模拟电路与数字电路
数字电路比模拟电路的优点
数字电路比模拟电路的优点数字电路比模拟电路的优点1、数字电路结构简单模拟电路处理模拟量是通过电路的结构完成，要解决干扰、失真等等问题，结构复杂，调试也困难。
而数字电路处理模拟量是通过程序完成，只要编程就可以解决这些问题，结构简单，调试方便。
2、数字电路容易标准化不同的信号如果要求不同，目的不同，模拟电路结构就不同，必须改变电路结构，重新制板。
而数字电路则可以在不改变电路结构的情况下，或者仅增加一些标准的辅助处理单元，通过改变程序来适用要求与目的变化。
对于多数量、多种类的信号处理，数字电路的这些优点更为突出。
标准化的最大好处就是成本急剧的下降，构建电路的时间大为缩短。
3、数字电路能够满足对信号保真度的要求现实应用中模拟量的保真度的要求是有一定限度的。
比如电视机，原先的模拟电视机可以将图像信号的保真度做的很高，而现在的液晶电视机看上去也“一样”很清晰，原因不是数字电视的保真度与模拟电视机的一样，而是人的眼睛所能分辨的保真度到了极限，已经看不出二者的差别，感觉足够清晰了。
模拟电路模拟电路是指用来对模拟信号进行传输、变换、处理、放大、测量和显示等工作的电路。
模拟信号是指连续变化的电信号。
模拟电路是电子电路的基础，它主要包括放大电路、信号运算和处理电路、振荡电路、调制和解调电路及电源等。
数字电路用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路称为数字电路，或数字系统。
由于它具有逻辑运算和逻辑处理功能，所以又称数字逻辑电路。
现代的数字电路由半导体工艺制成的若干数字集成器件构造而成。
逻辑门是数字逻辑电路的基本单元。
存储器是用来存储二进制数据的数字电路。
从整体上看，数字电路可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。
模拟电路和数字电路的应用
模拟电路和数字电路的应用
模拟电路和数字电路是现代电子技术中必不可少的两个方面，应用非常广泛。
模拟电路主要是指能够处理连续时间信号的电路，如放大器、滤波器、调节器等。
这些电路常用于音频、视频、无线电通信等领域中。
数字电路则是指能够处理离散时间信号的电路，如计数器、选择器、逻辑门等。
这些电路常用于计算机、控制系统、通信系统等领域中。
模拟电路和数字电路的应用十分广泛，如在移动通信中，模拟电路可用于调制解调器、放大器等，数字电路可用于编解码器、信号处理器等。
在计算机中，数字电路是构建处理器、存储器等重要部件的基础，而模拟电路则可用于输入输出接口、功率管理等方面。
在现代医疗、工业自动化等领域中，这两种电路也发挥着重要作用。
总之，模拟电路和数字电路在现代电子技术中有着不可或缺的地位，应用领域广泛，对人们的生活和工作都有着深远的影响。
- 1 -。
模拟电路和数字电路的应用
模拟电路和数字电路的应用
模拟电路和数字电路是电子工程中最基本的两种电路类型。
它们在电子设备的设计和制造中占有非常重要的地位。
模拟电路主要处理连续时间信号，数字电路则处理离散时间信号。
两者的应用领域也有所不同。
模拟电路的应用范围非常广泛，主要包括信号处理、功率放大、放大器、滤波器、振荡器等领域。
它们在电子音频设备、无线通信、医疗设备、汽车电子、消费电子等领域都有着广泛的应用。
比如，模拟信号处理器可以用来对音频信号进行处理，提高音质和清晰度；功率放大器则可以用来放大信号，提高功率输出；滤波器可以用来去除杂波和噪声，提高信号质量；振荡器可以用来产生稳定的频率信号。
数字电路的应用也非常广泛，主要包括计算机硬件、通信设备、数字信号处理、控制系统等领域。
它们在计算机、手机、数码相机、电视等现代电子设备中发挥着重要作用。
比如，数字信号处理器可以用来对数字信号进行处理，实现语音识别、图像处理等任务；控制系统中的数字逻辑电路可以用来对信号进行逻辑运算，实现自动控制。
总之，模拟电路和数字电路在电子设备中都有着广泛的应用。
它们不仅为现代科技的发展提供了重要的支持，同时也为人们的生活带来了诸多便利。
- 1 -。
模电和数电的区别
模电和数电的区别模拟电路和数字电路是电子学中两个重要的分支。
它们在电子设备和系统的设计、分析和应用中起着至关重要的作用。
尽管它们都涉及电子信号的处理，但它们在原理、工作方式和应用方面存在着显著的区别。
一、工作原理的区别模拟电路是基于连续信号的电路设计和分析。
它处理的是连续变化的电压和电流信号。
在模拟电路中，电压和电流可以连续变化，可以具有无限的可能性。
模拟电路的基本组成元件包括电阻、电容和电感等。
在模拟电路中，信号的精确值是非常重要的。
数字电路则是基于离散信号的电路设计和分析。
它处理的是只能取有限离散值的信号，即数字信号。
数字电路中的信号只能采用离散的数值表示，通常是0和1。
数字电路的基本组成元件是逻辑门，如与门、或门和非门等。
在数字电路中，信号的状态只能是确定的，例如“开”或“关”。
二、信号处理方式的区别模拟电路是通过电流和电压的连续变化来处理信号。
它允许电压和电流的值在一个范围内进行变化，并且可以根据具体的应用需求进行调整。
模拟电路可以准确地表示连续的原始信号，并且具有高精度和高灵敏度。
数字电路是通过对信号进行离散化处理来实现。
离散信号是通过将连续信号采样和量化得到的，然后通过数字处理器进行处理和操作。
数字信号可以用二进制代码表示，这使得数字电路具有高度可靠性和良好的抗干扰能力。
三、应用领域的区别模拟电路主要应用于需要处理连续信号的领域，如音频处理、无线电调制和解调、功率放大和传感器等。
模拟电路可以对电压、电流和频率等信号进行准确的测量和控制。
数字电路主要应用于需要处理离散信号的领域，如计算机、通信系统、数字信号处理和控制系统等。
数字电路可以进行复杂的逻辑运算和高速的数据处理，例如计算、存储和传输等。
四、设计难度和成本的区别模拟电路的设计相对较为简单，因为它主要涉及到连续信号的处理。
模拟电路的成本相对较低，因为它使用的元件相对简单且比较廉价。
不过，模拟电路对环境和干扰更为敏感，需要更多的补偿和稳定措施。
模拟电路和数字电路的应用
模拟电路和数字电路的应用
模拟电路和数字电路是现代电子技术中最重要的两个分支。
模拟电路是处理连续信号的电路，它们用于处理声音、图像、传感器信号等。
数字电路是处理离散信号的电路，它们用于数字计算、数字通信和数字控制等。
模拟电路和数字电路的应用非常广泛。
在通信领域，模拟电路和数字电路被广泛应用于电话、广播、电视、网络通信、卫星通信等。
在工业控制领域，模拟电路和数字电路被广泛应用于自动化控制、机器人控制、工厂生产线等。
在计算机领域，数字电路被广泛应用于计算机内部的处理器、内存、输入输出接口等。
此外，模拟电路和数字电路也被应用于医疗设备、汽车电子、航空航天、军事设备等领域。
随着电子技术的不断发展，模拟电路和数字电路的应用领域还将不断拓展。
- 1 -。
电子电路设计中的模拟与数字混合电路
电子电路设计中的模拟与数字混合电路电子电路设计是电子工程师的基本功之一，涉及到模拟电路和数字电路两个方面。
其中，模拟电路是一种用于处理连续信号的电路，而数字电路则是用于处理离散信号的电路。
模拟与数字混合电路则是结合了两者的特点，同时处理连续信号和离散信号。
下面将详细介绍电子电路设计中的模拟与数字混合电路的步骤和注意事项。
一、明确设计目标和要求在开始电子电路设计之前，首先需要明确设计的目标和要求。
这包括电路的功能、性能指标、工作条件等。
例如，设计一个音频放大电路，要求具有高增益、低噪声、宽频带等性能。
二、选择合适的器件和元件根据设计目标和要求，选择合适的器件和元件是非常关键的一步。
对于模拟电路来说，选择合适的放大器、滤波器、稳压器等元件非常重要。
而数字电路则需要选择逻辑门、触发器、计数器等元件。
此外，还需要选择适当的传感器和执行器。
三、画出电路原理图通过图纸或计算机辅助设计软件，将电路的原理图画出来。
原理图是电子电路设计的基础，它直观地展示了电路的结构和连接方式。
其中，连续信号和离散信号的处理部分应当清晰地标识出来。
四、进行电路分析和计算根据原理图，进行电路分析和计算是电子电路设计中的重要步骤。
对于模拟电路来说，需要使用电压、电流等连续信号的分析方法，例如节点分析、追踪法等。
而数字电路则需要使用逻辑代数和布尔代数进行离散信号的分析和计算。
五、进行仿真和优化在电路设计的初期，可以使用电路仿真软件进行仿真和优化。
通过仿真，可以验证电路的设计是否满足需求，找出潜在的问题和改进的空间。
常用的电路仿真软件有Multisim、Cadence等。
六、进行电路布局和走线电路布局和走线是将电路原理图转化为实际电路的关键步骤。
在进行电路布局时，需要遵循电磁兼容性和信号完整性的原则，尽量减少干扰和信号损耗。
同时，还要考虑散热、焊接和连接等因素。
七、制作电路原型和测试根据电路布局和走线，制作电路原型并测试其性能和功能是否符合设计要求。
了解电路中的数字电路与模拟电路
了解电路中的数字电路与模拟电路电路是现代科技发展中不可或缺的一部分，它贯穿了我们生活的方方面面。
在电路学中，数字电路和模拟电路是两个重要的概念。
通过了解数字电路和模拟电路，我们可以更好地理解电子设备的工作原理，也能更好地应用电子技术。
数字电路是基于二进制信号的电路系统。
简单来说，它只有两种状态：0和1。
数字电路的设计是通过使用逻辑门（如与门、或门、非门等）来实现不同的逻辑功能。
通过不同的逻辑门的组合，可以构建各种复杂的数字电路，如电脑的中央处理器（CPU）。
数字电路的一个重要应用是在计算机系统中。
计算机系统通常由多个数字电路组成，如ALU（算术逻辑单元）、寄存器、存储器等。
通过这些数字电路，计算机可以进行数据的处理、运算和存储，从而实现各种应用，如文字处理、图像处理、游戏等。
另一个重要的概念是模拟电路。
与数字电路不同，模拟电路使用连续变化的信号来表示信息。
模拟电路通常涉及到电压、电流、电阻等参数的变化。
通过控制这些参数的变化，可以实现不同的功能，如放大信号、滤波、调节音量等。
模拟电路的应用非常广泛。
在电子设备中，模拟电路常用于音频放大器、电视信号处理、手机电池充电控制等。
此外，在通信领域，模拟电路也发挥着重要的作用，如无线电频谱的调制与解调、手机信号的发射与接收等。
数字电路和模拟电路之间存在一定的联系和区别。
首先，数字电路可以使用模拟电路来实现。
例如，数字信号可以通过调制的方式转换为模拟信号，然后通过模拟电路进行处理。
其次，数字电路和模拟电路在信号处理方式上有所不同。
数字电路是以离散方式处理信号，而模拟电路是以连续方式处理信号。
最后，数字电路通常更适合于处理和存储大量数据，而模拟电路更适合于处理连续变化的信号。
总的来说，了解数字电路和模拟电路对于理解和应用电子技术至关重要。
通过学习电路原理和设计，我们可以更好地理解电子设备的工作原理，也可以更好地应用电子技术解决实际问题。
无论是数字电路还是模拟电路，它们都是电子科技不可或缺的一部分，为我们的日常生活带来了更多便利和创新。
模拟电路和数电电路必备的基础知识
模拟电路和数电电路必备的基础知识作为一位硬件工程师，必须面对的就是两个基本电路：模拟电路和数字电路。
下面我们就来了解一下这两个电路的基本知识。
一、模拟电路与数字电路的定义及特点模拟电路（电子电路）处理模拟信号的电子电路。
“模拟”二字主要指电压（或电流）对于真实信号成比例的再现，它最初来源于希腊语词汇，意思是“成比例的”。
其主要特点是：1、函数的取值为无限多个；2、当图像信息和声音信息改变时，信号的波形也改变，即模拟信号待传播的信息包含在它的波形之中(信息变化规律直接反映在模拟信号的幅度、频率和相位的变化上)。
3、初级模拟电路主要解决两个大的方面：1放大、2信号源。
4、模拟信号具有连续性。
数字电路（(进行算术运算和逻辑运算的电路)）用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路称为数字电路，或数字系统。
由于它具有逻辑运算和逻辑处理功能，所以又称数字逻辑电路。
其主要特点是：1、同时具有算术运算和逻辑运算功能数字电路是以二进制逻辑代数为数学基础，使用二进制数字信号，既能进行算术运算又能方便地进行逻辑运算(与、或、非、判断、比较、处理等)，因此极其适合于运算、比较、存储、传输、控制、决策等应用。
2、实现简单，系统可靠以二进制作为基础的数字逻辑电路，可靠性较强。
电源电压的小的波动对其没有影响，温度和工艺偏差对其工作的可靠性影响也比模拟电路小得多。
3、集成度高，功能实现容易集成度高，体积小，功耗低是数字电路突出的优点之一。
电路的设计、维修、维护灵活方便，随着集成电路技术的高速发展，数字逻辑电路的集成度越来越高，集成电路块的功能随着小规模集成电路(SSI)、中规模集成电路(MSI)、大规模集成电路(LSI)、超大规模集成电路(VLSI)的发展也从元件级、器件级、部件级、板卡级上升到系统级。
电路的设计组成只需采用一些标准的集成电路块单元连接而成。
对于非标准的特殊电路还可以使用可编程序逻辑阵列电路，通过编程的方法实现任意的逻辑功能。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
本征半导体的导电机理 本征激发（热激发） 价电子受热或受光 照（即获得一定能量） 后，可挣脱原子核的束 缚，成为自由电子（带 负电），同时共价键中 留下一个带正电的空穴。 该现象称为本征激发(热激发)
本征激发产生的空穴
价 电 子
4
本征激发产生的自由电子
1.N 型半导体 N型半导体中还存在来自于热激发的电子-空穴对。 N型半导体是否带电？
本征Si： ni= 1.5 × 1010 cm −3(300 K ) ρ≈ 105 Ωcm
杂质浓度：1013 cm−3
1021 cm−3
ρ≈ 103 Ωcm
ρ≈ 10 −3 Ωcm
掺杂浓度对半导体导电性有很大的影响！
载流子运动方式及形成电流
1.扩散运动及扩散电流
扩散运动—载流子受扩散力的作用所作的运动称为扩散运动。
T＝300K时电子浓度 硅： ni pi 1.5 10 / cm
10 22 3 铜： ni 8.5 10 / cm 3 13 3 n p 2.5 10 / cm 锗： i i
注意： (1) 本征半导体中载流子数目极少, 其导电性能很差。 (2) 温度越高， 载流子的数目越多,半导体的导电性能也就越好。 可见，温度对半导体器件性能影响很大。
第二章 半导体器件基础
内容提要
半导体基础知识
晶体二极管
特殊二极管 晶体三极管
2.1 半导体的基础知识
本征半导体
杂质半导体
载流子的运动方式及形成的电流 PN结及其单向导电性
2.1.1
半导体及其材料
半导体
电阻率：数值上等于单位长度、单位截面的某种物质的电阻。
·导体 : ·绝缘体: ·半导体:
电阻率ρ 小于10-3Ω ·cm ρ 大于108Ω ·cm
本征半导体
半导体的特性 热敏性：半导体的电阻率随着温度的上升而明显下降，其导
电能力增强。据此可制作温度敏感元件，如热敏电 阻。
光敏性：当受到光照时，半导体的电阻率随着光照增强而下 降，其导电能力增强。据此可制作各种光敏元件，
如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等。
本征半导体
半导体特性 掺杂性：在纯净的半导体中掺入某些杂质，其电阻 率大大下降而导电能力显著增强。据此可
正负电荷数相等，N型半导体呈电中性
N型半导体中电子-空穴数是否相同？ 可见：在N型半导体中自由电子是多数载流子（简称多子）； 空穴是少数载流子（简称少子）。 这种电子为多数载流子的杂质半导体称为N型半导体。
2.P型半导体 在本征半导体中掺入微量三价元素物质（硼、铝等） 而得到的杂质半导体。
结构图
2. P型半导体 掺杂后，某些位置上的 硅原子被3价杂质原子（如硼 原子）取代。硼原子有3个价 电子，与邻近硅原子的价电子 构成共价键时会形成空穴， 导致共价键中的电子很容易 运动到这里来。同时，接受一个电子的硼原子因带负电荷而成为 不能移动的负离子。空穴和负离子成对产生。 上述过程称为受主杂质电离。3价杂质原子又称受主杂质。
2. PN结的特性 (2)击穿特性 击穿——PN结外加反向电压且电压值超过一定限度时，反向 电流急剧增加而结两端电压基本不变的现象。 击穿不一定导致损坏。 利用PN结击穿特性可以制作稳压管。 击穿电压Uz
2. PN结的特性
(2)击穿特性
雪崩击穿 击穿分类
齐纳击穿
2. PN结的特性 (2)击穿特性 雪崩击穿(碰撞击穿) 反向电压足够高时，空间电荷区的合成电场较强，通过空间 电荷区的电子在强电场的作用下加速获得很大的动能，于是 有可能和晶体结构中的外层电子碰撞而使其脱离原子核的束 缚。被撞出来的载流子在电场作用下获得能量之后，又可以 去碰撞其它的外层电子，这种连锁反应就造成了载流子突然 剧增的现象，犹如雪山发生雪崩那样，所以这种击穿称为雪 崩击穿或碰撞击穿 。
半导体的共价键结构 共价键中的 两个价电子 原子核
共价键
4
本征半导体的导电机理 本征激发（热激发） 价电子受热或受光 照（即获得一定能量） 后，可挣脱原子核的束 缚，成为自由电子（带 负电），同时共价键中 留下一个带正电的空穴。 该现象称为本征激发(热激发)
本征激发产生的空穴
价 电 子
4
本征激发产生的自由电子
内建电场
UΦ
扩散与漂移达到动态平衡 形成一定宽度的PN结 形成空间电荷区, 多子扩散 阻止
P区 N区
P区 空间电荷区 N区
促使 少子漂移
产生内电场
＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋
载流子的扩散运动
＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋
＋ ＋ ＋
内电场方向 PN 结及其内电场
小结 载流子的扩散运动和漂移运动既互相联系又互相矛盾。 漂移运动=扩散运动时，PN结形成且处于动态平衡状态。 PN结没有电流通过。
ρ 介于导体和绝缘体之间。
常用半导体材料有:
硅（Si）、锗（Ge）、砷化镓(GaAs)等
本征半导体
本征半导体——化学成分纯净的半导体。在物理结构上呈 单晶体形态。 制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%， 常称为“九个9”。 半导体的原子结构:
硅(Si)
锗(Ge)
本征半导体概念
2.P型半导体
P型半导体中还存在来自于热激发的电子-空穴对。
可见：在P型半导体中空穴是多数载流子(简称多子) ,自由电 子是少数载流子（简称少子）。
பைடு நூலகம்
这种空穴为多数载流子的杂质半导体称为P型半导体。
pi ni pn nn p p n p
杂质浓度对导电性能的影响 Si原子浓度：5 × 1022 cm−3
另一方面，随着扩散运动的进行，P区一边失去空穴留下负 离子，N区一边失去电子留下正离子， 形成空间电荷区，产生内 建电场。 电场方向由N区指向P区，有利于P区和N区的少子漂移 运动，而阻止多子扩散运动。
1. PN结的形成 PN结平衡
UΦ：势垒电压
UΦ= 0.6~0.8V 或 0.2~0.3V
空间电荷区/耗尽层
1.PN结的形成
P区的一些空 穴向N区扩散
交界处的浓度差
扩散
N区的一些电 子向P区扩散
扩散电流
P区留下带负 电的受主离子 内建电场 N区留下带正 电的施主离子 漂移电流
动态平衡
PN 结
2. PN结的特性 （1） 单向导电性 （2） 击穿特性
2. PN结的特性 (1)单向导电性
2. PN结的特性 (1)单向导电性 PN结加正向电压 PN外加正向电压时，内建 电场被削弱，势垒高度下 降， 空间电荷区宽度变窄， 这使得P区和N区能越过这 个势垒的多数载流子数量 大大增加，形成较大的扩 加偏压时 散电流。 的耗尽层
2. PN结的特性 (2)击穿特性 齐纳击穿(电场击穿) 当反向电压足够高，空间电荷区中的电场强度达到105V／cm以 上时，可把共价键中的电子拉出来，产生电子-空穴对，使载 流子突然增多，产生击穿现象，称为齐纳击穿。 掺入杂质浓度小的PN结中，雪崩击穿是主要的，击穿电压一般 在6V以上；在掺杂很重的PN结中，齐纳击穿是主要的，击穿电 压一般在6V以下。击穿电压在6V左右的PN结常兼有两种击穿现 象。
本征半导体的导电机理 自由电子 本征激发（热激发） 在热激发下，本征半导体中存 在两种能参与导电的载运电荷 的粒子(载流子)： 空穴
成对的电子和空穴
复 合——自由电子回到共 价键结构中的现象。此时电 子空穴成对消失。
价 电 子
4
本征半导体的导电机理
自由电子和空穴成对产生的同时，又不断复合。 在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡， 半导体中载流子便维持一定的数目。
1. N 型半导体
掺杂后，某些位置上的 硅原子被5价杂质原子（如磷 原子）取代。磷原子的5个价 电子中，4个价电子与邻近硅 原子的价电子形成共价键，剩 余价电子只要获取较小能量即 可成为自由电子。同时，提供电子的磷原子因带正电荷而成为正 离子。电子和正离子成对产生。上述过程称为施主杂质电离。5 价杂质原子又称施主杂质。
制作各种半导体器件，如二极管和三极管
等。
2.1.2 杂质半导体
杂质半导体—在本征半导体中掺入微量其它元素而得到
的半导体。
杂质半导体可分为：
N型(电子)半导体和P型(空穴)半导体两类。
1.N型半导体
在本征半导体中掺入微量五价元素物质（磷、砷等） 而得到的杂质半导体。
105 106
结构图
常温下杂质原子电离， 产生电子—正离子对
未加偏压时的耗尽层
UΦ–U
合成电场
UΦ
31
未加偏压时的耗尽层
PN结加正向电压 流过PN结的电流随外加电 压U的增加而迅速上升，PN 结呈现为小电阻。该状态 称：
PN结正向导通状态
加正向偏压 时的耗尽层
UΦ–U
合成电场
UΦ
32
2. PN结的特性 (1)单向导电性
未加偏压时的耗尽层
PN结加反向电压 PN外加反向电压时，内建 电场被增强，势垒高度升 高，空间电荷区宽度变宽。 这就使得多子扩散运动很 难进行，扩散电流趋于零， 而少子更容易产生漂移运 加反向偏压 动 。
UΦ+U
UΦ
时的耗尽层
合成电场
33
未加偏压时的耗尽层
PN结加反向电压
流过PN结的电流称为反 向饱和电流(即IS)，PN结 呈现为大电阻。该状态 称：
PN结反向截止状态 加反向偏压 时的耗尽层
UΦ
合成电场
UΦ+U
34
小结 PN结加正向电压时，正向扩散电流远大于漂移电流，PN结 导通；PN结加反向电压时，仅有很小的反向饱和电流IS， 考虑到IS0，则认为PN结截止。 PN结正向导通、反向截止的特性称PN结的单向导电特性。
扩散电流—载流子扩散运动所形成的电流称为扩散电流。