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上页下页后退 模拟电子技术基础 徐正红 电工电子教学实验中心 zhhxumail.xjtu.edu.cn 82668671308 东一楼东256室 上页下页后退 模拟电子技术基础 0 绪 言 0.1 什么是电子技术 0.2 本课程的性质、任务和重点内容 0.3 本课程的特点和学习方法 上页下页后退 模拟电子技术基础 电子技术就是研究电子器件、电子电路及其应 用的科学技术。 1电子器件 电子器件的发展 0.1 什么是电子技术 0 绪 言 上页下页后退 模拟电子技术基础 第一代电子器件 电子管 离子管 电真空器件 (1) 电子管 上页下页后退 模拟电子技术基础 d. 电子受外加电场和磁场的作用下 ，在真空中运动就形成了电子管中 的电流。 电子管的结构和工作原理 a. 有密封的管壳，内部抽到高真空。 b. 在热阴极电子管中，有一个阴极。 c. 阴极可由灯丝加热，使温度升高， 发射出电子。 上页下页后退 模拟电子技术基础 电子管的主要特点 a. 体积大、重量重、耗电大、寿命短。 b. 目前在一些大功率发射装置中使用。 (2) 离子管 a. 与电子管类似,也抽成高真空。 b. 管子中的电流，除了电子外，也有正离子。 上页下页后退 模拟电子技术基础 第二代电子器件晶体管 晶体管是用半导体材料制成的，也称为半导体器件 (semiconductor device)或者固体器件(solidstate device)。 1948年贝尔实验室 上页下页后退 模拟电子技术基础 晶体管的发明人巴丁 巴丁，1908年生于美国，16岁上大学，喜欢物理。 巴丁早年与肖克利和布拉坦一起研究半导体硅和锗的 物理性质时，偶然发现锗晶体的特殊的电流特性。他 们通力合作于1947年发明了一种新的半导体器件 晶体管，取代了电子管。这一超过轰动了世界，巴丁 被称为电子技术革命的杰出代表。他们一起获得了 1956年诺贝尔物理学奖。 从事超导理论研究，与中年教师库柏、研究生施里弗 建立了超导理论BCS理论，三人于1972年获得诺贝 尔物理学奖，成为老、中、青合作的典范。 John Bardeen（1908-1991）、walter House Brattain（1902-1987）和William Shockley（1910- 1989） 上页下页后退 模拟电子技术基础 a. 体积小、重量轻。 e. 加电压不能太高。 晶体管的主要特点： b. 寿命长、功耗低。 c. 受温度变化的影响较大。 d. 过载能力较差。 上页下页后退 模拟电子技术基础 2电子电路 电子器件与电阻器、电感器、电容器、变压器 、开关等元件适当地连接起来所组成的电路。 电子电路的主要特点： 控制方便、工作灵敏、响应速度快等。 上页下页后退 模拟电子技术基础 （3）电子电路必须采用非线性电路的分析方法来分析。 电子电路与普通电路的主要区别： （1） 电子电路包含有电子器件。 （2） 电子器件的特性往往是非线性的。 电子电路 分立元件电路 集成电路 上页下页后退 模拟电子技术基础 分立电路由各种单个的电子器件和元件构成的电路 （3）体积大，功耗大，可靠性低。 分立电路的主要特点： （1）把许多元件和器件焊接在印刷电路板上组成的。 （2）焊点多，容易造成虚焊。 上页下页后退 模拟电子技术基础 集成电路（ICintegrated circuit） 集成电路是把许多晶体管与电阻等元件制作在同 一块硅晶片上的电路。 （1）体积小，重量轻。 集成电路的主要特点： （2）功耗小。 （3）可靠性高。 （4）寿命长。 上页下页后退 模拟电子技术基础 世界上第一块集成电路在1959年美国的德州仪器公 司和西屋电气公司诞生。 集成电路发展历程 集成度：集成电路上只有四只晶体管。 (1) 小规模集成电路 small scale integration ,简写为SSI 集成度：一块芯片上集成有几十个元器件。 上页下页后退 模拟电子技术基础 (2) 中规模集成电路 Medium scale integration ,简写为MSI。 集成度： 一块芯片上集成有几百个元器件。 (3) 大规模集成电路 large scale integration ,简写为LSI。 集成度：一块芯片上集成有几千到几万个元器件。 上页下页后退 模拟电子技术基础 (4) 超大规模集成电路 very large scale integration ，简写为VLSI。 集成度： 一块芯片上可集成有十万以上个元器件。 （5） 目前的集成电路： a. 已经可以在一片硅片上集成几千万只，甚至上亿只 晶体管。 b. 集成电路的性能（高速度和低功耗等）也迅速提高。 上页下页后退 模拟电子技术基础 e. 集成电路逐步向集成系统（integrated system）的 方向发展。 c. 集成电路仍在高速发展。集成度每 2-4增加一倍。 d. 出现的系统级芯片（SOCsystem on chip）。 摩尔定律？ 1965年戈登 摩尔在电子学月刊发文 ，认为集成电路元件数量会每18个月增 加一倍，这种速度将保持10年。当时集 成电路只有50-60个晶体管。后来，摩尔 将这一速度修正为24年。 “这是一种人类的 精神。正是它早就 了硅谷。” 1954年，平均一个 晶体管的成本是 5.52美元；2004年 ，是一美元的十亿 分之一。 上页下页后退 模拟电子技术基础 日开发出世界最小IC芯片 据新华社东京2月6日电 日本日立制作所6日宣 布，这家公司下属的中央研究所开发出了世界上最 小、最薄的非接触型IC芯片，并已成功确认了这种 芯片的工作性能。 该芯片长和宽分别为015毫米，厚仅75微米 。它通过外部天线接收245G赫兹的微波，将微波 转换为能量，再以无线方式发送128比特的固有号码 。该芯片具有尺寸小和厚度薄的特征，有望广泛应 用于有价证券、各种证明文件等与信息安全相关的 纸质物品，并在交通、跟踪和物流管理等领域发挥 作用。 科技日报06年2月7日记者 钱铮 上页下页后退 模拟电子技术基础 3电子技术应用 有线载波通信、激光通信、光纤维通信等。 特点：快速、灵敏、精确等。 （1）通信系统 无线电通信（最早的应用领域）广播、电报、电视等 （2） 控制 在自动化技术中，电子控制是后起之秀。 手机发展史 http:/video.cctv.com/opus/1283.html 上页下页后退 模拟电子技术基础 （3）测量方面的应用 （4）电力系统的应用 电子测量技术和电子计量仪表的应用日益广泛。 a. 微机继电保护 b. 故障测距 c. 配变检测 上页下页后退 模拟电子技术基础 (5) 电子技术对计算机的发展 二十世纪四十年代第一部数字电子计算机主要特点： b. 功率130千瓦。 a. 有一万八千个电子管。 c.重量达三十吨。 d. 占地约150平方米。 e. 运算速度每秒仅约5000次。 f. 并且故障率高。 计算弹道的高手！ 30秒！ ！ 1946年！ 上页下页后退 模拟电子技术基础 1969年，英特尔公司为 日本计算机公司最新研 发的“Busicom 141- PF”计算机设计12块芯 片。但英特尔公司的工 程师泰德-霍夫等人却 根据日本公司的需求提 出了另一套设计方案。 于是诞生了历史上第一 个微处理器-4004。 上页下页后退 模拟电子技术基础 摩尔定律会一直有效吗？ 过去20年来，人们一直在说它的 末日为期不远，但每项似乎不可 能逾越的障碍都一一克服了。 科学界普遍认为摩尔定律不会永远 有效，0.05微米或50纳米是现代半 导体工艺的极限，而Intel的最新 工艺是0.13微米，硅极限将在10 15年内到达。 上页下页后退 模拟电子技术基础 0.2 本课程的性质、任务和重点内容 1本课程的性质与任务 性质:是电子技术方面入门性质的技术基础课。 任务：是使学生获得电子技术方面的基本理论基本理论、基基 本知识本知识和基本技能基本技能（简称“三基”）。 “三基”: 基础课 专业课 技术基础课 上页下页后退 模拟电子技术基础 主要是指电子电路的基本分析方法。 是指基本的电子器件和电子电路的性能及其主要应用 。 是指电子测试技术、电子电路的分析计算能力和识图 能力。 基本技能: 基本知识: 基本理论: 上页下页后退 模拟电子技术基础 (1) 电子器件，包括集成电路。 b.不深入讨论器件内部微观的物理过程及生产工艺。 本课程基本内容： 学习的重点: a. 了解电子器件的外部特性。 b. 了解电子器件在电路中的应用。 注意的事项： a. 本课程只介绍常用的半导体器件。 2课程内容的重点 上页下页后退 模拟电子技术基础 (2) 电路 学习的重点: (a) 最基本的电路结构 (b) 电路的工作原理 (c) 电路的分析方法 (d) 电路的组合规律 (e) 典型应用电路 上页下页后退 模拟电子技术基础 (3) 器件、电路、应用三者学习的关系是： 管、路、用结合，管为路用，以路为主。 (b) 分立电路仍然是电子电路中最核心的电路。 分立电路与集成电路的关系 (a) 分立电路在很多应用场合已经被集成电路所代替。 (c) 分立电路是集成电路中的基本单元电路。 (d) 分立为基础、集成是重点，分立为集成服务。 上页下页后退 模拟电子技术基础 电子电路的分类： 按照处理信号的不同 模拟电路 数字电路 两类电路的区别: a.电路中信号 模拟电路：信号波形是连续变化的。 数字电路：信号波形是跃变的。 上页下页后退 模拟电子技术基础 b. 电路中电子器件的工作状态 模拟电路：器件工作在放大状态。 数字电路：器件工作在开关状态。 上页下页后退 模拟电子技术基础 0.3 本课程的特点和学习方法 1. 本课程的特点： d. 电路种类多。 a. 内容比较庞杂。 b. 技术术语多。 c. 基本概念多。 e. 课程的难点都集中在前几章，初学者都会有“入 门难”的感觉。 上页下页后退 模拟电子技术基础 (1) 注重物理概念。 (2) 采用工程观点。 2. 本课程的学习方法 实际工程问题的特点： a. 电子器件的特性具有分散性。 b. 元器件的实际参数值与标称值有一定的偏差。 d. 难以进行精确计算。 c. 实际参数值受环境温度等因素的影响而偏离设计值。 上页下页后退 模拟电子技术基础 实际工程问题的算法： a. 忽略一些次要的因素。 b. 采用简化的工程问题。 工程问题合理估算的依据： 结果所产生的误差应不超过10%。 工程估算法存在的问题： 有些问题的简化处理往往是经验数据，无章可循。 上页下页后退 模拟电子技术基础 工程估算的目的： a. 不是为了获得精确的结果。 b. 而是为了获得清晰的、定性的概念和结论。 c. 利用获得概念和结论，进一步指导电路和系统的 设计和实验。 上页下页后退 模拟电子技术基础 3重视实验技术 a. 通过实验才能理解基本概念，实验是理论与实践结 合的桥梁。 b. 影响电子电路工作的因素非常复杂，简单的电路模 型是不能进行全面而精确的分析。 c. 一般电子设备在设计、安装好以后，需要经过反复 调试、修改。 “我听到的会忘掉；我看 到的能记住；我做过的 才真正明白！” 上页下页后退 模拟电子技术基础 参考书籍 模拟电子技术基础 清华大学 童诗白 T71/51(88) TN01/35(2001) 电子技术基础(模拟部分）华中 康华光 TN71/24(99)/c.1 模拟集成电路的分析与设计第四版（翻译版 高教出版社 05年6月第一版 TN31 G283 (西区） Analysis and Design of Analog Integrated Circuits Four Edition 高教出版社 TN431.1 G781-4y 各种电子技术方面的期刊、学报等 上页下页后退 模拟电子技术基础 上页下页后退 模拟电子技术基础 模拟电子技术网络课堂 http:/ee.xjtu.edu.cn/modian/