模拟电路基础讲稿第一章学案.doc

模拟电路基础 讲 稿 自动化工程学院 谭峰 课程基本要求： 授课学时：64 学分：4 授课时间：周二7－8节；周五1－2节 成绩构成：平时（20分）+期中（30分）+期末（50分） 作业：每周一次 教 材： 华成英，童诗白，《模拟电路基础》，高教出版社，第4版 吴援明，唐军， 《模拟电路分析与设计基础》，科学出版社，2006.8 辅导材料： 吴援明，唐军，曲健，《模拟电路分析与设计基础学习指导书》，科学出版社，2007.8 参考教材： 刘光祜,饶妮妮 ，《模拟电路基础》，电子科技大学出版社，2003.1 引入模拟电路与其它几门课程的关系，突出该课程的基础性和重要性 模拟电路、数字电路的不同内容 模拟电路：处理和分析模拟信号的电路，关注模拟信号的放大电路原理、结构和分析方法。 数字电路：处理和分析数字信号的电路，是模拟电路的后续课程。 低频模拟电路、高频模拟电路、微波毫米波电路 本课程属于低频模拟电路范畴，高频模拟电路和微波毫米波电路是分析更高频率的涉及模拟信号的相关电路。在高频模拟电路和微波毫米波电路中要考虑电抗元件对电路的影响，而低频模拟电路在分析时基本不设计电抗元件，即电路特性与频率无关（除第5章）。 本课程的主要内容： 本课程是讲解中低频率下模拟放大电路的基本知识，是最基础、应用最广泛的电路。主要介绍BJT及FET放大电路的基本知识，以基本放大电路为基础的差放、功放、恒流源电路及运放，还要重点介绍负反馈对放大电路的作用。 基础知识：半导体二极管、三极管（BJT、MOSFET）。 应用电路：电流源电路、差动放大电路、功率放大电路、负反 馈电路，集成运放。 基本要求： 掌握半导体晶体管（BJT和MOSFET）放大电路的基本概念、基本结构及基本分析方法，在此基础上掌握基本放大电路的应用电路（恒流源电路、差动放大电路、功率放大电路和集成运放），熟悉放大电路的频率特性及重要的电路结构－负反馈放大电路。能运用所学知识进行相关电路的分析、设计。 常见的模拟电路器件如上图，通过这些具体器件的介绍引入模拟电路及半导体材料知识。 第一章 半导体材料及二极管 概述 自然界中的物质从其电结构和导电性能上区分，可分为导体、绝缘体和半导体。导体具有良好的导电性，绝缘体具有良好的绝缘性，而半导体的导电性能介于导体与绝缘体之间。半导体在不同情况下，导电能力会有很大差别，有时犹如导体，现代电子电路所用的器件绝大多数都是半导体器件。 1.1 半导体材料及其特性 半导体材料类型： Ⅳ族元素硅（Si）、锗（Ge）；III-V族元素的化合物砷化嫁（GaAs）等。 半导体材料的三大特性：温度；光照；掺杂。在以上条件下导电能力显著增强。 一、 本征半导体 本征半导体是纯净的具有晶体结构的半导体。晶格是在本征Si和Ge的单晶中，原子在空间形成排列整齐的空间点阵。 本节介绍以下四个方面的知识： 共价键结构；本征激发；本征半导体中的两种载流子；本征浓度。 硅、锗都有四个价电子，故都是四价元素。其简化图如图所示。 硅和锗的四个价电子 本征半导体的共价键结构 1.共价键结构 当硅、锗等半导体材料被制成单晶时，原子靠的非常紧密，价电子在受自身原子核的束缚的同时，还受受相邻四个原子的影响，形成共价键结构。 2.本征激发 在绝对零度OK=-237℃时，本征半导体中没有可移动带电粒子，但半导体在外界（热或光或其他）激发下，会产生自由电子空穴对，这一现象叫本征激发，如下图所示。 3.本征半导体中的两种载流子 本征激发 电子和空穴的运动 可以自由运动的带电粒子称为载流子。本征激发会产生自由电子和空穴两种载流子。原子因失去一个价电子而带正电，这个带正电的“空位”叫空穴。 导体导电只有一种载流子，即自由电子导电。半导体具有极性相反的两种载流子——自由电子和空穴 空穴导电：当有电场作用时，价电子定向填补空位，使空位作相反方向的移动，这与带正电荷的粒子作定向运动的效果完全相同。为了区别于自由电子的运动，我们就把价电子的运动虚拟为空穴运动（方向相反），认为空穴是一种带正电荷的载流子。 4.本征浓度 本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度 载流子复合：自由电子与空穴在热运动中相遇，使自由电子空穴对消失的现象。 载流子的动态平衡：在一定温度下，单位时间内本征激发所产生地自由电子空穴对的数目与复合而消失的自由电子空穴对的数目相等，就达到了载流子的动态平衡状态，使本征半导体中载流子