电子线路前三章
94页1、兰州大学信息科学与工程学院,线性电路多媒体课件,王勇,前言,该课件是兰州大学教学研究资助项目,课件内容主要由课堂讲授讲义整理而成,并配有大量的例题和习题解答。课件中还引入了电子线路的CAD 软件PSPICE进行电路分析。课件注重基础知识和基本概念的系统性、严密性;注重培养学生分析问题、解决问题的能力。课件主要参考教材有:电子线路线性部分,谢嘉奎主编,1999第四版。 现代电子技术,席德勋编,1999年第一版。模拟电子技术基础,童诗白主编,1988第2版。模拟电子技术基础解题指南,唐竞新主编,1998。,第一章:晶体二极管,电子线路是电子学的一门应用学科,是现代先进科学的组成部分之一,也是发展迅速的学科之一。1、最早在1883年,托马斯爱迪生再改进白炽灯的实验中,发现了爱迪生效应,但他当时未能认识到这一发现的重要意义。直到1907年L De Forest(李德弗列斯特)研制了电子三极管,使电子学进入实用阶段并作为一门新兴科学而崛起,由于有了利用电子三极管制作的放大器和振荡器电路,才使我们今天所熟悉的无线电和电视广播成为现世,其他诸如雷达、自动导航、立体声放大器和计算机等的应用,也无不归功
2、于电子三极管的发明,而在这一发明 的推动下,开创了伟大的技术和社会革命。然而,电子管有它固有的弱点,管子的灯丝必须加热至足够的温度以便使阴极发射电子,灯丝电压和电流的典型值是6.3(V)和0.3(A),即大约2(W)功率,最早的第一台电子数字计算机约用了18,000只电子管,需供36,000(W)的功率,另外电子管还有体积大、寿命短、转换速率受限制等缺点。2、到1947年晶体管的发明才克服了电子管的这些缺点,引起了电子学的又一次革命,晶体管是约翰巴丁、沃尔特布雷登和威廉肖克莱共同发明,该发明促成了计算机、通信等方面的飞速发展,鉴于它的重要价值,这些人共同获得了1956年的诺贝尔物理机奖。单个电子器件与元件组成的电路称为分立电路,复杂的分立电路由于焊点多及布线等影响了可靠性及精度的提高。3、随着半导体工艺的发展,五十年代末得克萨斯仪器公司的基尔白、仙童半导体公司的诺依斯等人研究实现了集成电路,实现了管路结合,以后集成度越来越高,出现了超大规模集成电路,这是电子学的又一次革命,也是近代科学技术发展的新的标志。,本课程的主要内容简介:1、半导体器件:是本课程基础部分,主要包括半导体物理基础知
3、识,二极管、晶体三极管、场效应管工作原理及应用原理。2、放大器基础:是本课程重点之一,主要包括放大器的静态分析、动态分析及性能指标,单管放大电路,组合放大电路,差分放大电路,电流源电路及应用,集成功率放大电路,集成运算放大电路,放大器的频率分析和噪声分析。3、放大器中的负反馈,是课程重点和难点之一,主要包括反馈放大器的组成和类型,负反馈放大器的性能分析,深度负反馈计算,负反馈放大器的稳定性分析。4、集成运算放大器及其应用电路,是课程又一个重点和难点,主要包括集成运算放大器应用电路的组成原理(加减乘除比例对数指数开平方等各类算术运算、有源滤波、精密测量放大器和仪器放大器、电流传输器等),集成运算放大器性能参数及其对电路的影响,集成电压比较器。 学习方法:本课程是两个专业的主干基础课,也是学习非线性电路(谐振功放、振荡器、调制解调、锁相环)、通信、计算机应用等必备的基础,学习中应着重掌握各类放大器的工作原理、特点、应用和分析方法。1、由于器件的非线性,在线性应用时需要进行近似处理。2、对各类放大器应掌握其静态分析方法(判断放大器工作和动态分析方法,应具备较高的电路分析能力。3、一定量的习题
4、训练是十分必要的,一般需要100-200道题的训练量,一定要独立完成作业。4、重视实验环节,具备一定的动手能力和电路设计能力才算真正理解和掌握了本课程的基本知识点。 本章主要内容简介(略)。,1.1 半导体物理基础知识半导体:导电能力介于导体和绝缘体之间的物体,它的电阻率在(10-3-109) .cm范围内,主要有硅(主要材料)、锗、砷化镓(高频高速器件)等。 一、本征半导体1、本征半导体:硅和锗的单晶(整块晶体内部晶格排列完全一致或原子在空间排列成很有规律的空间点阵)称为本征半体(将纯净原材料及需要的杂质放在坩埚中加热至熔点Si=14200C使其融化为晶体,用一块小晶体与液面接触,将籽晶上拉即可生成新的晶体,另一种办法是用高频感应加热硅棒,使其局部融化,冷却后成为单晶)Si:1S22S22P63S23P2 内层原子核称为惯性核Ge:1S22S22P63S23P63P104S24P2 2N2个电子旋转方向的不同分布它们最外层都有四个价电子,形成单晶时,每个价电子和邻近原子的价电 子形成共价键。在热力学温度0K时和没有外界影响条件下,价电子束缚在共价键中,不能自由移动,不是自由电子,是良
5、好的绝缘体。2、本征激发和复合:在温度升高和受到光线照射时,共价键中的价电子挣脱共价键的束缚成为自由电子,在共价键中留下相同数量的空穴(可以看作带正电的离子或载流子)这种现象称为本征激发。空穴形成后,邻近共价键中的价电子受它的吸引作用很容易跳过去填补空穴,这样空穴便转移到邻近共价,价键中去,因此就出现价电子和空穴两个相反方向的运动,半导体正是依靠自由电子和空穴两种载流子导电的物质。所谓复合是指自由电子在热骚动过程中与空穴相遇而释放能量,造成自由电子-空穴对的消失。3、费米能级与热平衡载流子浓度:根据量子统计理论可知,在温度为T时(晶体处于热平衡状态),能量为E的状态被电子占有的几率为:F(E)=1+EXP(E-EF)/KT-1 其中T 是绝对温度(室温T=3000K)K是玻尔兹曼常数 K=1.3810-23焦耳/0K EF是费米能级,E= EF状态被电子占有的几率为1/2在原子中,电子所具有的能量状态不是连续分布的,而是离散的,每一个能量状态对应一个能级,能级是量子化的,其分布如下图1-1所示:导带 Ec禁带 EF 图1-1 Ev 价带 o o o o o o o o o o o o
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