模拟电子技术教案
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《模拟电子技术基础》教案三篇篇一:《模拟电子技术基础》教案1、本课程教学目的:本课程是电气信息类专业的主要技术基础课。
其目的与任务是使学生掌握常用半导体器件和典型集成运放的特性与参数,掌握基本放大、负反馈放大、集成运放应用等低频电子线路的组成、工作原理、性能特点、基本分析方法和工程计算方法;使学生具有一定的实践技能和应用能力;培养学生分析问题和解决问题的能力,为后续课程和深入学习这方面的内容打好基础。
2、本课程教学要求:1.掌握半导体器件的工作原理、外部特性、主要参数、等效电路、分析方法及应用原理。
2.掌握共射、共集、共基、差分、电流源、互补输出级六种基本电路的组成、工作原理、特点及分析,熟悉改进放大电路,理解多级放大电路的耦合方式及分析方法,理解场效应管放大电路的工作原理及分析方法,理解放大电路的频率特性概念及分析。
3.掌握反馈的基本概念和反馈类型的判断方法,理解负反馈对放大电路性能的影响,熟练掌握深度负反馈条件下闭环增益的近似估算,了解负反馈放大电路产生自激振荡的条件及其消除原则。
4.了解集成运算放大器的组成和典型电路,理解理想运放的概念,熟练掌握集成运放的线性和非线性应用原理及典型电路;掌握一般直流电源的组成,理解整流、滤波、稳压的工作原理,了解电路主要指标的估算。
3、使用的教材:绪论本章的教学目标和要求:要求学生了解放大电路的基本知识;要求了解放大电路的分类及主要性能指标。
本章总体教学内容和学时安排:(采用多媒体教学)§1-1电子系统与信号0.5§1-2放大电路的基本知识0.5本章重点:放大电路的基本认识;放大电路的分类及主要性能指标。
本章教学方式:课堂讲授本章课时安排:1本章的具体内容:1节介绍本课程目的,教学参考书,本课程的特点以及在学习中应该注意的事项和学习方法;介绍放大电路的基本认识;放大电路的分类及主要性能指标。
重点:放大电路的分类及主要性能指标。
第1章半导体二极管及其基本电路本章的教学目标和要求:要求学生了解半导体基础知识;理解PN结的结构与形成;熟练掌握普通二极管和稳压管的V-I特性曲线及其主要参数,熟练掌握普通二极管正向V-I特性的四种建模。
模拟电子技术电子教案第一章:模拟电子技术基础1.1 模拟电子技术的概念与发展1.2 模拟电子电路的组成与特点1.3 模拟电子技术的基本定律与分析方法第二章:放大器电路2.1 放大器的作用与分类2.2 放大器的性能指标2.3 放大器的基本电路分析2.4 常用放大器电路实例第三章:滤波器电路3.1 滤波器的作用与分类3.2 滤波器的性能指标3.3 滤波器的基本电路分析3.4 常用滤波器电路实例第四章:振荡器电路4.1 振荡器的作用与分类4.2 振荡器的性能指标4.3 振荡器的基本电路分析4.4 常用振荡器电路实例第五章:模拟电子技术的应用5.1 模拟电子技术在通信领域的应用5.3 模拟电子技术在视频设备中的应用5.4 模拟电子技术在其他领域的应用第六章:模拟集成电路6.1 集成电路概述6.2 模拟集成电路的类型与特点6.3 集成电路的封装与测试6.4 常用模拟集成电路介绍第七章:模拟信号处理7.1 信号处理的基本概念7.2 模拟信号处理技术7.3 信号处理电路实例7.4 信号处理在实际应用中的案例分析第八章:模拟电路设计方法与实践8.1 模拟电路设计的基本原则8.2 电路设计的一般步骤8.3 电路仿真与实验8.4 电路设计实例分析第九章:模拟电子技术在现代科技中的应用9.1 模拟电子技术在生物医学领域的应用9.2 模拟电子技术在工业控制领域的应用9.3 模拟电子技术在新能源领域的应用第十章:模拟电子技术的未来发展趋势10.1 模拟电子技术的发展历程10.2 当前模拟电子技术面临的挑战10.3 模拟电子技术的未来发展趋势10.4 我国在模拟电子技术领域的发展现状与展望重点和难点解析教案中的重点环节包括:1. 模拟电子技术的概念与发展:了解模拟电子技术的基本定义和发展历程,理解模拟电子技术与数字电子技术的区别。
2. 放大器电路的分析:掌握放大器的作用、性能指标和基本电路分析方法,了解不同类型的放大器电路及其应用。
《模拟电子技术基础(同济版)》教学教案(一)章节名称:第一章绪论教学目标:1. 使学生了解模拟电子技术的基本概念、特点和应用领域。
2. 使学生掌握常用的模拟电子电路元件及其参数。
3. 培养学生对模拟电子技术的兴趣和学习的积极性。
教学内容:1. 模拟电子技术的定义、特点和应用。
2. 模拟电子电路的基本元件及其参数。
3. 常用的模拟电子电路符号。
教学过程:1. 导入:通过简单的实例,让学生了解模拟电子技术在生活中的应用,激发学生的学习兴趣。
2. 讲解:讲解模拟电子技术的定义、特点和应用领域,介绍常用的模拟电子电路元件及其参数。
3. 演示:通过示例电路图,讲解模拟电子电路的符号表示方法。
4. 练习:让学生绘制一些简单的模拟电子电路图,加深对电路符号的理解。
教学方法:1. 采用讲授法,讲解基本概念和知识点。
2. 采用演示法,通过示例电路图让学生了解电路符号的表示方法。
3. 采用练习法,让学生动手绘制电路图,巩固所学知识。
教学评价:1. 课堂问答:检查学生对模拟电子技术基本概念的理解。
2. 课后作业:布置一些简单的电路图绘制任务,检验学生对电路符号的掌握程度。
《模拟电子技术基础(同济版)》教学教案(二)章节名称:第二章信号与系统教学目标:1. 使学生了解信号的分类及其特点。
2. 使学生掌握系统的性质和分类。
3. 培养学生对信号与系统的理解能力。
教学内容:1. 信号的分类及其特点。
2. 系统的性质和分类。
3. 信号与系统的联系和应用。
教学过程:1. 导入:通过实际生活中的例子,让学生了解信号和系统的概念,激发学生的学习兴趣。
2. 讲解:讲解信号的分类及其特点,介绍系统的性质和分类。
3. 演示:通过示例,讲解信号与系统的联系和应用。
4. 练习:让学生分析一些实际信号和系统,加深对信号与系统的理解。
教学方法:1. 采用讲授法,讲解信号与系统的基本概念和知识点。
2. 采用演示法,通过示例让学生了解信号与系统的联系和应用。
《模拟电子技术基础》教学教案第一章:绪论1.1 教学目标了解模拟电子技术的基本概念和应用领域。
掌握模拟电子技术的基本原理和电路组成。
理解模拟电子技术的发展历程和趋势。
1.2 教学内容模拟电子技术的定义和特点。
模拟电子技术的应用领域。
模拟电子技术的基本原理。
模拟电子电路的组成。
模拟电子技术的发展历程和趋势。
1.3 教学方法采用讲授法,讲解模拟电子技术的基本概念和原理。
利用示例电路图,展示模拟电子电路的组成和功能。
引导学生进行思考和讨论,理解模拟电子技术的发展趋势。
1.4 教学资源教材:《模拟电子技术基础》课件:模拟电子技术的基本概念和原理。
示例电路图:展示模拟电子电路的组成和功能。
1.5 教学评估课堂提问:了解学生对模拟电子技术的基本概念和原理的理解程度。
作业布置:让学生绘制和分析示例电路图,巩固对模拟电子电路组成和功能的理解。
第二章:放大电路2.1 教学目标掌握放大电路的基本原理和分类。
理解放大电路的性能指标和参数。
学会分析放大电路的工作状态和特点。
2.2 教学内容放大电路的定义和作用。
放大电路的分类和基本原理。
放大电路的性能指标和参数。
放大电路的工作状态和特点。
2.3 教学方法采用讲授法,讲解放大电路的基本原理和分类。
通过示例电路图,展示放大电路的性能指标和参数。
引导学生进行实验观察和数据分析,理解放大电路的工作状态和特点。
2.4 教学资源教材:《模拟电子技术基础》课件:放大电路的基本原理和分类。
示例电路图:展示放大电路的性能指标和参数。
实验设备:进行放大电路的实验观察和数据分析。
2.5 教学评估实验报告:评估学生对放大电路性能指标和参数的理解和应用能力。
第三章:滤波电路3.1 教学目标掌握滤波电路的基本原理和分类。
理解滤波电路的功能和应用。
学会分析滤波电路的特性和解算。
3.2 教学内容滤波电路的定义和作用。
滤波电路的分类和基本原理。
滤波电路的功能和应用。
滤波电路的特性和解算。
3.3 教学方法采用讲授法,讲解滤波电路的基本原理和分类。
《模拟电子技术》教案第一章:绪论1.1 课程介绍了解模拟电子技术的基本概念、特点和应用领域。
理解模拟电子技术与其他相关技术(如数字电子技术、通信技术等)的关系。
1.2 模拟电子技术的基本概念学习模拟信号、模拟电路、模拟电子系统的定义和特点。
理解模拟电子技术中的重要参数和概念,如电压、电流、电阻、电容等。
1.3 模拟电子技术的应用领域了解模拟电子技术在各个领域的应用,如音频处理、信号处理、功率放大等。
学习模拟电子技术在现代科技发展中的重要性。
第二章:模拟电路基础2.1 电路元件学习常见电路元件的性质和功能,如电阻、电容、电感等。
掌握电路元件的符号表示和单位。
2.2 基本电路分析方法学习基尔霍夫定律、欧姆定律等基本电路分析方法。
掌握节点电压法、回路电流法等电路分析技巧。
2.3 电路仿真实验利用电路仿真软件进行基本电路分析和设计。
培养学生的实际操作能力和实验技能。
第三章:放大电路3.1 放大电路的基本原理学习放大电路的作用和分类,如电压放大器、电流放大器等。
理解放大电路的基本组成和原理。
3.2 晶体管放大电路学习晶体管的特性和工作原理。
掌握晶体管放大电路的分析和设计方法。
3.3 反馈放大电路学习反馈放大电路的作用和分类,如正反馈、负反馈等。
掌握反馈放大电路的分析和设计方法。
第四章:模拟信号处理4.1 滤波器学习滤波器的作用和分类,如低通滤波器、高通滤波器等。
掌握滤波器的分析和设计方法。
4.2 振荡器学习振荡器的作用和分类,如正弦振荡器、方波振荡器等。
掌握振荡器的分析和设计方法。
4.3 调制与解调学习调制与解调的基本概念和方法,如幅度调制、频率调制等。
掌握调制与解调电路的分析和设计方法。
第五章:模拟电子技术在现代科技中的应用5.1 音频处理学习音频处理的基本原理和方法,如放大、滤波、调制等。
掌握音频处理电路的分析和设计方法。
5.2 信号处理学习信号处理的基本原理和方法,如采样、量化、数字信号处理等。
掌握信号处理电路的分析和设计方法。
模拟电子技术课程教案第一章:模拟电子技术基础1.1 课程介绍了解模拟电子技术的基本概念和应用领域明确本课程的教学目标和学习要求1.2 模拟电子技术概述介绍模拟电子技术的基本原理和特点理解模拟信号与数字信号的区别1.3 模拟电路的基本元件介绍电阻、电容、电感等基本元件的特性分析电路中元件的作用和相互关系1.4 电路定律与分析方法学习欧姆定律、基尔霍夫定律等基本电路定律掌握节点分析、支路分析等电路分析方法第二章:放大电路2.1 放大电路的基本原理了解放大电路的作用和分类明确放大电路的基本组成和性能指标2.2 晶体管放大电路学习晶体管的特性和工作原理分析晶体管放大电路的输入输出特性2.3 放大电路的设计与分析学习放大电路的设计方法和步骤掌握放大电路的稳定性分析、频率响应分析等2.4 放大电路的应用实例分析音频放大器、功率放大器等应用实例了解放大电路在实际应用中的限制和优化方法第三章:滤波电路3.1 滤波电路的基本原理了解滤波电路的作用和分类明确滤波电路的基本组成和性能指标3.2 低通滤波器学习低通滤波器的原理和设计方法分析低通滤波器的频率特性和平滑特性3.3 高通滤波器学习高通滤波器的原理和设计方法分析高通滤波器的频率特性和平滑特性3.4 滤波电路的应用实例分析信号处理、通信系统等领域的滤波应用实例了解滤波电路在实际应用中的限制和优化方法第四章:模拟电路的测量与调试4.1 测量仪器与仪表学习示波器、信号发生器、万用表等测量仪器的基本原理和使用方法了解测量误差的概念和减小方法4.2 电路调试与故障排除学习电路调试的基本方法和步骤掌握故障排除的技巧和常用方法4.3 电路测试与性能评估学习电路测试的方法和指标了解电路性能评估的方法和准则4.4 实例分析:放大电路的测量与调试分析放大电路的测量参数和方法了解放大电路的调试过程和故障排除方法第五章:模拟电路的应用实例5.1 信号发生器的设计与实现学习信号发生器的基本原理和设计方法分析信号发生器的电路结构和性能指标5.2 模拟信号处理电路学习模拟信号处理电路的基本原理和设计方法分析滤波器、放大器等信号处理电路的应用实例5.3 模拟通信系统学习模拟通信系统的基本原理和组成分析调制解调器、放大器等通信电路的应用实例5.4 电源电路的设计与实现学习电源电路的基本原理和设计方法分析开关电源、线性电源等电源电路的应用实例第六章:运算放大器及其应用6.1 运算放大器的基本原理了解运算放大器的工作原理和特性明确运算放大器的应用领域和性能指标6.2 运算放大器的应用电路学习运算放大器的差分放大电路、比例放大电路等基本应用分析运算放大器在信号处理、滤波器设计等领域的应用实例6.3 运算放大器的选型与使用学习运算放大器的选型原则和使用注意事项掌握运算放大器的级联、偏置电路设计和补偿方法6.4 运算放大器的troubleshooting 与优化学习运算放大器电路的故障分析和排除方法了解运算放大器电路的性能优化技巧第七章:振荡电路7.1 振荡电路的基本原理了解振荡电路的作用和分类明确振荡电路的基本组成和性能指标7.2 LC 振荡电路学习LC 振荡电路的原理和设计方法分析LC 振荡电路的频率稳定性和Q 值的影响7.3 晶体振荡电路学习晶体振荡电路的原理和设计方法分析晶体振荡电路的频率稳定性和应用实例7.4 振荡电路的应用实例分析信号发生器、无线通信等领域的振荡应用实例了解振荡电路在实际应用中的限制和优化方法第八章:模拟集成电路8.1 集成电路的基本原理了解集成电路的分类和特点明确集成电路的设计流程和制造工艺8.2 模拟集成电路的基本单元学习放大器、滤波器、转换器等基本模拟集成电路单元的设计方法分析集成电路中元件的匹配和布局要求8.3 集成电路的封装与测试学习集成电路的封装技术和测试方法掌握集成电路的可靠性评估和品质控制要点8.4 集成电路的应用实例分析音频处理、视频处理等领域的集成电路应用实例了解集成电路在现代电子设备中的广泛应用和趋势第九章:模拟电子技术的现代发展9.1 集成电路的设计软件与工具了解现代集成电路设计所需的软件和工具掌握电子设计自动化(EDA)工具的基本使用方法9.2 现代模拟集成电路技术的发展趋势学习FinFET、MEMS 等先进集成电路技术的特点和应用了解物联网、等新兴领域对模拟电子技术的需求和挑战9.3 混合信号集成电路及其应用学习混合信号集成电路的设计方法和应用领域分析模拟数字接口、模拟数字转换器等混合信号电路的应用实例9.4 电源管理集成电路学习电源管理集成电路的基本原理和设计方法分析电源管理集成电路在便携式电子设备中的应用实例第十章:模拟电子技术的实验与实践10.1 实验设备与实验流程了解模拟电子技术实验所需设备和材料掌握实验操作的基本流程和安全注意事项10.2 实验项目与实验指导学习放大电路、滤波电路等基本实验项目的设计与调试分析实验中可能遇到的问题和解决方法10.3 设计性实验与创新实践学习设计性实验的要求和评价标准探索模拟电子技术在创新实践中的应用和解决方案掌握实验结果的展示和交流技巧重点和难点解析重点环节1:模拟电子技术的基本原理和特点解析模拟电子技术的基本概念,包括模拟信号与数字信号的区别强调模拟电子技术的应用领域和实际意义重点环节2:放大电路的作用和分类解析放大电路的基本原理和性能指标强调不同类型放大电路的特点和应用场景重点环节3:滤波电路的设计与分析解析滤波电路的基本原理和设计方法强调滤波电路的频率特性和平滑特性分析重点环节4:模拟电路的测量与调试方法解析测量仪器与仪表的使用方法和测量误差的概念强调电路调试的步骤和故障排除技巧重点环节5:模拟电路的应用实例分析解析信号发生器、音频放大器等应用实例的设计与实现强调模拟电路在实际应用中的限制和优化方法重点环节6:运算放大器的基本原理和应用解析运算放大器的工作原理和特性强调运算放大器的应用电路设计和优化方法重点环节7:振荡电路的原理和设计解析LC振荡电路和晶体振荡电路的设计方法强调振荡电路的频率稳定性和应用实例重点环节8:模拟集成电路的设计与测试解析集成电路的基本单元设计和封装技术强调集成电路的测试方法和可靠性评估重点环节9:现代模拟电子技术的发展趋势解析现代集成电路设计工具和先进技术的发展趋势强调新兴领域对模拟电子技术的需求和挑战重点环节10:模拟电子技术的实验与实践强调实验操作的基本流程和安全注意事项全文总结和概括:本教案涵盖了模拟电子技术的基本原理、放大电路、滤波电路、测量与调试、应用实例、运算放大器、振荡电路、模拟集成电路、现代发展趋势以及实验与实践等十个重点环节。
《模拟电子技术》教案(全)模拟电子技术教案信息工程系目录第一章常用半导体器件第一讲半导体基础知识第二讲半导体二极管第三讲双极型晶体管三极管第四讲场效应管第二章基本放大电路第五讲放大电路的主要性能指标及基本共射放大电路组成原理第六讲放大电路的基本分析方法第七讲放大电路静态工作点的稳定第八讲共集放大电路和共基放大电路第九讲场效应管放大电路第十讲多级放大电路第十一讲习题课第三章放大电路的频率响应第十二讲频率响应概念、RC电路频率响应及晶体管的高频等效模型第十三讲共射放大电路的频率响应以及增益带宽积第四章功率放大电路第十四讲功率放大电路概述和互补功率放大电路第十五讲改进型OCL电路第五章模拟集成电路基础第十六讲集成电路概述、电流源电路和有源负载放大电路第十七讲差动放大电路第十八讲集成运算放大电路第六章放大电路的反馈第十九讲反馈的基本概念和判断方法及负反馈放大电路的方框图第二十讲深度负反馈放大电路放大倍数的估算第二十一讲负反馈对放大电路的影响第七章信号的运算和处理电路第二十二讲运算电路概述和基本运算电路第二十三讲模拟乘法器及其应用第二十四讲有源滤波电路第八章波形发生与信号转换电路第二十五讲振荡电路概述和正弦波振荡电路第二十六讲电压比较器第二十七讲非正弦波发生电路第二十八讲利用集成运放实现信号的转换第九章直流电源第二十九讲直流电源的概述及单相整流电路第三十讲滤波电路和稳压管稳压电路第三十一讲串联型稳压电路第三十二讲总复习第一章半导体基础知识本章主要内容本章重点讲述半导体器件的结构原理、外特性、主要参数及其物理意义,工作状态或工作区的分析。
首先介绍构成PN结的半导体材料、PN结的形成及其特点。
其后介绍二极管、稳压管的伏安特性、电路模型和主要参数以及应用举例。
然后介绍两种三极管(BJT和FET)的结构原理、伏安特性、主要参数以及工作区的判断分析方法。
本章学时分配本章分为4讲,每讲2学时。
第一讲常用半导体器件本讲重点1、PN结的单向导电性;2、PN结的伏安特性;本讲难点1、半导体的导电机理:两种载流子参与导电;2、掺杂半导体中的多子和少子3、PN结的形成;教学组织过程本讲宜教师讲授。
模拟电子技术教案第一章绪论§1.1电子系统和信号一、电子系统1.由一些基本电路联接,完成特定功能的电路整体2.完成复杂信号处理,因为信号在电子系统中易于实现检测、处理、分析变换等。
3.控制/驱动机构供电/断开4.与计算机相联,实现自动控制驱动机构电子系统计算机二、信号及其频谱(1)信号1.信号是信息的载体通过一定的方式传输。
(信号是车,信息是人)2.信号不是单是电流,是变化的电流。
(扬声器)3.信号民是数学表达式4.信息是有一定的语义的(2)信号源信号源:信号民的发生地,信号源电路常见两种:电流源,电压源(3)信号的频谱频谱:是指信号角频率与幅值的对应函数关系。
信号的频谱:将一个信号分解为正弦的叠加(按傅立叶级数展开)得到一个幅值随角频率变化而变化的信号的叠加,这样的描述方式叫信号的频谱。
如方波展开式(1.1.3)频谱图如1.1.6傅立叶级数:(4)带宽带宽:随角频率上升,频谱函数呈衰减趋势。
选一个适当Wc作为截止角频率,不过多影响信号特征把保留部分称为信号的带宽。
(5)模拟信号信号民发生时间和幅值是连续的。
如正弦。
(6)数字信号用0、1表示代表高低电平的电路信号。
§1.2放大电路基本的知识模电及本书主要讲授几种放大电路,放大是模拟信号主要处理方式1、放大电路的表示方法P11 图1.2.12、四类放大电路模型见P13 图电压放大i V OV A V ...= 电流放大 i I O I A I ...=互阻放大 i R O I A V ...=互导放大i G O V A I ...= 3、放大电路模型电路如图P13 图1.2.2a 、 a 、 电压放大电路分析输入电路:由于Rs 有分压作用,所以输入电压并非信号源电压,而是i S i R R R S i V V +=..输出回路:由于Ro 有分压作用,负载R L 上电压小于受控电压而是 o l lVO R R R i A o V V +=..总结:电压放大电路适用于信号源内阻小,负载较大的声合。
B .电流放大电路:输入电路:电流源内阻Rs 有分流作用。
因此Rs 尽是大。
输出电路:Ro 与负载RL 进行分流因此使Rl 尽量小。
总结:电流放大电路适用于信号源内阻大,负载小的场合。
C:互阻放大电路输入电路:电流源作信号源 因为Rs 要大,所以Rs 分流。
输出电路:电压信号作用在RL 上所以RL 要大。
总结:互阻放大电路适用信号源内阻,负载大的场合。
D:互导放大输入电路:电压源作信号源,因为Rs 分压所以Rs 应小。
输出电路:电流 信号作用在RL总结: 信号源内阻小,负载小的场合。
4.放大电路的主要性能指标衡量放大电路的性能好坏参数A. 输入电阻输入电路若采用电压信号,即电压放大和互阻放大。
输入电阻要分压Ri 应大。
分入放大电路电压大。
若采用电流信号Ri 应小,流入放大电路电流大。
定量分析时:在输入端外加一电压,读取电流值相比得Ri.B.输出电阻在输出端外加一电压,同时信号源短路,负载开路时,测出电流。
输出电阻Ro 大小决定它带负载能力。
(负载时变化对输出电压或电流影响小)当输出为电压信号的放大电路时,Ro 分压,Ro 越小越好。
这样只要R L 足够大,信号民,信号输出功率Po =V O 2/R L 就足够小,能耗就小,多用在前置级和中间级。
当输出为电流信号时 Ro 分流,Ro 越大越好。
输出功率Po =I O 2R L 只要R L 大,Po 就很大,功率就大。
多用在输出级,如扬声器。
C:增益增益 反映的是放大电路的放大能力。
实际是表示的放大电路将能量转为信号的能力。
(将输入信号变为大信号输出,其能源来自的 电源。
)电压增益=20lg V A . 电流增益=20lg I A .d:频率响应及带宽幅频响应:电压增益的模与角频率之间的关系。
相频响应:放大电路的输出与输入正弦电压信号的相位差与频率之间的关系。
表明① 信号的频率不同,放大倍数不同②信号的频率不同,相位差不同。
如图P19图1.2..7幅频响应,中频区(20-20KHZ )放大显著。
而底<20。
Flow 高>20KHZ .放大效果很差。
因此根据频率响应,可确定出放大的频率范围即带宽幅度失真:由于放大电路对不同频率信号放大能力不同。
因此,放大作合成的信号与原信号相比不完全一致。
相位失真:不同频率信号产生不同相移。
此两者失真都是由频率引起的,困此又叫频率失真,又由于是线性电搞元件的又叫线性失真。
E 非线性失真指电器元件工作在它的非线区如饱和区等造成的。
非线性失真第数第二章半导体二极管及其基本电路我们知道,电子电路是由晶体管组成,而晶体管是由半导体制成的。
所以我们在学习电子电路之前,一定要了解半导体的一些基本知识。
这一章我们主要学习二极管的一些基本知识,它是本课程的基础。
§2、1 半导体的基础知识我们这一章要了解的概念有:本征半导体、P型半导体、N型半导体及它们各自的特征。
在学习半导体之前我们还要了解一些物质导电性的基础知识:物质为什麽会导电.物质为什麽会导电?物质的导电性是由原子结构决定的,一般只有低价元素才导电,像:铁、铜、铝等金属。
它们的最外层电子受原子核的束缚力很小,因而很容易脱离原子核的束缚变成自由电子。
在外电场的作用下,这些自由电子会产生定向移动,就会产生电流,这样物质就具有了导电性。
高价元素的最外层电子受原子核的束缚力很强,不容易成为自由电子,因此它们的导电性很差。
经常被作为绝缘体。
半导体的导电性介于导体与绝缘体之间。
一:本征半导体纯净晶体结构的半导体我们称之为本征半导体。
常用的半导体材料有:硅和锗。
它们都是四价元素,原子结构的最外层轨道上有四个价电子,当把硅或锗制成晶体时,它们是靠共价键的作用而紧密联系在一起。
什麽是共价键?当把一些物质制成晶体时,相邻两个原子的一对最外层电子(价电子)成为共有电子,这对共有电子一方面围绕自身的原子核运动,另一方面又出现在相邻的原子核所属的轨道上。
也就是这对价电子不仅受自身原子核的作用,同时还受相邻原子核的作用。
这样两个相邻的原子共有一对价电子就形成共价键结构。
所以晶体中,每个原子都和周围的4个原子通过共价键的形式,紧密联系在一起。
共价键中的一些价电子由于热运动获得一些能量,从而摆脱共价键的约束成为自由电子,同时在共价键上留下空位,我们称这些空位为空穴,它带正电。
在外电场作用下,自由电子产生定向移动,形成电子电流;二:杂质半导体在本征半导体中两种载流子的浓度很低,因此导电性很差。
我们向晶体中有控制的掺入特定的杂质来改变它的导电性,这种半导体被称为杂质半导体。
1.N型半导体在本征半导体中,掺入5价元素,使晶体中某些原子被杂质原子所代替,因为杂质原子最外层有5各价电子,它与周围原子形成共价键后,还多余一个自由电子,因此使其中的空穴的浓度远小于自由电子的浓度。
但是,电子的浓度与空穴的浓度的乘积是一个常数,与掺杂无关。
在N型半导体中自由电子是多数载流子,空穴是少数载流子。
2.P型半导体在本征半导体中,掺入3价元素,晶体中的某些原子被杂质原子代替,但是杂质原子的最外层只有3个价电子,它与周围的原子形成共价键后,还多余一个空穴,因此使其中的空穴浓度远大于自由电子的浓度。
在P型半导体中,自由电子是少数载流子,空穴使多数载流子。
§2、2 P—N结我们通过现代工艺,把一块本征半导体的一边形成P型半导体,另一边形成N型半导体,于是这两种半导体的交界处就形成了P—N结,它是构成其它半导体的基础,我们要掌握好它的特性!一:异形半导体接触现象在形成的P—N结中,由于两侧的电子和空穴的浓度相差很大,因此它们会产生扩散运动:电子从N区向P区扩散;空穴从P去向N区扩散。
因为它们都是带电粒子,它们向另一侧扩散的同时在N区留下了带正电的空穴,在P区留下了带负电的杂质离子,这样就形成了空间电荷区,也就是形成了电场(自建场). 它们的形成过程如图2.1,2.2所示图2.1图2.2在电场的作用下,载流子将作漂移运动,它的运动方向与扩散运动的方向相反,阻止扩散运动。
电场的强弱与扩散的程度有关,扩散的越多,电场越强,同时对扩散运动的阻力也越大,当扩散运动与漂移运动相等时,通过界面的载流子为0。
此时,PN结的交界区就形成一个缺少载流子的高阻区,我们又把它称为阻挡层或耗尽层。
同时价电子也按一定的方向一次填补空穴,从而使空穴产生定向移动,形成空穴电流。
因此,在晶体中存在两种载流子,即带负电自由电子和带正电空穴,它们是成对出现的。
二:PN结的单向导电性我们在PN结两端加不同方向的电压,可以破坏它原来的平衡,从而使它呈现出单向导电性。
1.PN结外加正向电压PN结外加正向电压的接法是P区接电源的正极,N区接电源的负极。
这时外加电压形成电场的方向与自建场的方向相反,从而使阻挡层变窄,扩散作用大于漂移作用,多数载流子向对方区域扩散形成正向电流,方向是从P区指向N区。
如图2.3所示这时的PN结处于导通状态,它所呈现的电阻为正向电阻,正向电压越大,电流也越大。
它的关系是指数关系:图2.3其中:I D为流过PN结的电流,U为PN结两端的电压,U T=kT/q称为温度电压当量,其中,k为波尔兹曼常数,T为绝对温度,q为电子电量,在室温下(300K)时U T=26mv,I S为反向饱和电流。
2.PN结外加反向电压它的接法与正向相反,即P区接电源的负极,N区接电源的正极。
此时的外加电压形成电场的方向与自建场的方向相同,从而使阻挡层变宽,漂移作用大于扩散作用,少数载流子在电场的作用下,形成漂移电流,它的方向与正向电压的方向相反,所以又称为反向电流。
因反向电流是少数载流子形成,故反向电流很小,即使反向电压再增加,少数载流子也不会增加,反向电压也不会增加,因此它又被称为反向饱和电流。
即:I D=-I S图2.4此时,PN结处于截止状态,呈现的电阻为反向电阻,而且阻值很高。
由以上我们可以看出:PN结在正向电压作用下,处于导通状态,在反向电压的作用下,处于截止状态,因此PN结具有单向导电性。
它的电流和电压的关系通式为:它被称为伏安特性方程,如图2.5(3)所示为伏安特性曲线。
图2.5三:PN结的击穿PN结处于反向偏置时,在一定的电压范围内,流过PN结的电流很小,但电压超过某一数值时,反向电流急剧增加,这种现象我们就称为反向击穿。
击穿形式分为两种:雪崩击穿和齐纳击穿。
对于硅材料的PN结来说,击穿电压〉7v时为雪崩击穿,<4v时为齐纳击穿。
在4v与7v之间,两种击穿都有。
这种现象破坏了PN结的单向导电性,我们在使用时要避免。
击穿并不意味着PN结烧坏。
四:PN结的电容效应由于电压的变化将引起电荷的变化,从而出现电容效应,PN结内部有电荷的变化,因此它具有电容效应,它的电容效应有两种:势垒电容和扩散电容。