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华成英模电课件

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模拟电子技术基础清华大学 华成英全套完整版

模拟电子技术基础清华大学 华成英全套完整版
• 为什么半导体器件的温度稳定性差？是多子还 是少子是影响温度稳定性的主要因素？
• 为什么半导体器件有最高工作频率？
华成英 hchya@
§2 半导体二极管
一、二极管的组成 二、二极管的伏安特性及电流方程 三、二极管的等效电路 四、二极管的主要参数 五、稳压二极管
华成英 hchya@
有利于漂移运动，形成漂移电 流。由于电流很小，故可近似 认为其截止。
华成英 hchya@
四、PN 结的电容效应
1. 势垒电容
PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变 化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电相 同，其等效电容称为势垒电容Cb。
2. 扩散电容
PN结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流子 的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的 过程，其等效电容称为扩散电容Cd。
第一个集成电路及其发明者 （ Jack Kilby from TI ）
1958年9月12日，在德州仪器公司 的实验室里，实现了把电子器件集成 在一块半导体材料上的构想。42年以 后， 2000年获诺贝尔物理学奖。 “为现代信息技术奠定了基础”。
华成英 hchya@
二、模拟信号与模拟电路
华成英 hchya@
§1 半导体基础知识
一、本征半导体 二、杂质半导体 三、PN结的形成及其单向导电性 四、PN结的电容效应
华成英 hchya@
一、本征半导体
1、什么是半导体？什么是本征半导体？
导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。 导体－－铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层电 子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。 绝缘体－－惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原 子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导 电。 半导体－－硅（Si）、锗（Ge），均为四价元素，它们原 子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。 本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。

模电discussion

模电discussion
通过u 是否大于U 判断管子是否导通。 通过 BE是否大于 on判断管子是否导通。
uI − U BE 5 − 0.7 iB = =( )mA = 43µA Rb 100 iCmax VCC 12 = = ( )mA = 2.4mA Rc 5
临界饱和时的
1. 分别分析 I=0V、5V时T是工作在截止状态还是导通状态； 分别分析u 是工作在截止状态还是导通状态； 、 时 是工作在截止状态还是导通状态 2. 已知 导通时的 BE＝0.7V，若uI=5V，则β在什么范围内 处于放大状态 在什么 已知T导通时的 导通时的U 在什么范围内T处于放大状态 ， ， 在什么范围内 处于放大状态?在什么 范围内T处于饱和状态 处于饱和状态？ 范围内 处于饱和状态？
讨论三
已知I 已知 CQ＝2mA，UCES＝0.7V。 ， 。 1. 在空载情况下，当输入信号增大 在空载情况下， 时，电路首先出现饱和失真还是截止 失真？若带负载的情况下呢？ 失真？若带负载的情况下呢？
2. 空载和带载两种情况下 om分别为多少？ 空载和带载两种情况下U 分别为多少？ 3. 在图示电路中，有无可能在空载时输出电压失真，而带上负载后这种失 在图示电路中，有无可能在空载时输出电压失真， 真消除？ 真消除？
讨论一
图示电路为哪种基本接法的放大电路？ 图示电路为哪种基本接法的放大电路？它们的静态工作点有 可能稳定吗？求解静态工作点、电压放大倍数、 可能稳定吗？求解静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输 出电阻的表达式。 出电阻的表达式。
讨论二
电路如图，所有电容对交流信号均可视为短路。 电路如图，所有电容对交流信号均可视为短路。
讨论二
I CQ → g m、rb'e
' Cµ ( ≈ Cob )、g m、Rc、RL → Cµ

模电课件第一章

模电课件第一章

+ Vi –
放大电路
+ Vo –
RL
AV AV ( ) ( )
Vo ( j ) AV ( ) V ( j )
i
Av为什么是 f 的函数？
原因：放大电路存在电抗
称为幅频响应 元件，如电容、电感。
称为相频响应
( ) o ( ) i ( )
1.5 放大电路的主要性能指标
九、联系方式
•姓名：张华
•单位：电子信息教研室 408
•Email: 8755166@
课程介绍 部分结束
进入绪论部分学习
1.1 信号 1.2 信号的频谱
1.3 模拟信号与数字信号 1.4 放大电路模型
1.5 放大电路的主要性能指标
1.1 信号
1. 信号： 信息的载体
T/℃ 2 200.5 2 200.0 2 199.5
在输入正弦信号情况下，输出随输入信号频率连续变化的 稳态响应，称为放大电路的频率响应。 电压增益可表示为
Vo ( j ) AV ( j ) V ( j )
i
Ii
Io
+ Vs –
Rs
Vo ( j ) [ o ( ) i ( )] Vi ( j )
或写为 其中
课程介绍
一、课程名称及教材 模拟电子技术基础
二、课程的性质
工程性、 实践性强 是一门技术基础课
三、课程的特点
1）规律性 基本电子电路的组成具有规律性
2）非线性 3）工程性
4）实践性
半导体器件具有非线性 即近似性。抓主要矛盾
实验和设计－实验课
四、课程研究内容
器件 二极管(chap3)
三极管(chap4)

模拟电子技术 华成英集成运算放大电路PPT学习教案

模拟电子技术 华成英集成运算放大电路PPT学习教案
对电压放大电路的要求：Ri大， Ro小，Au的数值 大，最大不失真输出电压大。
第6页/共69页
7
2. 分析举例
Au1 gm (R4 ∥ Ri2)
Au 2
(1＋ ) (R7 ∥ RL ) rbe (1＋ ) (R7 ∥ RL )
Au Au1 Au2
Ri2 R6 ∥[rbe2 (1 )(R7 ∥ RL )]
两式无本质 区别
若电容值均相等，
则τe<< τ1、τ2
第13页/共69页
14
信号频率为0～∞时电压放大倍数的表达式
fL1
1
2π1
fL2
1
2π 2
fLe
1
2π e
1
fL1 2πCπ'
jf jf jf
A u
Aum (1
jf
fL1 fL2 fLe )(1 jf )(1 jf
)(1
jf
)
f L1
第11页/共69页
12
讨论三
已知某放大电路的幅频特性如图所示，讨论下列问题： 1. 该放大电路为几级放大电路? 2. 耦合方式? 3. 在 f ＝104Hz 时，增益下降多少？附加相移φ’＝？ 4. 在 f ＝105Hz 时，附加相移φ’≈？ 5. 画出相频特性曲线； 6. fH＝？
Au ?
第12页/共69页
第24页/共69页
25
4. 放大差模信号
差模信号：数值相等，极性相反 的输入信号，即
uI1 uI2 uId / 2
iB1 iB2
＋ u Id
iC1 iC2
－2
＋
uC1 uC2
u Id 2
－
uO 2uC1
△iE1=－△ iE2，Re中电流不变，即Re 对差模信号无反馈作用。

模拟电子技术基础-清华大学 华成英-全套完整版

模拟电子技术基础-清华大学 华成英-全套完整版
，注以重及培将养所系学统知识的用观于念本、专工业程的能的力观。念、科技进步 的观念和创新意识，学习科学的思维方法。提倡 会看：读图，定性分析 考查分析问题的能力
2. 会算：定量计算 3. 会选：电路形式、器件、参数
考查解决问题的能力－－设计能力 4. 会调：仪器选用、测试方法、故障诊断、EDA
玫瑰课堂
电子技术的发展很大程度上反映在元器件的发展 上。从电子管→半导体管→集成电路
1904年 电子管问世
1947年 晶体管诞生
1958年集成电 路研制成功
电子管、晶体管、集成电路比较
玫瑰课堂
半导体元器件的发展
❖1947年 贝尔实验室制成第一只晶体 管
❖1958年 集成电路 ❖1969年 大规模集成电路 ❖1975年 超大规模集成电路
玫瑰课堂
一、本征半导体
1、什么是半导体？什么是本征半导体？
导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。
导体－－铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层电 子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。
绝缘体－－惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原 子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导 电。
自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。 动态平衡
半导体－－硅（Si）、锗（Ge），均为四价元素，它们原 子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。
本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。
无杂质
稳定的结构
玫瑰课堂
2、本征半导体的结构
共价键
由于热运动，具有足够能量 的价电子挣脱共价键的束缚
而成为自由电子
自由电子的产生使共价键中 留有一个空位置，称为空穴
计算机或其 它数字系统

模拟电子技术基础-清华大学-华成英-全套完整版

模拟电子技术基础-清华大学-华成英-全套完整版
无杂质 稳定的结构
华成英 hchya@
2、本征半导体的结构
共价键
由于热运动，具有足够能量 的价电子挣脱共价键的束缚
而成为自由电子
自由电子的产生使共价键中 留有一个空位置，称为空穴
自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。 动态平衡 一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定；温度升高， 热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对 的浓度加大。
1958年集成电 路研制成功
电子管、晶体管、集成电路比较
华成英 hchya@
半导体元器件的发展
• 1947年 • 1958年 • 1969年 • 1975年
贝尔实验室制成第一只晶体管 集成电路 大规模集成电路 超大规模集成电路
第一片集成电路只有4个晶体管，而1997年一片集成电路 中有40亿个晶体管。有科学家预测，集成度还将按10倍/6年 的速度增长，到2015或2020年达到饱和。
➢ 基本分析方法：不同类型的电路有不同的性能指标 和描述方法，因而有不同的分析方法。 2. 注意定性分析和近似分析的重要性 3. 学会辩证、全面地分析电子电路中的问题 ➢ 根据需求，最适用的电路才是最好的电路。 ➢ 要研究利弊关系，通常“有一利必有一弊”。 4. 注意电路中常用定理在电子电路中的应用
华成英 hchya@
§1 半导体基础知识
一、本征半导体 二、杂质半导体 三、PN结的形成及其单向导电性 四、PN结的电容效应
华成英 hchya@
一、本征半导体
1、什么是半导体？什么是本征半导体？
导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。 导体－－铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层电 子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。 绝缘体－－惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原 子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导 电。 半导体－－硅（Si）、锗（Ge），均为四价元素，它们原 子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。 本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。

模拟电子技术基础(完整课件)


>100000
封装好的集成电路
课程的教学方法
模电——“魔”电 特点：电路形式多、公式多、工程性强 教学方法： 课堂讲课 ——每章小结 ——自我检测题
——作业 ——作业反馈
——实验 ——答疑
总成绩＝期末（70％）＋平时（30％） 平时：作业、课堂、实验等
教材：《模拟电子技术基础》，李国丽王涌李如 春主编，高等教育出版社，国家级十二 五规划教材
就在这个过程中，爱迪生还发现了一 个奇特 的现象：一块烧红的铁会散发出电子云。后人 称之为爱迪生效应，但当时不知道利用这一效 应能做些什么。
1904年，英国发明家弗莱明在真空中加热的 电丝(灯丝)前加了一块板极，从而发明了第一 只电子管，称为二极管。
1906 年，美国发明家德福雷斯特，在二极管 的灯丝和板极之间巧妙地加了一个栅板，从而 发明了第一只真空三极管，建树了早期电子技 术上最重要的里程碑——电子工业真正的诞生 起点 。
2000年10月10日，基尔比 与另外两位科学家共同分享 诺贝尔物理学奖。
获得2000年Nobel物理奖
1958年第一块集成电路：TI公司的Kilby，12个器件，Ge晶片
1959年7月30日，硅谷的仙童半导体公司的诺依斯 采用先进的平面处理技术研制出集成电路，也申请到 一项发明专利 ，题为“半导体器件——导线结构”； 时间比基尔比晚了半年，但确实是后来微电子革命的 基础。
1959年仙童制造的IC
诺依斯
1971年：全球第一个微处理器4004由Intel 公司推出，在它3毫米×4毫米的掩模上，有 2250个晶体管，每个晶体管的距离是10微米， 每秒运算6万次。也就是说，一粒米大小的芯片 内核，其功能居然与世界上第一台计算机—— 占地170平方米的、拥有1.8万个电子管的 “爱

模电第1章 常用半导体器件

1、工程性
实际工程需要证明其可行性。
强调定性分析。
实际工程在满足基本性能指标的前提下总是容许存
在一定的误差范围的。 电子电路的定量分析称为“估算”。 近似分析要“合理”。 抓主要矛盾和矛盾的主要方面。
电子电路归根结底是电路。
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。
安徽工程科技学院电工电子技术教研室－－模拟电路多媒体课件
第一章 常用半导体器件
+4
+4
+4 自由电子
+4
+5 +4
+4 施主原子
+4
+4
+4
图 1.1.3
N 型半导体
安徽工程科技学院电工电子技术教研室－－模拟电路多媒体课件
第一章 常用半导体器件
二、 P 型半导体
在硅或锗的晶体中掺入少量的 3 价杂质元素，如 硼、镓、铟等，即构成 P 型半导体。
安徽工程科技学院电工电子技术教研室－－模拟电路多媒体课件
第一章 常用半导体器件
导
言
本课程成绩评定标准
作业
考勤
10 %
10 %
实验报告
考试
10 %
70 %
安徽工程科技学院电工电子技术教研室－－模拟电路多媒体课件
第一章 常用半导体器件
导
言
一、电子技术的发展 二、模拟信号与模拟电路 三、“模拟电子技术基础”课程的特 点 四、如何学习这门课程 五、课程的目的 六、考查方法
安徽工程科技学院电工电子技术教研室－－模拟电路多媒体课件
第一章 常用半导体器件
本征半导体掺入 5 价元素后，原来晶体中的某些 硅原子将被杂质原子代替。杂质原子最外层有 5 个价 电子，其中 4 个与硅构成共价键，多余一个电子只受 自身原子核吸引，在室温下即可成为自由电子。 自由电子浓度远大于空穴的浓度，即 n >> p 。 电子称为多数载流子(简称多子)， 空穴称为少数载流子(简称少子)。 5 价杂质原子称为施主原子。
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共模放大倍数 Ac u Oc u Ic ，参数理想对称时 Ac 0
华成英 hchya@
2. 抑制共模信号 ：Re的共模负反馈作用
共模放大倍数 参数理想对称时 Ac u Oc u Ic
Ac 0
对于每一边电 路，Re=?
Re的共模负反馈作用：温度变化所引起的变化等效为共模信号 如 T(℃)↑→IC1↑ IC2 ↑→UE↑→ IB1 ↓IB2 ↓→ IC1 ↓ IC2 ↓ 抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。
可能是实际的负载，也 可能是下级放大电路
从变压器原 边看到的等 效电阻 理想变压器情 况下，负载上获 得的功率等于原 边消耗的功率。
P1 P2， I c R L I l R L
2 ' 2
R
' L
Il
2 2
Ic
RL (
N1 N2
) R L，实现了阻抗变换。
2
华成英 hchya@
R i2 R 5 ∥ [ rbe 2 (1 2 )( R 6 ∥ R L )]
R i R1 ∥ R 2 ∥ rbe1
Ro R6 ∥ R 3 ∥ R 5 rbe2 1
Au Au 1 Au 2
华成英 hchya@
讨论一
Rb是必要的吗？
V 晶体管输入回路方程：EE I BQ R b U BEQ 2 I EQ R e
通常，Rb较小，且IBQ很小，故
U CEQ V CC I CQ R c U BEQ
I EQ
V EE U BEQ 2 Re
I BQ
I EQ 1
选合适的VEE和Re就 可得合适的Q
华成英 hchya@
二、阻容耦合
利用电容连接信号 源与放大电路、放大 电路的前后级、放大 电路与负载，为阻容 耦合。 有零点漂移吗？
共射电路
共集电路
Q点相互独立。不能放大变化缓慢的信号，低频 特性差，不能集成化。
Hale Waihona Puke 华成英 hchya@三、变压器耦合
Ac
1 ( Rc ∥ RL ) Ad 2 R b rbe
( Rc ∥ RL )
R b rbe 2 (1 ) R e
R b rbe 2 (1 ) R e R b rbe
K CMR
华成英 hchya@
1. 双端输入单端输出：问题讨论
A uj
j 1
2. 输入电阻
R i R i1
R o R on
3. 输出电阻
对电压放大电路的要求：Ri大， Ro小，Au的数值 大，最大不失真输出电压大。
华成英 hchya@
二、分析举例
( R 3 ∥ R i2 ) Au 1 rbe 1 Au 2 (1＋ 2 ) ( R 6 ∥ R L ) rbe2 (1＋ 2 ) ( R 6 ∥ R L )
一、直接耦合 二、阻容耦合 三、变压器耦合
华成英 hchya@
一、直接耦合
直接 连接 既是第一级的集电极电阻， 又是第二级的基极电阻 能够放大变化缓慢的信 号，便于集成化， Q点相互 影响，存在零点漂移现象。 输入为零，输出 产生变化的现象 称为零点漂移
第一级 Q1合适吗？
清华大学 华成英 hchya@
注意级联时两级 的相互影响！
华成英 hchya@
§3.3 差分放大电路
一、零点漂移现象及其产生的原因
二、长尾式差分放大电路的组成 三、长尾式差分放大电路的分析
四、差分放大电路的四种接法
五、具有恒流源的差分放大电路 六、差分放大电路的改进
华成英 hchya@
1. 双端输入单端输出：差模信号作用下的分析
1 ( Rc ∥ RL ) Ad 2 R b rbe
R i 2 ( R b rbe )， R o R c
华成英 hchya@
1. 双端输入单端输出：共模信号作用下的分析
u Id i B 2 ( R b rbe )
u Od i C 2 ( R c ∥ RL 2 )
华成英 hchya@
4. 动态参数：Ad、Ri、 Ro、 Ac、KCMR
共模抑制比KCMR：综合考察差分放大电路放大差模信 号的能力和抑制共模信号的能力。
华成英 hchya@
NPN型管和PNP型管混合使用
UCQ1 （ UBQ2 ） ＞ UBQ1
UCQ1 （ UBQ2 ） ＞ UBQ1 UCQ2 ＜ UCQ1
UCQ2 ＞ UCQ1
在用NPN型管组成N级共射放大电路，由于UCQi＞ UBQi， 所以 UCQi＞ UCQ(i-1）（i=1～N），以致于后级集电极电位接 近电源电压，Q点不合适。
华成英 hchya@
3. 放大差模信号
差模信号：数值相等，极性相反 的输入信号，即
u I1 u I2 u Id / 2
i B 1 i B2 i C 1 i C2 u C 1 u C2 u O 2 u C1
四、差分放大电路的四种接法
1. 双端输入单端输出：Q点分析
由于输入回路没有变 RL V CC I CQ ( R c ∥ R L ) 化，所以IEQ、IBQ、ICQ U CQ1 Rc RL 与双端输出时一样。但 U CQ2 V CC I CQ R c 是UCEQ1≠ UCEQ2。
K CMR Ad Ac 下， K CMR 。
在参数理想对称的情况
在实际应用时，信号源需要有“ 接地”点，以避免 干扰；或负载需要有“ 接地”点，以安全工作。 根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种 接法：双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输 入双端输出、单端输入单端输出。
华成英 hchya@
第三章 多级放大电路
华成英 hchya@
第三章 多级放大电路
§3.1 多级放大电路的耦合方式
§3.2 多级放大电路的动态分析 §3.3 差分放大电路
§3.4 互补输出级
§3.5 直接耦合多级放大电路读图
华成英 hchya@
§3.1 多级放大电路的耦合方式
1 ( Rc ∥ RL ) Ad 2 R b rbe
K CMR R b rbe 2 (1 ) R e R b rbe
R i 2 ( R b rbe )， R o R c
（1）T2的Rc可以短路吗？ （2）什么情况下Ad为“＋”？ （3）双端输出时的Ad是单端输出时的2倍吗？
+V CC
在理想对称的情况下： 1. 克服零点漂移； 2. 零输入零输出； 3. 抑制共模信号； 4. 放大差模信号。
R
R
Rt
R uI
华成英 hchya@
三、长尾式差分放大电路的分析
1. Q点：
I BQ 1 I BQ 2 I BQ I CQ 1 I CQ 2 I CQ I EQ 1 I EQ 2 I EQ U CQ 1 U CQ 2 U CQ u O U CQ 1 U CQ 2 0
§3.2 多级放大电路的动态分析
一、动态参数分析
二、分析举例
华成英 hchya@
一、动态参数分析
1.电压放大倍数
U o U o1 U o2 U o Au Ui U i U i2 U in

n
华成英 hchya@
2. 单端输入双端输出
在输入信号作用下发射极 的电位变化吗？说明什么？
共模输入电压 差模输入电压
输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入：
u Id u I， u Ic u I / 2
华成英 hchya@
＋
u Id 2
－
＋
u Id 2
－
△iE1=－△ iE2，Re中电流不变，即Re 对差模信号无反馈作用。
华成英 hchya@
差模信号作用时的动态分析
为什么？ 差模放大倍数
Ad u Od u Id
Ad
( Rc ∥
RL 2
)
R b rbe
R i 2 ( R b rbe ) ， R o 2 R c
华成英 hchya@
2. 抑制共模信号
共模信号：数值相等、极性相同的 输入信号，即
u I1 u I2 u Ic
i B 1 i B2 i C 1 i C2 u C 1 u C2
u O u C1 u C2 ( u CQ1 u C1 ) ( u CQ2 u C2 ) 0
第二级
当输入信号为零时，前级由温度变化所引起的电流、电 位的变化会逐级放大。 求解Q点时应按各回路列多元一次方程，然后解方程组。
华成英 hchya@
如何设置合适的静态工作点？
稳压管 伏安特性
对哪些动态参 数产生影响？
Re
必要性？
用什么元件取代Re既可设置合适的Q点，又可使第 二级放大倍数不至于下降太多？ 二极管导通电压UD≈？动态电阻rd特点？ 若要UCEQ＝5V，则应怎么办？用多个二极管吗？ UCEQ1太小→加Re（Au2数值↓）→改用D→若要UCEQ1大 ，则改用DZ。
华成英 hchya@
讨论二：放大电路的选用
1. 按下列要求组成两级放大电路： • ① Ri＝1～2kΩ，Au 的数值≥3000； • ② Ri ≥ 10MΩ，Au的数值≥300； • ③ Ri＝100～200kΩ，Au的数值≥150； • ④ Ri ≥ 10MΩ ，Au的数值≥10，Ro≤100Ω。 ①共射、共射；②共源、共射； ③共集、共射；④共源、共集。 2. 若测得三个单管放大电路的输入电阻、输出电阻和空载 电压放大倍数，则如何求解它们连接后的三级放大电路的 电压放大倍数？