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1、光电技术术学院毕业生文文献翻译译电子技术术基础学生姓名名：邓富明专业：电子科学学与技术术班 级：电科光电电子2000722导师姓名名(职称称)：石朝阳（高级实实验师）文献提交交日期：20111年033月011日电子技术术基础一、引言言：这本书的的目的是是让读者者更好的的理解数数字、模模拟电路路的基本本原则。它它强调完完整电路路的应用用与设计计；然而而，当电电路设计计是为了了进行了了总体设设计以及及特定系系统的电电路其中中的一员员的时候候最有效效。因此此，第一一章将呈呈现电子子系统概概述，一一般的讨讨论中步步骤在他他们的设设计中，基本概念与数字系统以及电子功率放大器是相关的。电子电路路设计是是有
2、趣的的。你能能够获得得一份好好的生活活以及让让许多人人认为电电子像魔魔法。在在这本书书里，作作为一名名电子系系统的设设计师，学学习材料料是迈向向有意义义的职业业的重要要一步。二、电子子系统:一些电子子系统在在日常生生活中是是很熟悉悉的。例例如，每每天我们们能遇到到收音机机、电视视机、电电话以及及电脑。其其他的电电子系统统呈现在在我们的的日常生生活中，但但并不那那么明显显。电子子系统控控制混合合气和点点火时间间,最大限限度地表表现和减减少不受受欢迎的的汽车发发动机的的排放量量。在气气象卫星星中，它它给我们们提供关关于我们们星球的的持续而而详尽的的图片资资料。还有其他他不熟悉悉的系统统。例如如，一
3、种种被称为为全球定定位系统统的卫星星系统已已经被美美国研制制成功，它它能够为为美国提提供在世世界上任任何地方方的船只只和飞机机的三维维位置信信息，精精度可达达几万米米。这能能实现是是因为由由许多卫卫星发射射的信号号能被运运载工具具接受。通通过比较较到达的的时间以以及利用用特定的的信息信信能接收收到与轨轨道卫星星有关的的信号，车车辆的位位置被确确定。此此外，接接收到的的信号可可加工设设定一个个精确性性1000ns的的本地时时钟。他的电子子系统包包括空中中交通管管制系统统、各种种雷达、简简易录音音设备和和播放器器、双向向无线电电为警察察和船用用通信、卫卫星电视视和来自自地球同同步轨道道上的其其他信
4、号号、电子子仪器、生生产控制制系统、应应用于重重病护理理房病人人的电脑脑监控器器以及导导航系统统。2.1、电电子系统统框图电子系统统是有子子系统或或功能块块组成。这这些功能能块可以以分为几几类,如：功功率放大大器、过过滤器、信信号源、整整形电路路、数字字逻辑功功能、数数位记忆忆、电源源以及转转换器。简简而言之之,我们可可以说, 放大大器能提提高弱信信号功率率电平过过滤器从从不理想想的信号号和噪声声中分离离出理想想信号，信信号源产产生波形形例如正正弦曲线线或广场场波，整整形电路路把一种种波形转转换成另另一种波波形（例例如：把把正弦波波变成广广场波），数数字逻辑辑功能过过程数字字信号，数数字形式式
5、的记忆忆储存信信息，电电源给其其他功能能块提供供必要的的直流电电源，以以及转换器将将模拟信信号转换换成数子子信号，反反之亦然然。在本本章后面面，我们们会仔细细考虑放放大器的的外部特特性。射频滤波器射频放大器混频器中频滤波中频放大峰值检测器音频放大器数字控制频率合成器本地振荡器键盘显示数码记忆天线扬声器天线射频滤波器射频放大器混频器中频滤波中频放大峰值检测器音频放大器数字控制频率合成器本地振荡器键盘数码记忆显示扬声器这本书的的主要目目的是让让你一开开始就从从外部模模块中获获得基本本技能，例例如：放放大器以以及实际际的电路路设计符符合预期期的根据据。为复复杂的电电子系统统选择适适当的框框图是包包含
6、在其其他课程程中，例例如：控控制系统统、计算算机结构构、数字字信号处处理或通通信系统统。2.2、信信息处理理与电力力电子许多电子子系统落落入一个个或多个个上述的的类别：数字信信号处理理系统、通通信系统统、医疗疗电子、仪仪表、控控制系统统、以及及计算机机系统。这这些类别别的统一一的方面面是,他们都都涉及携携带信号号的采集集与处理理过程。因因此，许许多电子子系统主主要关心心的是信信号的提提取液、储储存、运运输和信信息的处处理过程程。经常，系系统也需需要提供供实质性性的能量量输出设设备。当当然，在在音频系系统，电电源必须须输送给给喇叭产产生理想想的音量量。在一一种通信信卫星的的自动定定位的控控制系统
7、统中，从从许多不不同源提提取的信信息是用用来控制制小卫星星所提供供的火箭箭发动机机处在正正常位置置和方向向。一个个心脏起起搏器的的提取的的电子信信号信息息来决定定何时应应用一次次电流脉脉冲刺激激,一分钟钟的电流流脉冲,以保证证泵的正正常行动动。虽然然起搏器器的输出出功率是是很小的的，为了了确保电电池的使使用寿命命长考虑虑它的电电路的效效率是非非常重要要的。一些电子子系统主主要涉及及电力信信号而不不是信息息。例如如：我们们可能会会想要一一个电脑脑系统提提供交流流电（转转换由电电池提供供的直流流电），即即使当交交流线路路电力失失败了。2.3、模模拟与数数字系统统携带信息息可以是是模拟或或数字，模模
8、拟信号号作为一一种连续续范围的的振幅值值。输入入了电子子传感器器统的最最初的信信号通常常是模拟拟形式。（传传感器是是一种装装置,它能转转换能量量,或从,电性形形态。）以以模拟信信号为例例，声音音转换为为电子信信号由话话筒,电视信信号,地震振振动,温度传传感器的的输出在在汽轮机机,等等。其其他的信信号，如如电脑键键盘的输输出,产于数数字形式式。三、运算算放大器器:在第一章章，我们们讨论了了一般放放大器的的外部特特征。在在这一章章中，我我们介绍绍了一个个重要的的电子积积木的运运算放大大器而闻闻名。目前，这这个词运运算放大大器，或或不那么么正式，运运算放大大器，是是指集成成电路中中的一般般用途的的应
9、用广广泛就业业。然而而，这种种类型的的放大器器在模拟拟计算机机电路，在在其被用用来执行行作为整整合或营营运，而而且这种种信号，由由此得名名运算放放大器。我们将会会看到，运运算放大大器是最最有用的的输出信信号的一一部分返返回到通通过反馈馈网络的的输入。然然后，在在信号流流从输入入闭环通通过运算算放大器器的输出出，并通通过网络络反馈回回输入到到那时，我我们说，该该电路是是在闭环环条件下下运行。当当反馈不不存在，我我们说，这这些电路路的特性性，可依依赖的电电路结构构和电阻阻值，但但只有微微弱的运运算放大大器-它可可以在一一些大单单位对单单位的变变化它的的参数。3.1、理想运运算放大大器对于运算算放大
10、器器的电路路符号如如图2.1.TThe运运算放大大器是一一种具有有差分放放大器反反相和同同相输入入端。输输入信号号被表示示为和。（像像往常一一样，我我们用小小写字母母来表示示一般时时变电压压。通常常情况下下，我们们将省略略时间依依赖性和和参考电电压仅仅仅作为,，等等等。）回想一下下，输入入电压的的平均被被称为共共模信号号，鉴于于：此外，与与输入电电压之差差，称为为差分信信号，是由一一个理想想的运算算放大器器具有以以下特点点：l 无限的输输入阻抗抗。l 无限开环环增益的的差分信信号。l 零增益的的共模信信号。l 零输出阻阻抗。l 无限带宽宽。一个理想想的运算算放大器器的等效效电路只只是一个个受控
11、源源组成，开开环增益益非常大大的最好好是无限限的。现现在，我我们假设设开环增增益为常常数随频频率和输输出电压压波形有有相同的的差分输输入（稍稍后，我我们将看看到这是是一个真真正的运运算放大大器频率率的函数数）。3.2、总结点点约束运算放大大器几乎乎都是使使用负反反馈，其其中运算算放大器器的输出出信号的的一部分分，反对对返回到到源信号号输入。（也可可以制作作正极性性的反馈馈电路，其其中返回回到输入入信号的的原始源源信号。然然而，正正如我们们看到的的，负反反馈放大大电路在在放大电电路更有有用。）在以后的章节中我们将详细讨论负反馈。在这一章中，一个运算放大器电路的充分分析是通过假定理想运算放大器和被
12、认为是总结性的概念。对于一个个理想的的运算放放大器，我我们假设设开环增增益接近近无限，那那么即使使一个很很小的差差分输入入一个非非常大的的输出电电压的电电压。在在负反馈馈电路，网网络返回回到无限限的增益益输出部部分，则则该驱动动差分输输入电压压为零准准确。由由于运算算放大器器的差分分输入电电压为零零时，输输入电流流也为零零。我们们指的是是，差分分输入电电压和输输入电流流被迫零零的总结结点约束束的事实实。理想运算算放大器器电路的的分析工工作由以以下步骤骤：l 确认存在在负反馈馈。通常常，这需需要在连连接到输输出端和和反相输输入端的的电阻网网络形式式。l 假设差分分输入电电压和输输入电流流的运算算
13、放大器器被迫为为零。（这这是总结结点约束束。）l 应用标准准电路分分析原理理，如基基尔霍夫夫定律和和欧姆定定律，以以解决利利益的数数量。我我们说明明这分析析中的一一些常用用电路接接下来的的几节类类型。四、二极极管和二二极管电电路:在本章和和接下来来的两章章，我们们介绍了了最重要要的电子子装置，其其基本电电路的应应用，许许多有用用的分析析技术。在在这一章章中，我我们讨论论了二极极管。首首先，我我们研究究二极管管及其应应用电路路的外部部特征。然然后，在在最后三三节章，我我们讨论论了半导导体二极极管的内内部运作作。4.1、二极管管特性二极管是是一个非非常重要要的电子子设备，有有两个码码头：阳阳极和阴
14、阴极。请请注意，在在这些特点中，如如果二极极管两端端的电压压为正，相相对小电电压电流流大量资资金。这这种情况况被称为为正向偏偏置。因因此，电电流容易易通过在在电路的的符号箭箭头方向向二极管管。另一方面面，为中中度负值值，电流流非常小小。这就就是所谓谓的反向向偏置区区域，如如在二极极管的特特性所示示。如果果一个足足够大的的反向偏偏置电压压施加到到二极管管，其运运行的特特征进入入反向击击穿区域域，电流流的流动动幅度大大。但在在此二极极管消耗耗的功率率所产生生的温度度不是太太高，反反向击穿穿操作不不破坏设设备。事事实上，我我们可以以经常看到到，往往往故意将将二极管管工作在反反向击穿穿区域。4.2、小
15、信号号二极管管各种材料料和结构构，用于于制作二二极管。现现在，我我们只限限于我们们讨论的的小信号号硅二极极管常见见于低功功率和中中等功率率电子电电路。一一个来自自几个厂厂家的分分立二极极管是11N4118。集集成电路路二极管管具有类类似特性性，小信信号分立立二极管管。一个典型型的小信信号硅在在一个3300KK的温度度二极管管的特性性曲线运运行图33.2所所示。请请注意，对对于正向向偏置区区域的电电压和电电流鳞比比反向偏偏置区域域的不同同。这有有助于清清晰地显显示特色色的细节节，因为为在反向向偏置区区域比在在正向偏偏置区域域中，电电流幅度度更小，而而电压幅幅度更大。在正向偏偏置区域域，小信信号硅
16、二二极管需需要的电电流非常常小（远远小于11 mAA），一一个正向向电压为为0.66V至00.7VV（假设设二极管管在温度度约300万）。然然后，电电流非常常迅速伴伴随电压压进一步步增加。我我们说，正正向特性性显示在在正向偏偏置特性性约0.6V。随随着温度度的增加加，电压压降低约约2毫伏伏/ KK。在反向偏偏置区域域，在室室温下小小信号硅硅二极管管，典型型的电流流约为11 nAA。随着着温度的的升高，反反向电流流的幅度度增加。一一条经验验法则是是：温度每增加110K反反向电流流就增加加两倍。当到达反反向击穿穿的时候候，电流的的幅度迅迅速增加加。该电电压就被称为为击穿电电压。例例如，在在图4.2
17、所示示的二极极管击穿穿电压大大约为- 1000V。击击穿电压压范围从从几伏到到几百伏伏。有些些应用要要求，二二极管工工作在正正向偏置置和不导导电的反反向偏置置，而不不是工作作在击穿穿电压区域域。这些些应用的的目的是是有一个个二极管管的击穿穿电压最最低程度度规范。4.3、理想二二极管模模型当二极管管电路的的负载线线分析提供供了洞察察力和准准确的结结果的时时候，我我们需要要以简单单的模式式，快速速分析电电路包含含多个二二极管。一一个非常常有用的的模型是是一个理理想的二二极管模模型，它它是一个个零正向向压降的的完美导导体。在在相反的的方向，是是一个理理想的二二极管开开路。我我们用二二极管的的理想模模
18、型，如如果我们们的判断断告诉我我们，正正向二极极管压降降和反向向电流可可以忽略略不计，或或者如果果我们希希望有一一个基本本的了解解，而不不是一个个确切的的分析电电路，理想二二极管的的伏安特特性如图图4.44。如果果呈阳性性，则是是零，那那我们就认认为，二二极管处处于开放放状态。另另一方面面，如果果是负数数，则是是零，那那我们就认认为，二二极管处处于关闭闭状态。二极管关闭二极管开放图 4.4当分析含含有理想想二极管管的电路路，我们们可能不不知道该该二极管管是事先先哪些开开放，哪哪些是关关闭。因因此，我我们被迫迫作出猜猜测。然然后，我我们分析析了电路路中找到到假定要要在二极极管之间间的电流流和电压
19、压处于关关闭状态。如如果是正正面的二二极管假假设上，且是负的二极管假定处于关机状态，那么我们的假设是正确的，我们已经解决了电路。（我们假定被引用为正极前进方向和被引用截至正极。）否则，我们必须再次对二极管的假设，然后再试一次。稍加练习之后，你的第一个猜测通常是正确的，至少简单的电路。五、场效效应晶体体管:场效应晶晶体管（FFET）是是，像电电晶体，放放大器和和逻辑为为交换机机中使用用的重要要设备。我我们将讨讨论几种种类型的的场效应应晶体管管。最重重要的类类型是增增强型金金属氧化化物半导导体场效效应晶体体管（MMOSFFET），这这是主要要的基础础设备，已已在数码码电子发发生在过过去几十十年的迅
20、迅速发展。其其他类型型的两个个场效应应管是耗耗尽型MMOSFFET和和结场效效应晶体体管（JJFETT的）。与电晶体体相比，MMOSFFET可可以占用用较少的的芯片面面积，可可以用更更少的处处理步骤骤制作。如如记忆复复杂的数数字电路路和微处处理器通通常只用用MOSSFETT实现。另另一方面面，电晶晶体是生生产产量量大，可可用于快快速电容容负载，如如电路板板的痕迹迹，这数数字芯片片互连交交换所需需电流。每每个类型型的设备备有一些些应用中中，它的的性能比比别的好。制作两种种类型都都相同的的芯片和和MOSSFETT电晶体体比独立立制作其其中一种种需要更更多的步步骤。随随着步数数的增加加，每个个晶圆（
21、产产量）的的良好的的芯片数数量下降降，使得芯片更更加昂贵贵。直到到最近，这这笔费用用无法使使用一个个给定的的芯片设设备有许许多不同同类型的的设计师师。但是是，现在在把BJJT和MMOSFFET都都制作在在一个单单一的芯芯片上还还不是那那么贵。该该技术被被称为BBiCMMOS和和可用于于制造更更高性能能的电路路。5.1、NMOOS晶体体管概述一个N沟沟道增强强型MOOSFEET物理理结构（也也称为一一个NMMOS晶晶体管）如如图5.1。该该设备终终端是漏漏极（D），栅栅极（GG）的源源极（S）和和基极（B）。（另一一种常用用的术语语是基极极衬底。）正正常运行行，通过过基极末端端电流可可以忽略略不
22、计。在在我们的的NMOOS的讨讨论中，我我们常常常认为基基极是连连接到源源极，使我我们有一一个三端端器件。闸闸阀是由由一个绝绝缘的二二氧化硅硅薄层，并并通过栅栅极电流流可以忽忽略不计计基板。当当一个足足够大的的（正）电电压适用用于门相相对于源源极，电子子被吸引引到下闸闸区和一一个n型型材料的的漏极和源源极之间引引起的。然然后，如如果电压压应用到到漏之间间的漏极极和源极极，电流流流过，并并指出源源极和漏漏极。漏漏极电流控控制应用用到门电电压。通道长度度L和宽宽度W如如图5.1所示示。长度度的范围围是从00.2到到10，宽宽度范围围从0.5到5500。（回回想一下下。）二二氧化硅硅层的厚厚度为00
23、.055至o.1。在在MOSS技术发发展的早早期，闸闸阀是铝铝合金制制成。然然而，在在最现代代的设备备，闸阀阀有一种种特殊类类型的多多晶硅硅硅称为层层。设备特性性取决于于L, W,，工工艺参数数，如掺掺杂水平平和所使使用的氧氧化层厚厚度。通通常，工工艺参数数是预定定的，但但电路设设计人员员可以调调整L和和W到获获得最佳佳适合给给定应用用的设备备。5.2、偏置电电路放大器的的电路分分析通常常采取两两个步骤骤。首先先，我们们分析了了直流电电路，确确定Q点点。在这这项分析析中，非非线性器器件的特特性曲线线方程或或使用。然然后，在在偏差分分析完成成后，我我们用线线性小信信号等效效电路找找到输入入电阻，
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