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在讲之前先允许我浅谈一下电子技术相关概念与模拟电子系统的绪论。为大家提供一个关于该专业课程的大致总体研究方向。
绪论
一、电子技术相关概念
1.电信号
电信号是指随着时间变化的电压u或电流i，记作u=f(t)或i=f(t)。电信号是应用最广的信号，电子技术处理的对象就是载有信息的电信号。
2.模拟信号和数字信号
模拟信号是指在给定范围内表现为在时间和幅值上均是连续的信号，如下图（a）。
数字信号是指在时间和幅值上都是离散的信号，如下图（b）。
模拟信号和数字信号之间是可以相互转换的，具体如下图（c）。
二、模拟电子系统
通常指的是由若干个相互连接、相互作用的基本电路组成，具有某种特定功能的电路整体。典型的模拟电子系统包含传感器、模拟电路、信号的执行三个部分。其中：
1.传感器主要把非电信号（如温度、压力等）转换为连续变化的电信号，以便于在模拟电路中进行放大和处理。
2.模拟电路主要作用是实现电信号的放大与输出，去推动执行部件工作。
3.信号的执行完成系统所需要的功能，把模拟电路传送出来的电能转换成其他形式的能量。
半导体二极管及其基本电路
一、半导体基础知识
1.半导体的特性
导电能力介于导体和绝缘体之间。常用硅、锗、砷化镓等作材料。
2.本征半导体
(1)本征半导体是指完全纯净的、不含杂质的半导体，其导电能力很弱。
(2)本征激发现象：当温度升高或在光照作用下，本征半导体中的少数价电子会脱离共价键的束缚成为自由电子。
(3)本征半导体有两种载流子，如下图所示：
电子和空穴总是成对产生的，称为电子-空穴对。由于两种载流子电荷量相等，极性相反，所以本征半导体呈现电中性。温度对本征半导体导电性能有很大影响。
3.杂质半导体
(1) 杂质半导体是在本征半导体中掺入少量某种特定的杂质，可分为N型半导体和P型半导体。
(2)N型半导体：在本征半导体硅或锗晶体中掺入少量的5价元素。如下图所示，此时杂质原子为正离子，可以提供电子，称为施主原子。
(3)P型半导体：在本征半导体中掺入少量的3价元素。如下图所示。此时杂质原子为负离子，可以接受电子，称为受主原子。
(4)杂质半导体中多数载流子的浓度主要取决于掺入的杂质原子，多子浓度越高，导电能力越强；少数载流子的浓度主要由温度决定。总体上看，杂质半导体呈电中性。
4.PN结及其单向导电性
(1)P 型、N 型半导体的简化图示如下：
(2)PN结的形成（PN结是构成各种半导体器件的基础）
①载流子的浓度差引起多子的扩散
②P型区与N型区的多子复合使交界面形成空间电荷区（因该区内缺少可以自由移动的载流子，所以又称为耗尽层）。如下图所示，内电场对两边多子的扩散运动起阻碍作用（故空间电荷区又称阻挡层），而有利于少子的漂移运动。
③扩散运动使空间电荷区变宽，内电场增大；漂移运动使空间电荷区变窄，内电场减小。当扩散电流等于漂移电流时，PN结中的总电流为0，空间电荷区便处于动态平衡状态，其宽度一定，形成稳定的PN结。
Tips：耗尽层内的正负离子之间产生一个电位差，称为电位壁垒，它的大小与材料有关，半导体材料的导通电压即为使其消失的最小值（通常硅是0.7V，锗是0.2V）。
(3)PN结的单向导电性
①电源正极接P型区，负极接N型区，称PN结外加正向电压或正向偏置（正偏）。
如下图所示，此时空间电荷区变窄，扩散运动加剧。PN结处于导通状态，其正向电压降很小，只有零点几伏，呈现较小的正向电阻，正向电流较大。
②电源正极接N型区，负极接P型区，称PN结外加反向电压或反向偏置（反偏）。
如下图所示，此时空间电荷区变宽，内电场增强，利于少子的漂移运动。PN结处于截止状态，呈现很大的反向电阻，反向电流极小。
二、半导体二极管
1.二极管的结构与分类
(1)按材料分类有硅、锗二极管等。
(2)按结构工艺可分为以下三种：
①点接触型：结电容小，适用于高频检波和小功率的整流电路。
②面接触型：结电容较大，只能在较低的功率下工作，用于低频和整流电路中。
③平面型：是一种特制的硅二极管，性能稳定可靠，质量好。PN结面积大的作为大功率整流管，结面积小的多用于开关和高频电路中。
2.二极管的伏安特性
(1)正向特性：即如下图坐标轴的右半部分所示。当二极管正向电压超过一定数值后，二极管电阻变得很小，正向电流迅速增大，这个数值称为死区（或阈值）电压，它与管子的材料和温度等因素有关。硅二极管的是死区电压约为0.5V，锗二极管的约为0.1V。
(2)反向特性：即如上图坐标轴的左半部分所示。给二极管两端加反向电压时，有极小的反向电流，这个电流在一定范围内不随于反向电压改变而改变，称反向饱和电流。继续增大反向电压当反向电压达到一定值时，反向电流会急剧增大，二极管被击穿，这个值的电压称为反向击穿电压。（发生击穿并不意味着二极管就损坏了）
(3)二极管的伏安特性表达式如下：
式中
是反向饱和电流；
是温度的电压常量，在常温下，T=300K时，≈26mV。
3.二极管的主要参数
(1)最大整流电流
：二极管长期工作时，允许通过的最大正向平均电流。因载流子有限而存在。
(2)最高反向工作电压
：由保证二极管不被击穿而得出的。通常数值为反向击穿电压
的一半。
(3)反向电流
：受温度影响很大。值越大，说明管子的单向导电性能越差。
4.二极管的等效电路
二极管是非线性器件。它的等效模型主要有伏安特性折线化等效模型和微变等效模型两种。以下是3种伏安特性折线化等效电路（图中虚线为实际伏安特性，实线为折线化伏安特性，曲线下对应的是等效电路）
图(a)理想二极管：折线表示二极管截止时反向电流为0，导通时正向压降为0。
图(b)恒压降模型：折线表示二极管截止时反向电流为0，导通时正向有一个固定值的压降，对于硅管，导通电压≈0.7V，对于锗管≈0.2V。（温度越高，导通电压越小）
图(c)是二极管正向电压>导通电压后电流与电压的线性关系。（其中
）
5.二极管的应用：
常用于整流、限幅和检波电路（后续会细讲）
6.特殊二极管
(1)稳压二极管（稳压管）：利用PN结反向击穿特性实现稳压。
(2)发光二极管（LED）：光的颜色由具体的半导体材料决定。LED只有当外加正向电压使正向电流足够大时才发光，其正向导通电压比普通二极管要大。其工作电流控制在5⁓10mA。
(3)光电（光敏）二极管：在反向电压作用下，有光照时反向电流迅速增大形成光电流，即它能将光信号转变为电信号。
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