电子技术基础模拟部分思维导图

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2024-12-22

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电子技术

基础模拟

学科概论

二极管，基本电路，运算放大器内容讲解

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思维导图大纲

1.绪论

1.1 信号

传感器：非电信号→电信号

1.2 信号的频谱

1.3 模拟信号和数字信号

模拟信号：在时间上和幅值上均是连续的信号

数字信号：在时间上和幅值上均是离散的信号

1.4 放大电路模型

放大均指线性放大

输出波形的任何变形都称之为失真

放大电路为双口网络

“⊥”是电路输入与输出信号的共同端点，常称为电路中的“地”。

1.5 放大电路的主要性能指标

输入电阻

输出电阻

增益

频率响应

非线性失真

非线性失真系数

2.运算放大器

2.1 集成电路运算放大器

差模电压增益

共模电压增益

2.2 理想运算放大器

特性

①输出电压Vo的正负饱和值等于运放的电源电压，即+Vom=V+. 和-Vom=V-。亦即输出电压只能在正、负电源电压范围内变化。

②开环电压增益趋近于无穷大，即Avo≈∞。当运放工作在线性区时，输出电压满足关系式vo=Avo(Vp-Vn)，但为有限值，所以有Vp-Vn≈0，即Vp≈Vn，说明运放两输入端电压近似相等，如同两输人端近似短路，这种现象称为虚假短路，简称“虚短” 。

③输入电阻趋近于无穷大，所以运放两输入端没有电流，即ip≈0，in≈0。

④输出电阻Ro≈0。

⑤共模电压增益为零，共模抑制比为无穷大。

⑥开环带宽BW≈∞(对所有频率的信号都有完全相同的Avo)。

⑦输出端电流无限制。

重要特性

2.3 基本线性运放电路

同向放大电路

基本电路

放大电路指标

闭环电压增益Av

输入电阻Ri

输出电阻Ro

电压跟随器（缓冲器或隔离器）

反向放大电路

基本电路

放大电路指标

闭环电压增益Av

输入电阻Ri

输出电阻Ro

2.4 同向输入和反向输入放大电路的其他应用

求和电路

求差电路

仪用放大器

积分电路和微分电路

积分电路

微分电路

3.二极管及其基本电路

3.1 半导体的基本知识

P型半导体

掺入受主元素（受主杂质）的半导体材料中，空穴的数量远多于导电电子的数量，称为P型半导体。掺入少量杂质硼元素（或铟元素）的硅晶体（或锗晶体）中，由于半导体原子（如硅原子）被杂质原子取代，硼原子外层的三个外层电子与周围的半导体原子形成共价键的时候，会产生一个“空穴”，这个空穴可能吸引束缚电子来“填充”，使得硼原子成为带负电的离子。这样，这类半导体由于含有较高浓度的“空穴”（“相当于”正电荷），成为能够导电的物质。

N型半导体

掺入施主元素（施主杂质）的半导体材料中，导电电子的数量远多于空穴的数量，称为N型半导体。掺入少量杂质磷元素（或锑元素）的硅晶体（或锗晶体）中，由于半导体原子（如硅原子）被杂质原子取代，磷原子外层的五个外层电子的其中四个与周围的半导体原子形成共价键，多出的一个电子几乎不受束缚，较为容易地成为自由电子。

3.2 PN结的形成及特性

形成

在P型半导体和N型半导体结合后，由于N型区内自由电子为多子，空穴几乎为零称为少子，而P型区内空穴为多子，自由电子为少子，在它们的交界处就出现了电子和空穴的浓度差。由于自由电子和空穴浓度差的原因，N区的多子电子向P区扩散，P区的多子空穴向N区扩散。它们扩散的结果是：P区一侧失去空穴，留下了带负电的杂质离子，N区一侧失去电子，留下了带正电的杂质离子。开路中半导体中的离子不能任意移动，因此不参与导电。这些不能移动的带电粒子在P和N区交界面附近，形成了空间电荷区，也称为耗尽区，空间电荷区的薄厚和掺杂物浓度有关。

在空间电荷区形成后，由于正负电荷之间的相互作用，在空间电荷区形成了内建电场，其方向是从带正电的N区指向带负电的P区。显然，这个电场的方向与载流子扩散运动的方向相反，会阻止多子扩散。

另一方面，内建电场将使N区的少数载流子空穴向P区漂移，使P区的少数载流子电子向N区漂移，漂移运动的方向正好与扩散运动的方向相反。从N区漂移到P区的空穴补充了原来交界面上P区所失去的空穴，从P区漂移到N区的电子补充了原来交界面上N区所失去的电子，这就使空间电荷减少，内电场减弱。因此，漂移运动的结果是使空间电荷区变窄，扩散运动加强。最后，多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。在P型半导体和N型半导体的结合面两侧，留下离子薄层，这个离子薄层形成的空间电荷区称为PN结。PN结的内电场方向由N区指向P区。

特性

单向导电性

PN结加正向电压时导通

PN结加反向电压时截止

PN结I-V特性表达式

反向击穿

PN结加反向电压时，空间电荷区变宽，区中电场增强。反向电压增大到一定程度时，反向电流将突然增大。如果外电路不能限制电流，则电流会大到将PN结烧毁。反向电流突然增大时的电压称击穿电压。基本的击穿机构有两种，即隧道击穿（也叫齐纳击穿）和雪崩击穿，前者击穿电压小于6V，有负的温度系数，后者击穿电压大于6V，有正的温度系数。

电容效应

3.3 二极管

结构

I-V特性

主要参数

3.4 二极管的基本电路及其分析

理想模型

恒压降模型

折线模型

小信号模型

3.5 特殊二极管

齐纳二极管