1引言1947年美国贝尔实验室的几位研究人员发明了晶体管。它的出现，是电子技术之树上绽开的一朵绚丽多彩的奇葩。图1.3WilliamShockley、JohnBardeenandWalterBrattain§1.1引言1958年,集成电路的第一个样品见诸于世(美国德克萨斯公司)。集成电路的出现和应用，标志着电子技术发展到了微电子技术阶段。图1.4JackKilby图1.5RobertNoyce§1.1引言图1.4几种集成运放的外形§1.1引言集成电路芯片的发展基本上遵循了Intel公司创始之一—GordonE.Moore在1965年预言的摩尔定律，即集成电路的集成度每3年增长4倍，特征尺寸每3年缩小2倍。微电子技术的发展和应用使全球发生了第三次工业革命，它大大推动了航空技术、遥测传感技术、通讯技术、计算机技术、网络技术及家用电器产业的迅速发展。微电子已成为衡量一个国家科技进步和综合国力的重要标志。§1.1引言随着系统向高速度、低功耗、低电压和多媒体、网络化、移动化的发展，系统对电路的要求越来越高，同时，IC的设计与工艺水平日趋提高，目前已经可以在一个芯片上集成108～109个晶体管。正是在这种需求牵引和技术推动的双重作用下,诞生了将整个系统集成在一个微电子芯片上的系统芯片（Sys-temonChip，简称SOC）概念。SOC技术的出现，大大促进了软硬件协同设计及计算机系统设计自动化的发展。微电子技术从IC向SOC转变不仅是一种概念上的突破，同时也是技术新发展的里程碑。§1.1引言现代电子技术的发展，极大地改变了人们的生产和生活方式，在我们的日常生活中，电子技术无处不在！在科学技术领域,电子技术更是起着龙头作用!在今天，微电子技术已经成为整个信息社会发展的基石。本课程作为电子技术基础课程,将对目前常用的基本电子电路(包括分立元件电路和集成电路)的分析与设计方法进行讨论。§1.2电子系统与信号一、电子系统所谓电子系统,通常是指由若干相互联接、相互作用的基本电路组成的具有特定功能的电路整体。在许多情况下,电子系统必须与其他物理系统相结合,才能构成完整的实用系统。在现代有线通信网中独具特色的传输媒介─光纤,其生产过程是由各个电子系统与机械、动力、热工、激光等多种物理系统组合而成的(参阅图1.1)。§1.2电子系统与信号§1.2电子系统与信号图1.2石英预制棒加热炉温度控制系统方框图高温计加热炉放大滤波取样-保持电压/电流转换数模转换微处理机模数转换§1.2电子系统与信号二、模拟信号和数字信号模拟信号─时间连续,数值连续数字信号─时间离散,数值离散(A/D转换器输出信号)时间离散,数值连续(取样信号)时间连续,数值离散(D/A转换器输出信号)处理模拟信号的电子电路称为模拟电路。§1.2电子系统与信号v/Vv/Vv/Vv/V00t/s(a)时间、幅值均连续t/s(b)时间离散、幅值连续（取样信号）t/s(c)时间、幅值均离散A/D转换器输出信号t/s(d)时间连续、幅值离散D/A转换器输出信号图1.30§1.3课程的特点及学习方法“模电”是一门理论性、工程性、实践性都很强的课程，与数学、物理课程有着明显的区别，甚至与同为专业基础课的电路课程也有着显著的区别，它与电路课程的主要区别在于:1、采用的数学模型和分析方法不同。“电路”课程采用理想模型和严格计算的方法，而“模电”课程则普遍采用近似模型和工程估算的方法。有人说：“近似估算是电子线路的灵魂”，从工程角度来看，此话并不为过。2、“电路”课程所涉及到的元器件大都为线性的，而“模电”课程所面对的却是非线性器件。§1.3课程的特点及学习方法3、“电路”课程偏重于为人们提供研究电路的理论和方法，而“模电”课程更偏重于构造实际应用电路的理论及技术。学习“模电”时应注意以下问题：1、在掌握电路基本理论的同时，注意学会从工程的角度思考和处理问题，学会使用合适的器件模型对电路进行合理的近似分析。2、勤于思考，注重课后习题训练。3、注重实践训练。4、培养全面、辨证地分析问题的能力。应该明白，对于实§1.3课程的特点及学习方法际需求，从实用的角度出发，没有最好的电路，只有最适合的电路。5、培养对专业的浓厚兴趣，克服学习上的“畏难”情绪。学习的最根本动力来自内因，你既已踏入这个专业，那么去亲近它，去热爱它。如果你对它有所付出，相信它会给予你相应的回报！欢迎提出批评指正!杨凌《模拟电子线路》第2章第2章半导体二极管及其基本电路§2.0引言电路器件应用RichardJ.Valentine─摩托罗拉公司首席工程师“分立半导体器件是大多数电子电路的基本构件,即使对于微型计算机芯片这样的复杂集成电路器件,也是由二极管和晶体管构成的。工程师在开始设计电路之前,不管这个电路是一个普通的家用计算机电源,还是一个含有500万个晶体管的微处理器集成电路,了解其中的单个元器件的工作原理是非常必要的。”§2.0引言“每种类型的半导体设备都有其独特的性能,从而满足不同的电路要求.学习这些特性能帮助电路设计着更快地选择正确的元器件.花时间学习每种分立半导体器件如何工作,以及它们与其他元件如何相互作用,最终会得到回报的.”“任何电子类职业都会涉及到半导体器件的应用甚至设计.掌握半导体器件的基本知识,无论对于那些测试二极管、晶体管以及微电路芯片的技工,还是那些将半导体器件设计到电子设备中的工程师来说,都是非常重要的.”§2.1半导体的基本知识半导体的导电率介于导体和绝缘体之间(10－3～109Ω·cm).硅(Si)和锗(Ge)是常用的半导体材料,它们广泛用于半导体器件和集成电路中,其他半导体材料用在特殊的领域中,例如砷化镓(GaAs)及其相关化合物用在特高速器件和光器件中.一、本征半导体本征半导体是一种完全纯净的、结构完整的半导体晶体.本征半导体呈电中性.§2.1半导体的基本知识+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子空穴图2.1图2.2本征激发§2.1半导体的基本知识ni=pi=AT3/2e－Eg0/2kT（2—1）3.88×1016cm－3K－3/2（Si）1.76×1016cm－3K－3/2（Ge）1.21eV（Si）0.785eV（Ge）k(玻尔兹曼常数)=8.63×10－5eV/KT↑→ni↑，T=300K，ni(Si)≈1.5×1010cm－3ni(Ge)≈2.4×1013cm－3;T—(K)A=Eg0(禁带宽度)=§2.1半导体的基本知识硅本征半导体中自由电子的浓度为1.5×1010cm－3,看上去似乎很大,但和硅原子的浓度4.96×1022cm－3相比还是很小的.所以,本征半导体的导电能力很弱(本征硅的电阻率约为2.2×105Ω·cm).二、杂质半导体掺有杂质的半导体称为杂质半导体.在掺杂过程中,通过控制自由电子和空穴的浓度,来控制半导体的导电性能.杂质半导体依然呈电中性.§2.1半导体的基本知识1.N型半导体多子:自由电子少子:空穴+4+5+4+4+4P施主杂质图2.3+4+3+4+4+4B受主杂质图2.42.P型半导体多子:空穴少子:自由电子§2.1半导体的基本知识在热平衡条件下n0p0=ni2（2—2）N型半导体n0=Nd+p0≈Nd（2—3）Nd—施主原子浓度.P型半导体p0=Na+n0≈Na（2—4）Na—受主原子浓度.(1)掺杂后,多子浓度都将远大于少子浓度.且少量掺杂,载流子就会有几个数量级的增加,即导电能力显著增大.§2.1半导体的基本知识(2)在杂质半导体中,多子浓度近似等于掺杂浓度,其值几乎与温度无关(3)在杂质半导体中,少子浓度随温度升高而显著增大.少子浓度的温度敏感性是导致半导体器件温度特性差的主要原因.三、两种导电机理—漂移和扩散1.漂移和漂移电流在外加电场作用下,载流子将在热骚动状态下产生定向的运动,这种定向运动称为漂移运动,由此产生的电流称为漂移电流.§2.1半导体的基本知识图2.5+V-EIIJt=Jpt+Jnt=q(pμp+nμn)E=σE（2—5）2.扩散和扩散电流因载流子的浓度差引起的载流子的定向运动称为扩散运动,相应产生的电流称为扩散电流.§2.1半导体的基本知识N型硅半导体n0≈p0n(x)p(x)图2.60xJd=Jpd+Jnd（2—6）dp(x)Jpd=－qDpdxdn(x)dn(x)Jnd=－(－q)Dn=qDndxdx由扩散运动产生的扩散电流是半导体区别于导体的一种特有的电流.§2.2PN结当P区和N区连接在一起构成PN结时,半导体的现实作用才真正发挥出来.一、PN结的形成1.形成过程图2.7空间电荷区P+x=0N－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－E耗尽层(阻挡层)§2.2PN结阻碍多子扩散载流子浓度差→多子扩散→空间电荷区利于少子漂移形成一定厚度的PN结动态平衡2.内建电位差NaNdVB≈VTln(2—7)ni2其中:VT≈26mVNa↑Nd↑ni↓→VB↑§2.2PN结室温下(T=300K)VB(Ge)≈0.2～0.3VVB(Si)≈0.5～0.7V－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－图2.8xxn－xpVP+NOVB3.阻挡层宽度xnNal0=xn+xp=(2—8)xpNd§2.2PN结二、PN结的伏安关系VF+－图2.9VB－VFVl0P+NlxOVB图2.10VB+VRVl0VR－+P+NlxOVB§2.2PN结1、正偏l＜l0，ID＞ITIF2、反偏l＞l0，ID＜ITISOvD/V←TiD/mAVBRIS(Si)≈(10－9～10－16)AIS(Ge)≈(10－6～10－8)A(Na、Nd)↑→IS↓T↑→IS↑图2.11PN结具有单向导电性.§2.2PN结ID=IS(e－1)VDVT→VDVTID≈ISe(2—9)(2—10)IDID或VD≈VTln=2.3VTlgISIS3、V-I关系的数学表达式I2I1I