《线性电路》多媒体课件 兰州大学信息科学与工程学院 王勇
兰州大学信息科学与工程学院 《线性电路》多媒体课件 王勇
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
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 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,电子管有它匝 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 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,以后集成度越来越髙,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
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、一定量的习题训练是十分必要的,一般需要100-200道题的训练量, 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)
• 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(103 109)Ω.cm范围内,主要有硅(主要材料)、锗、砷化镓(高频髙速器件)等。 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=1420吣使其融化为晶体,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: 1S22S22P63S23P {内层原子核称为惯性核 Ge: 1S22S22P63S23P63P104S24 P2 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
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