模拟电子技术基础
模拟电子技术基础
1.半导体器件
- 本征半导体：纯净，具有晶体结构的半导体
- N型半导体：negative，掺入5价元素，多一个电子。
- P型半导体：positive，掺入3价元素，少一个电子。
- PN结：将P型半导体和N型半导体制作在同一硅片上，交界处形成PN结。
- 空间电荷区：PN结交接处区域的复合。也称为耗尽层。
1.PN结
1.PN结的伏安特性
- 反向击穿
- 齐纳击穿：在高掺杂，耗尽层宽度窄的情况下，较低的反向电压即可击穿
- 雪崩击穿：在低掺杂，耗尽层宽度宽的情况下，较高的反向电压可击穿
2.PN结的电容效应
- 势垒电容
当PN结的反向电压变化时，空间电荷区的宽度随之变化，耗尽层电荷变化，导致等效电容变化。
2.二极管
1.伏安特性
- 同PN结的对比
- 单向导电性
- 二极管存在半导体体电阻和引线电阻（同电压下正向电压更小）
- 表面漏电流（反向电流更大）。漏电流（当施加反向电压时，电流仍然流过器件）
2.不同材料二极管的对比
| 材料 | 开启电压 | 导通电压 | 反向饱和电流 |
|---|---|---|---|
| 硅 | 0.5 | 0.6-0.8 | <0/1 |
| 锗 | 0.1 | 0.1-0.3 | 几十 |
3.温度的影响
- 温度越高：正向曲线左移，方向曲线下移
4.二极管的参数
- If：最大整流电流
- UR：最高反向工作电压
- IR：反向电流
- fM最高反向工作电流
3.稳压二极管
- 反向击穿时在一定功耗损耗范围内端电压几乎不变
1.伏安特性
- 正向：类似于二极管
- 反向：电压不变，大到一定程度击穿
1.主要参数
稳定电压Uz
稳定电流Iz：小于时稳压效果变坏
额定功耗Pzm：最大稳定电流（Izm）与Uz的乘积
在额定功耗内，电流越大稳压效果越好
需串联限流电阻防止烧坏
4.发光二极管（Light Emit Diode）
| 颜色 | 开启电压 |
|---|---|
| 红色 | 1.6-1.8v |
| 绿色 | 2v |
5.光电二极管（Optoelectronic Diode）
- 暗电流：反向电压下的产生的反向电流。
- 光电流：反压下受到光照而产生的电流。（照度越大光电流越大）
6.变容二极管（Varicap Diode）
- 变容二极管在反向偏置状态下工作，因此没有直流电流流过器件
- 反向偏置量控制耗尽区的厚度，因此控制变容二极管的结电容
7.隧道二极管（Tunnel Diode）
8.肖特基二极管（Schottky diode）
- 导通电压降较低、允许高速切换的二极管
- 肖特基二极管的电压降只有 0.15-0.45 伏特，因此可以提升系统的效率。
- 缺点是其反向偏置较低及反向漏电流偏大
2.晶体三极管
晶体三极管又称为双极性晶体管 （BJT）
1.电流放大作用
晶体管是放大电路的核心器件。
输入回路：基极-发射极回路。
输出回路：集电极-发射极回路。
共射放大电路： 发射极为输入回路和输出回路公共端
放大状态的外部条件： 发射结正向偏置，集电结反向偏置。
2.共射特性曲线
1.输入特性曲线
杂记
阻容耦合是指在电路中，电阻和电容之间存在相互影响的现象。通常情况下，我们认为电阻和电容是独立的元件，但在某些情况下，它们会相互影响，产生一些非预期的效应。
这种耦合效应可能会出现在许多不同类型的电路中，包括模拟电路和数字电路。在模拟电路中，电阻和电容的耦合可能会导致信号的失真或延迟。在数字电路中，阻容耦合可能会影响信号的稳定性和时序特性，导致逻辑错误或不稳定的操作。
因此，在设计和分析电路时，工程师需要考虑阻容耦合效应，以确保电路的性能和可靠性。这可能涉及到采取一些补偿措施或使用特殊的设计技术来减轻耦合效应带来的影响。
在电路中，电阻和电容是两种常见的元件。通常，我们认为它们是独立的，但在一些情况下，它们会相互影响，这就是阻容耦合。
想象一下，如果你有一根水管，水可以在其中自由流动。现在，如果你在水管的一段放置了一块海绵，海绵会吸收水并储存在其中。这时，水管的流动速度会受到海绵吸水的影响，海绵的湿度也会受到水管中水流的影响。在这个例子中，水管就像电路中的电阻，而海绵就像电路中的电容。阻容耦合就是描述电阻和电容之间这种相互影响的现象。
在实际电路中，阻容耦合可能会导致一些问题，比如信号传输变慢、电路的响应时间变化等。因此，在设计和分析电路时，需要考虑这种耦合效应，以确保电路的正常工作。
静态工作点是指电子设备在没有输入信号时的工作状态。在放大器、晶体管等电子设备中，静态工作点通常表示设备的输出电压、电流以及输出特性的基准状态。
在放大器中，静态工作点通常由放大器的直流偏置电压和直流偏置电流来描述。这个状态对应于放大器没有输入信号时的输出电压和电流水平。静态工作点的选择对于设备的性能和稳定性至关重要。如果静态工作点设置不当，可能会导致设备在工作时出现失真、偏置漂移或不稳定的现象。
因此，在设计电路时，工程师会特别关注静态工作点，并根据设计需求和规格选择合适的偏置电压和电流，以确保设备在正常工作范围内运行。
直流偏置电压和直流偏置电流是用于控制电子设备（比如放大器、晶体管等）在静态工作点上的电压和电流值。
- 直流偏置电压（DC Bias Voltage）：
- 在放大器或晶体管等电子设备中，直流偏置电压是用来设置设备工作在适当工作范围内的电压。它通常是在电路中通过电阻分压、电源电压等方式设置的一个恒定的电压值。
- 直流偏置电压决定了设备的工作点，即静态工作点，它对应于设备在没有输入信号时的输出状态。通过调整直流偏置电压，可以确保设备在合适的电压范围内工作，以避免过饱和或过截止等失真现象。
- 直流偏置电流（DC Bias Current）：
- 直流偏置电流是指流经电子设备（如晶体管）的恒定电流。它通常是通过电路中设置的偏置电阻来控制的。
- 直流偏置电流也是设备静态工作点的重要参数之一。它决定了设备的工作状态，如放大器的基准电流值。正确选择直流偏置电流可以确保设备在合适的工作状态下工作，从而提高放大器的线性度和稳定性。
这两个参数一起用于确定电子设备的静态工作点，确保设备在正常工作范围内的输出特性。
电压型叠加定理是电路理论中的基本原理之一，它指出在一个线性电路中，当有多个电压源作用于电路时，每个电压源单独作用时的电压可以分别计算，并且最后可以将它们的效应叠加在一起以获得电路中某一点的总电压。这个定理通常适用于直流电路和交流电路中的线性电路，对于非线性电路不适用。
定理表述：
在一个电路中，假设有多个电压源
$$
V
total
=V
1
+V
2
+V
3
+⋯+V
n
$$
它们分别作用于电路中的某一点，那么这一点的总电压等于各个电压源单独作用时的电压之和。数学表达式如下：
�total=�1+�2+�3+⋯+��Vtotal=V1+V2+V3+⋯+V**n
其中，�totalVtotal 表示电路中某一点的总电压，�1,�2,�3,…,��V1,V2,V3,…,V**n 分别表示各个电压源单独作用时的电压值。
应用：
- 电路分析简化：通过叠加定理，可以将复杂的电路分解为简单的部分，分别分析各个部分，最后再将它们的效应叠加在一起，从而简化电路分析的过程。
- 交流电路分析：在交流电路中，可以将直流分量和交流分量分别分析，然后再将它们的效应叠加在一起。
- 电路设计：在设计电路时，可以通过叠加定理来计算各个电压源的影响，从而更好地设计电路的结构和参数。
总的来说，电压型叠加定理是电路分析中非常重要的原理，它为工程师提供了一种简便而有效的方法来理解和分析复杂电路系统。