模电一二章.ppt

模拟电子技术基础,第一章 绪论,概述 课程内容 目的与要求 电子电路的特点 常用分析方法,概述,电子技术研究各种电子元器件的工作原理和 外部特性、由电子元器件构成的各种基本功 能电子电路的工作原理和技术指标，以及由 基本功能电路或集成电路组成的各种电子设 备或电子系统在各个领域（如通信、自动控 制、信号处理、计算机技术）中的实际应用。 电子元器件 电子电路 电子信号 电子系统（设备） 电子元器件发展进步的里程碑： 半导体器件的发明 集成电路工艺的使用,课程内容,二极管及其基本电路 三极管及放大电路基础 场效应管放大电路 功率放大电路 差分放大电路和集成运算放大器 反馈放大电路 信号的运算与处理电路 信号产生电路 直流稳压电路,目的与要求,通过本课程的学习，要求学生了解二极管、三极管、场效应管等常用半导体器件的有关参数及输入、输出特性；掌握由半导体器件构成的各种基本功能电路包括晶体管基本放大电路、功率放大电路、差分放大电路、反馈放大电路、运算放大器、基本运算电路、有源滤波电路、电压比较电路、振荡电路、稳压电路的基本概念、基本原理和基本分析与设计方法，培养提出问题、分析问题和解决问题的能力。,半导体电路特点,一般情况下，半导体器件为非线性器件；在 特定条件下可等效为线性器件； 半导体器件的等效电路常包含受控源； 交、直流信号共存于同一电路之中； 电路常带有反馈。,常用分析方法,常使用一些工程分析方法，如： 图解法 等效法 电子电路分析与设计的方法：定性分析、定量估算、实验调整相结合。,模拟电子电路与数字电子电路,电子电路分为 模拟电子电路 和 数字电子电路 联系：基本组成元件都是半导体二极管、三极管和场效应管 区别：,学习方法,抓基本概念； 抓规律、抓思路、抓相互联系； 做好习题 ； 理论联系实际，做好实验 。,第二章 二极管及其基本电路,内容： 半导体材料 PN结及其特性 半导体二极管的伏安特性和主要参数 二极管基本电路及其分析方法 特殊二极管,1. 半导体材料,本征半导体：硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)。 本征激发产生半导体中的载流子：自由电子和空穴 纯净半导体由本征激发产生的电子和空穴数目较少，故导电性很差，但对光照或温度变化很敏感。,1. 半导体材料,杂质半导体：在硅（或锗）晶体内掺入少量三阶（如硼或铟等）或五阶（如磷或砷等）元素杂质。掺入元素杂质后导电性大为增强。 杂质半导体内存在多数载流子和少数载流子。 N型半导体：掺入五阶元素杂质，多数载流子为自由电子。 P型半导体：掺入三阶元素杂质，多数载流子为空穴。 N型半导体和P型半导体均呈电中性。,2.PN结及其特性,PN结的形成：P型半导体和N型半导体的交界处，多数载 流子扩散和少数载流子的漂移形成稳定的 空间电荷层(耗尽层)。耗尽层的等效电阻 率比P型或N型半导体高很多，其内部存在 内电场E0。,PN结的单向导电性,正向偏置时PN结变薄， 反向偏置时PN结变厚， 等效电阻小，等效电容大。 等效电阻大，等效电容小。 PN结正向电阻很小，反向电阻很大的特性称为单向导电性。 PN结的等效电容影响半导体器件的高频性能。,给PN结加上外加偏置电压,PN结的单向导电性,伏安特性非线性。,PN结的伏安特性,理论分析表明，PN结的V-I特性可表达为,式中，iD通过PN结的电流（A）； ISPN结反向饱和电流（A）； vDPN结外加电压（V）； K= 波尔兹曼常数 ；,-温度的电压当量，室温T=(300K)下，,PN结的击穿,雪崩击穿（可恢复） 齐纳击穿（可恢复） 热击穿（永久性损坏）,当PN结的反向电压增大到一定数值时，其 反向电流突然急剧地增大，这种现象称为PN结 的反向击穿。,3.半导体二极管的伏安特性和主要参数,半导体二极管：从PN结的P端和N端分别引出电极并加以封装而成。,+,-,二极管的伏安(V-I)特性,可以看出，二极管(即PN结)具有单向导电性。,例：已知PN结在T=300K时， , 求 及 时的结电流。,实际二极管的伏安特性,正向特性,反向特性,二极管的主要参数,最大整流电流IF 反向击穿电压VBR 反向电流IR 极间电容Cj 最高工作频率fm,4.二极管基本电路及其分析方法,二极管电路的分析方法 二极管正向V-I特性的模型,二极管电路分析方法,解析法 图解法 模型分析法,二极管为非线性器件，分析二极管电路的方法有：,例：Si二极管V-I特性曲线如图 ，把Si管接入图示电 路，求二极管上的电压降和通过二极管的电流。,由外电路方程 E=iDR+vD,作出电路方程直线B： 令iD=0 vD=E=1.5V 令vD=0 iD=E/R=15mA,从图中交叉点Q可读出： iD=8mA, vD=0.7V,图解法：,例：设电路中二极管V-I特性方程为 ， 求二极管上的电压降和流过二极管的电流。,解析法： 由二极管V-I特性方程： 与电路方程： E=iDR+vD 联立可求出iD和vD。,二极管正向V-I特性的模型,理想模型（开关模型） 恒压降模型 交流小信号模型 指数模型,理想模型（开关模型）,正向导通，VD=0 (内阻r=0)，相当于开关闭合 c,反向截止，IS=0 (内阻r=)，相当于开关断开。,适用于开关、整流电路,正向偏置时，开关闭合,反向偏置时，开关断开,例：电路如图 ，判断图中二极管是导通还是截止，并确定输出电压Vo。,先设D1、D2断开，,对D1管，有VD1=Va- Vb1=5-0=5V；,对D2管，有VD2=Va- Vb2=5-5=0V。,接入二极管后，,D1管导通，将电位限制在 Va=0V， 此时D2因承受反向偏压而截止。,所以， Vo=0V。,二极管开关电路,二极管与逻辑电路,与逻辑电路,二极管或逻辑电路,或逻辑电路,限幅电路,上限幅电路 采用开关模型,当vi0时，二极管导通，vo =0； vi0时，二极管截止，vo= vi 。,限幅电路,下限幅电路（半波整流电路）,当vi0时，二极管导通，vo = vi ； vi0时，二极管截止，vo=0。,限幅电路,改变限幅电平,当viE时，二极管导通，vo = E； viE时，二极管截止，vo= vi 。,限幅电路,双向限幅电路,当vi 时，二极管 导通， 截止，vo = ； vi 时，二极管 和 均截止，vo= vi ； vi 时，二极管 导通， 截止， vo = 。,恒压降模型,Si管：Von0.7(V)（实际：0.60.8 V） Ge管：Von0.3(V),V Von，D通，通后压降为Von,V Von，D止，Is0，,适用于 的情形， 比开关模型精度高。,恒压降模型分析法：,vD=VON = 0.7V iD=(E-vD)/R=8mA,交流小信号模型,只对交流信号等效,交流电阻rd： 直流电阻RD： 一般情况下：,例:如图低电压稳压电路，已知输入为 (vi 为微 小变化电压)，求输出电压 。,解 ：,E =0，,叠加交，直流量，,直流等效电路,交流等效电路,例:如图低电压稳压电路，设E=10V， R=10k， vi=±1V，求ID，RD，rd， vD 。,相对电压稳定度,稳压前：,稳压后：,指数模型,适用于理论分析,5.特殊二极管,稳压二极管 发光二极管 光电二极管 变容二极管,稳压二极管,稳压管的符号,稳压二极管(齐纳二极管)是一种用特殊工艺制造的面结型Si半导体二极管，它利用PN结的反向击穿特性实现稳压。,DZ,+,稳压管的伏安特性,稳压二极管工作在反向击穿区附近， 反向击穿电压即为稳定电压： VBR=-VZ,稳压管的反向击穿特性越陡，交流电阻越小，稳压特性越好。,交流电阻：,稳压管的主要参数,稳定电压VZ；,最小稳定电流IZ min；,最大稳定电流IZ max；,交流电阻rZ；,最大功耗PM：PM=IZ maxVZ ；,稳压管的模型,稳压管稳压电路,稳压原理,RL不变，若 VI变大，则 VIVOIZIRVR,VI不变，若 RL变小，则 IOIRVRVOIZIR,限流电阻R的选择,设电网电压最高时整流输入电压为VI max，最低时为VI min ；负载电流IO的最小值为IO min，最大值为IO max 。 DZ的工作电流IZ应满足：IZ minIZIZ max,当VI max和IO min，IZ的值最大：,当VI min和IO max，IZ的值最小：,发光二极管,发光二极管（ LED）由砷化镓等化合物半导体材料制成，它能将电流转化为光信号，也就是将电能转化为光能。,发光二极管工作时处于正向偏置，电子和空穴复合时会发出光子。 发光二极管符号：,应用：指示灯，七段式或矩阵式显示器， 光驱或光纤的光源，照明等。,七段LED显示器,