模拟电子技术1

参考学习资料:模拟电子技术_中国大学MOOC(慕课) (icourse163.org)

绪论
晶体二极管及应用电路
晶体三极管及应用电路
场效应管及基本放大电路
放大电路的频率响应
负反馈放大电路
双极型模拟集成电路
双极型模拟集成电路的分析与应用
M0S模拟集成电路
直流稳压电源电路

电子器件device:组成电路的基本物理单元

无源器件passive devices:特性与外加电源无关的电子器件,如电阻、电感、电容

有源器件active devices:特性与外加电源有关的电子器件,如二极管、三极管、场效应管等,特性与外接电源有关,非线性特征。

电子信息系统[电子系统]:信号的提取 - 信号预处理 - 信号的加工 - 信号的执行

模拟电子系统构成原则:满足系统功能和性能指标;电路简单;具有电磁兼容特性;系统调试简单方便,生产工艺简单易行

电子电路:单子期间按一定规律和功能组成的电路[简称电路]。分为模拟电子电路和数字电子电路

  • 模拟电子电路:对模拟信号进行分析处理电路
  • 数字电子电路:对数字信号进行分析处理电路

【模拟电子系统应用】

语音放大电路

心电图放大器:提取的微弱信号进行放大500 - 1000倍,17Hz附近幅度约10uV[胎儿] - 5mV[成人]

射频放大电路:电磁波低于100khz电磁波被电表吸收,高于可在空气中传播并经大气层外缘电离层反射,形成远距离传输能力,将具有远距离传输能力的高频电磁波称为射频

应用领域Application area

  • 通信系统Telecommunication System
  • 控制系统Control System
  • 测试系统
  • 计算机
  • 家用电器
  • 农业机械
  • 生物医学工程Biomedical Engineering
  • 航空航天技术Spaceflight and Airplane
  • 现代智能交通ITS
  • 汽车电子...

电子技术的发展

  • 1904,真空二级电子管,电子学诞生[一代];
  • 20世纪40年代末,贝尔实验室第一只晶体管[二代]
  • 20世纪50年代末,集成电路IC(<102)[三代]
  • 20世纪60年代末,大规模集成电路LSI(>103)
  • 20世纪70年代中期,超大规模集成电路VLSI(>105)

发展方向:超高集成度,超高速,片上系统,超高微细加工

交叉学科:微电子学[固体物理、器件工艺、电子学三者交叉新技术学科]

半导体特性

导体:导电率105.cm-1,如金属(S:西门子)

绝缘体:导电率为10-22 -10-14s.com,如橡胶、云母、塑料等

半导体:如硅、锗、砷化镓等

半导体特性:

  • 掺杂特性:掺入杂质导电率增加几百倍 -- 半导体元件
  • 温度特性:温度增加使导电率大为增加 -- 热敏元件
  • 光照特性:增加导电率,产生电动势

【本征半导体】:完全纯净、结构完整的半导体晶体,纯度99.999999999%[九个9],单晶体形态

晶体特征:质点排列有一定规律

常用本征半导体:硅[+4价]

 载流子:运载电荷的粒子如自由电子和空穴,在本征半导体中2载流子成对出现

 在外电场的作用下,自由电子和空穴和的定向运动产生电流,分别称为电子流和空穴流

  • 电子流:自由电子作定向运动形成的;方向与外电场方向相反;自由电子始终在导带内运动
  • 空穴流:价电子递补空穴形成的;方向与外电场方向相同始;终在价带内运动。

本征半导体在热力学零度(OK)和没有外界能量激发下,晶体内无自由电子不导电。

【本征半导体载流子浓度】

  • ni:电子浓度,表示单位体积内的自由电子数
  • pi:空穴浓度,表示单位体积内的空穴数
  • A -- 与材料有关的常数
  • EGO -- 禁带宽度
  • T -- 绝对温度
  • k -- 玻尔曼常数

结论:1、本征半导体中电子浓度ni=空穴浓度pi

 

           2、载流子浓度与T、EGO有关

载流子的产生与复合

  • 产生率g:每秒成对产生的电子空穴的浓度
  • 复合率R:每秒成对复合的电子空穴的浓度

            当g=R时R=rnipi ,r--复合系数,与材料有关

【杂质半导体】

掺入三价B,Al等形成P型半导体,称空穴型半导体

掺入五价P,砷等形成N型半导体,称为点自行半导体

杂质半导体掺入杂质后导电率大为提升。

施主杂质和受主杂质

  

 【半导体PN结的形成】

PN结的形成:扩散运动:浓度高向浓度低地方运动这种由于浓度差产生的运动

                       漂移运动:载电流[自由电子和空穴]在电场力的作用下产生的定向移动,称为漂移运动

【 PN结的接触电位差】

接触电位取决于材料及掺杂浓度

【半导体PN结的伏安特性】

 正偏与反偏:PN结正偏时呈低阻性,反偏时呈高阻性,近似为截止状态。

        正偏:外接电源E后,P区电位高于N区称为外接正向电压,也称为正向偏位,简称正偏,反之亦然。

PN结具有单向导电性

 

 PN结的反向击穿特性

反向击穿:PN结上反向电压达到某一数值时ud<UBR,反向电流激增的现象。

 分为可逆击穿,不可逆击穿

可逆击穿:雪崩击穿:连锁反应,掺杂浓度小的二极管容易发生;

                  齐纳击穿:大量载流子,掺杂浓度大的二极管容易发生;

不可逆击穿:热击穿:PN结电流或电压较大使PN结耗散功率超过极限值使结温升高,导致PN结过热而永久性损坏。

【PN结的电容】

PN结的电容效应:势垒电容,扩散电容。均为非线性电容且同时存在

【PN结的电致发光】

【PN结的光电效应】

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