电子电路基础第一章(XXXX)

电子电路基础电子电路基础2012年9月-2013年1月一.课程介绍课程介绍1课程的性质和目的一、课程介绍1、课程的性质和目的电子电路基础课程是电子信息类专业的主要技术（专业）基础课程。目的通过对常用电子器件电子电路的分析和目的：通过对常用电子器件、电子电路的分析和设计方法的学习，掌握电子电路的基础理论、基本分析方法和设计方法培养硬件电路的分析设计分析方法和设计方法，培养硬件电路的分析、设计能力及工程计算的能力。通过对该课程的学习，树立严肃认真的科学作风获得科学思维能力实验立严肃认真的科学作风、获得科学思维能力、实验研究能力和科学归纳能力。为通信电子系统的工程实现和后续课程学习打下必备的基础程实现和后续课程学习打下必备的基础。2.课程的内容半导体器件（BJT、FET、集成电路等）原理、特性。各种半导体器件及功能电路在电子系统中的作用各种半导体器件及功能电路在电子系统中的作用。处理模拟信号的电子电路及其相关电路的基本功能：各种放大电路、运算电路、滤波电路、信号发生电路的组成功能参数等组成、功能、参数等。模拟电路的分析、设计方法。3课程的特点3、课程的特点(1)、工程性根据实际工程需要证明其功能和可行性。强调定性分析（如电路的性质功能）强调定性分析。（如电路的性质、功能）工程近似分析(实际工程在满足基本性能指标的前提下总是允许存在一定的误差范围）。电子电路常使用“估算”进行定量分析近似值电子电路常使用估算进行定量分析。近似值合理、次要因素的忽略要合理等（如误差小于10%）。电子电路分析的基础是基本电路的功能、性能分析。估算不同的参数需采用不同的模型可用电路估算不同的参数需采用不同的模型，可用电路的基本理论分析电子电路。（2）实践性（2）实践性实用的模拟电子电路一般都需要进行调试才能达到预期的标要掌握下方法才能达到预期的目标，因而要掌握以下方法（主要从试验中进一步了解和体会）：常用电子仪器的使用方法电子电路的测试方法试故障的判断与排除方法EDA软件的应用方法EDA软件的应用方法4.成绩组成：平时作业15%；EDA实践5%；期中考试：20％；期末考试：60%期中考试：20％；期末考试：60%5.参考书童诗白主编，《模拟电子技术基础》高教出版社谢嘉奎主编，《电子线路基础》（线性部分），高教出版社谢嘉奎主编，《电子线路基础》（线性部分），高教出版社康华光主编，《电子线路基础》（模拟部分）高教出版社答疑：答疑：试用QQ群1（13班专属）174817787试用QQ群1（1-3班专属）：174817787修改显示：1201XXX1202XXX1203XXX03试用QQ群2（全院共用）：36437175试用QQ群2（全院共用）：36437175二电子器件的发展电子管（真空管）：二.电子器件的发展电子管（真空管）：1904年，世界上第一只电子管（真空二极管）由英国物理学家弗（真空二极管）由英国物理学家弗莱明发明。并获得了这项发明的专利权利权。标志：世界进入电子时代标志：世界进入电子时代。1907年美国的德福雷斯特向美1907年，美国的德福雷斯特向美国专利局申报了真空三极管的发明专利专利。电子管图片电子管图片电子管图片电子管图片晶体管（晶体三极管）晶体管（晶体三极管）：★美国物理学家肖克利在1939年提出★美国物理学家肖克利在年提出“利用半导体而不用真空管的放大器在原则上可行的”，布拉顿和巴丁在1947则上可行的，布拉顿和巴丁在1947年12月23日的实验中，取得成功。★1948年6月30日美国贝尔电话研究★1948年6月30日，美国贝尔电话研究所正式宣布：世界上第一只晶体管研制成功成功。★之后，开发出许多品种的新型晶体管，如合金晶体管（1951年）漂移晶体管（1955年）台面晶体管（1956（1951年）、漂移晶体管（1955年）、台面晶体管（1956年），平面晶体管（1959年）、外延晶体管（1960年）、金属氧化物半导体晶体管（1962年）、功率晶体管（1962金属氧化物半导体晶体管（1962年）、功率晶体管（1962年）等。现用晶体管封装及外观集成电路：集成电路：1959年2月6日，美国德克萨斯仪器公司（简称TI公司）的基尔比向美国专利局申报专利，将由元件组合的微型固体叫做“半导体集成电路”，第一件合的微固体叫做半导体集成路第个集成电路是一种用于无线电设备的“振荡器”。同时在硅谷的美国仙童公司也基本完成集成电同时在谷的美国仙公司本完成集成路的发明。1959年7月30日，仙童公司的諾易斯也向美国专利局申请了发明专利。部分集成电路芯片外观•1948年贝尔实验室制成第一只晶体管•1959年集成电路（小规模10-100，中规1959年集成电路（小规模10100，中规模100-1000）•1969年大规模集成电路（1000-10000）•1969年大规模集成电路（1000-10000）•1975年超大规模集成电路（10000以上）第一片集成电路只有4个晶体管，到2009年一片集成电路中就已经可以集成23亿个晶体管。处理器集成度：路中就已经可以集成23亿个晶体管。处理器集成度：4004（1971年）2,3008086（1976年）290008086（1976年）29,000IntelPentium4（2000年）57,000,000（双核）（年）超过IntelItanium（双核）（2005年）超过800,000,000三模拟信号与模拟电路1信号是反映信息（消息）的物理量三、模拟信号与模拟电路1.信号：是反映信息（消息）的物理量如温度、压力、流量，自然界的声音信号等等，因而信号是信息（消息）的表现形式。2.电信号电信号由于非电的物理量很容易转换成电信号，而且电信号又容易传送和控制因此电信号成为应用最为广泛的信电信号是指随时间而变化的电压v或电流i，记作又容易传送和控制，因此电信号成为应用最为广泛的信号。v=f(t)或i=f(t)。3.模拟信号与数字信号模拟信号模拟信号对应任意时间值t均有确定的函数值v或i，并且v或i的幅值是连续取值的，即在时间和数值上均具或i的幅值是连续取值的，即在时间和数值上均具有连续性。数字信号数字信号在时间和数值上是离散的，v或i的变化在时间上不连续，总是发生在离散的瞬间；且一般它们的数不连续是发在离散的瞬间；般它们的数值是一个最小量值的整数倍，当其值小于最小量值时信号将表示为零（0）。大多数物理量最先所转换成的信号均为模拟信号。4.模拟电路模拟电路：对模拟量进行处理的电路。包括放大运算滤波震荡整流限幅钳包括放大、运算、滤波、震荡、整流、限幅、钳位等最基本的处理是对信号的放大。放大：输入为小信号，有源元件控制电源使负载获得大信号并保持输输之间的线性关系获得大信号，并保持输出和输入之间的线性关系。有源元件：能够控制能量转换的元件。第一章半导体基础及二极管电路11半导体的基本特性1.1半导体的基本特性1.2半导体二极管的工作原理及特性1.3半导体二极管电路14计算机仿真例题1.4计算机仿真例题第一章半导体基础及二极管电路第一章半导体基础及二极管电路1.1半导体的基本特性半导体材料：半导体的基本特性根据物体电阻率的不同，划分导体、绝缘体和半导体。导体:电阻率小于10-4Ω·cm绝缘体:电阻率大于109Ω·cm半导体:电阻率介于10-3Ω·cm与109Ω·cm半导体:电阻率介于103Ω·cm与109Ω·cm典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓(GaAs)等。半导体器件半导体器件：用半导体材料制成的器件。二极管双极型三极管场效应管光电器件集成电路等二极管、双极型三极管、场效应管、光电器件、集成电路等半导体的特性：(1)、掺杂特性：在半导体材料中掺入其他极微量的元()素就会使其电阻率大大下降，从而改变和控制半导体的导电能力。（应用较多的为掺杂半导体）(2)、热敏特性：温度可以改变半导体的导电特性，半导体的电阻率随着温度的上升而急剧地下降(负温度(系数）半导体的这一性质可以制成热敏电阻、热敏传感器等器件。（给出实例？）(PTC)(3)、光敏特性：光照可以使半导体产生光电效应，不仅半导体的电阻率随着光照的加强而显著地下降，而且还会产生电动势，这就是半导体的光电效应。利用这种效应，可以制成光敏电阻和光电池。（给出应用实例？）(遥控、数码相机等）111本征半导体1.1.1本征半导体本征半导体:原子排列整齐、晶格无缺陷的、纯净的半导体。本征半导体:原子排列整齐、晶格无缺陷的、纯净的半导体。现代电子学中，用的最多的半导体是硅（外层14个电子）和锗（外层32个电子），它们的最外层电子（价电子）都是四个SiGe硅原子锗原子硅和锗都属于4价元素由于元素的许多物理化学硅和锗都属于4价元素。由于元素的许多物理、化学性质以及导电性能都与价电子有关，为了简化，常用惯性核简化模型来表示用惯性核简化模型来表示+32+14+4(a)(b)(c)共价键：在本征半导体中每个原子的外层价电子的结构共价键：在本征半导体中，每个原子的外层价电子与其相邻原子的价电子之间形成的共用电子对。•硅和锗的共价键结构共价键--共用电子对+4+4+4表示除用电子对+4+4去价电子后的原子形成共价键后每个原子的最外层电子是八形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。共价键有很强的结合力，+4+4使原子规则排列，形成晶体。+4+4共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中称为束缚电共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，低温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此低温下的本征半导体中的自由电子很少，本征半导体的导低温下的本征半导体中的自由电子很少，本征半导体的导电能力很弱。本征激发（热激发）——在热和光作用下价电子挣脱共价键束缚的过程本征激发电子挣脱共价键束缚的过程•自由电子——由本征激发从共价键中逃逸本征激发的价电子•空穴——本征激发后共价键中的空位•空穴——本征激发后共价键中的空位•电子空穴对——由本征激发而产生的自由电子和空穴对•空穴的移动——空穴的运动是靠相邻共价空穴的移动空穴的运动是靠相邻共价键中的价电子依次充填空穴来实现的。空穴的移动复合自由•复合——自由电子和空穴在运动中释放能量重动中释放能量重新结合的过程。•动态平衡——在一定温度下，电子---空穴对的热激发和复合达到动态平衡，电到动平衡子和空穴的数目基本保持不变。载流子运载电荷的粒子（电子和•载流子：运载电荷的粒子（电子和空穴）空穴）•载流子浓度：单位体积载流子数•电子浓度：ni•空穴浓度：pi本征半导体中•本征半导体中：ni=pi在热平衡下本征载流子浓度Ge3(1/)incm在热平衡下本征载流子浓度Eg30Si14101610kTieTAn220121010132.5101015108101010101.510本征硅：KcmA/10X15233160200250300350400450T/K610克服共价键禁带宽度一个价电子本征锗：EKcmA/10X1.3233160量成为自由电子的最小能克服共价键禁带宽度，一个价电子Eg0室温300K时，锗的本征载流子浓度为25×1013/cm3硅热力学温度锗：硅：TeVEeVEgg785.0,21.1002.5×1013/cm3，硅的浓度为1.5×1010/cm3－－玻耳兹曼常数－KeVk/10X63.851.5×10/cm本征半导体载流子的浓度对温度十分敏感本征半导体载流子的浓度对温度十分敏感:硅材料，大约温度每升高8℃，本征载流子的浓度增加一倍；锗材料，大约温度每升高12℃，浓度增加一倍。常温下，由热激发产生的电子---空穴数量与原子密度相比是很少的，所以本征半导体的导电能力很差。112掺杂产生种半导体1.1.2掺杂产生两种半导体杂质半导体掺入杂质的半导体杂质半导体:掺入杂质的半导体。在本征半导体中掺入某些微量元素作为在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是五价或三价元素。原是掺杂半导体的某种载流浓度大原因是掺杂