标题：模拟电路分析与设计基础
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第一章常用半导体器件
1.1　半导体基础知识
半导体（semiconductor），指常温下导电性能介于导体(conductor)与绝缘体(insulator)之间的材料。半导体在收音机、电视机以及测温上有着广泛的应用。 
1.1.1　导体、绝缘体和半导体
1.1.2　本征半导体共价键结构
1.1.3　本征半导体热激发
1.1.4　杂质半导体定义在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。制备杂质半导体时一般按百万分之一数量级的比例在本征半导体中掺杂。基本原理半导体中的杂质对电导率的影响非常大，本征半导体经过掺杂就形成杂质半导体，一般可分为N型半导体和P型半导体。
半导体中掺入微量杂质时，杂质原子附近的周期势场受到干扰并形成附加的束缚状态，在禁带中产生附加的杂质能级。能提供电子载流子的杂质称为施主(Donor)杂质，相应能级称为施主能级，位于禁带上方靠近导带底附近。例如四价元素锗或硅晶体中掺入五价元素磷、砷、锑等杂质原子时，杂质原子作为晶格的一分子，其五个价电子中有四个与周围的锗（或硅）原子形成共价键，多余的一个电子被束缚于杂质原子附近，产生类氢浅能级—施主能级。施主能级上的电子跃迁到导带所需能量比从价带激发到导带所需能量小得多，很易激发到导带成为电子载流子，因此对于掺入施主杂质的半导体，导电载流子主要是被激发到导带中的电子，属电子导电型，称为N型半导体。由于半导体中总是存在本征激发的电子空穴对，所以在n型半导体中电子是多数载流子，空穴是少数载流子。 
相应地，能提供空穴载流子的杂质称为受主(Acceptor)杂质，相应能级称为受主能级，位于禁带下方靠近价带顶附近。例如在锗或硅晶体中掺入微量三价元素硼、铝、镓等杂质原子时，杂质原子与周围四个锗（或硅）原子形成共价结合时尚缺少一个电子，因而存在一个空位，与此空位相应的能量状态就是受主能级。由于受主能级靠近价带顶，价带中的电子很容易激发到受主能级上填补这个空位，使受主杂质原子成为负电中心。同时价带中由于电离出一个电子而留下一个空位，形成自由的空穴载流子，这一过程所需电离能比本征半导体情形下产生电子空穴对要小得多。因此这时空穴是多数载流子，杂质半导体主要靠空穴导电，即空穴导电型，称为p型半导体。在P型半导体中空穴是多数载流子，电子是少数载流子。在半导体器件的各种效应中，少数载流子常扮演重要角色。
1.1.5　P型和N型半导体导电结构模型的表示方法
1.1.6　半导体中的电流
1.2　PN结
1.2.1　PN结的形成
P型半导体与N型半导体相互接触时，其交界区域称为PN结。P区中的自由空穴和N区中的自由电子要向对方区域扩散，造成正负电荷在PN 结两侧的积累，形成电偶极层(图4 )。电偶极层中的电场方向正好阻止扩散的进行。当由于载流子数密度不等引起的扩散作用与电偶层中电场的作用达到平衡时，P区和N区之间形成一定的电势差，称为接触电势差。由于P 区中的空穴向N区扩散后与N区中的电子复合，而N区中的电子向P区扩散后与P 区中的空穴复合，这使电偶极层中自由载流子数减少而形成高阻层，故电偶极层也叫阻挡层，阻挡层的电阻值往往是组成PN结的半导体的原有阻值的几十倍乃至几百倍。
PN结具有单向导电性，半导体整流管就是利用PN结的这一特性制成的。PN结的另一重要性质是受到光照后能产生电动势，称光生伏打效应，可利用来制造光电池。半导体三极管、可控硅、PN结光敏器件和发光二极管等半导体器件均利用了PN结的特性。
1.2.2　PN结的单向导电性
P端接电源的正极，N端接电源的负极称之为PN结正偏。此时PN结如同一个开关合上，呈现很小的电阻，称之为导通状态。
P端接电源的负极，N端接电源的正极称之为PN结反偏，此时PN结处于截止状态，如同开关打开。结电阻很大，当反向电压加大到一定程度，PN结会发生击穿而损坏。
1.3　半导体二极管
1.3.1　半导体二极管常见的几种结构
1.3.2　二极管伏安特性
1.3.3　二极管的主要参数
1.3.4　半导体二极管的等效模型
1.3.5　稳压二极管
稳压二极管（又叫齐纳二极管）,此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件。
稳压二极管，英文名称Zener diode，又叫齐纳二极管 。此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件.在这临界击穿点上，反向电阻降低到一个很小的数值，在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定，稳压二极管是根据击穿电压来分档的，因为这种特性，稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用.其伏安特性见图1，稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用，通过串联就可获得更多的稳定电压。
1.3.6　其他二极管简介
1.4　晶体管
1.4.1　晶体管的结构及分类
晶体管（transistor）是一种固体半导体器件，可以用于检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制和许多其它功能。晶体管作为一种可变开关，基于输入的电压，控制流出的电流，因此晶体管可做为电流的开关，和一般机械开关（如Relay、switch）不同处在于晶体管是利用电讯号来控制，而且开关速度可以非常之快，在实验室中的切换速度可达100GHz以上。按半导体材料和极性分类按晶体管使用的半导体材料可分为硅材料晶体管和锗材料晶体管。按晶体管的极性可分为锗NPN型晶体管、锗PNP晶体管、硅NPN型晶体管和硅PNP型晶体管。按结构及制造工艺分类晶体管按其结构及制造工艺可分为扩散型晶体管、合金型晶体管和平面型晶体管。按电流容量分类晶体管按电流容量可分为小功率晶体管、中功率晶体管和大功率晶体管。按工作频率分类晶体管按工作频率可分为低频晶体管、高频晶体管和超高频晶体管等。按封装结构分类晶体管按封装结构可分为金属封装（简称金封）晶体管、塑料封装（简称塑封）晶体管、玻璃壳封装（简称玻封）晶体管、表面封装（片状）晶体管和陶瓷封装晶体管等。其封装外形多种多样。按功能和用途分类晶体管按功能和用途可分为低噪声放大晶体管、中高频放大晶体管、低频放大晶体管、开关晶体管、达林顿晶体管、高反压晶体管、带阻晶体管、带阻尼晶体管、微波晶体管、光敏晶体管和磁敏晶体管等多种类型。
1.4.2　晶体管内部载流子的传输过程
1.4.3　晶体管电压放大作用简述
1.4.4　晶体管共射特性的曲线
1.4.5　晶体管的主要参数
1.5　场效应管
场效应管（Field Effect Transistor缩写(FET)）简称场效应管。由多数载流子参与导电，也称为单极型晶体管。它属于电压控制型半导体器件。具有输入电阻高（10^8～10^9Ω）、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点，现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。
1.5.1　结型场效应管
n沟道结型场效应管由一个被一个p型掺杂（阻碍层）环绕的n性掺杂组成。在n型掺杂上连有漏极（来自英语Drain，因此也称D极）和源极（来自英语Source，因此也称S极）。从源极到漏极的这段半导体被称为n沟道。p区连有栅极（来自英语Gate，因此也成为G极）。这个极被用来控制结型场效应管，它与n沟道组成一个pn二极管，因此结型场效应管与金属-氧化物-半导体场效应管类似，只不过在金属-氧化物-半导体场效应管中不是使用pn结，而是使用肖特基结（金属与半导体之间的结），在原理上结型场效应管与金属-氧化物-半导体场效应管是完全一样的。
1.5.2　绝缘栅场效应管
绝缘栅场效应管的种类较多，有PMOS、NMOS和VMOS功率管等，但目前应用最多的是MOS管。MOS绝缘栅场效应管也即金属一氧化物一半导体场效应管，通常用MOS表示，简称作MOS管。它具有比结型场效应管更高的输入阻抗（可达1012Ω以上），并且制造工艺比较简单，使用灵活方便，非常有利于高度集成化
1.5.3　场效应管与晶体管的类比
本章总结
自我检测题
习题
第2章　常用基本放大电路
运放是运算放大器的简称。在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。由于早期应用于模拟计算机中，用以实现数学运算，故得名“运算放大器”，此名称一直延续至今。运放是一个从功能的角度命名的电路单元，可以由分立的器件实现，也可以实现在半导体芯片当中。随着半导体技术的发展，如今绝大部分的运放是以单片的形式存在。现今运放的种类繁多，广泛应用于几乎所有的行业当中。
2.1　放大电路的组成及基本性能指标
2.1.1　放大概念
2.1.2　阻容耦合共发射极放大电路的组成
2.1.3　放大器的主要性能指标
2.2　三种基本组态放大电路及其派生电路
2.2.1　基本共射放大电路
2.2.2　共集电极放大电路
2.2.3　共基极大电路
2.2.4　三种基本放大电路性能比较
2.3　多级放大电路
2.3.1　放大电路的级间耦合方式
2.3.2　多级放大电路
2.3.3　晶体管组合电路
2.4　场效应管基本放大电路
2.4.1　共源极放大电路
2.4.2　共漏极放大电路
2.5　放大电路的频率特征
2.5.1　频率特性一般概念
2.5.2　RC高通电路与RC低通电路
2.5.3　晶体管高频等效电路
2.5.4　场效应管高频等效电路
2.5.5　放大电路的频率特性
2.5.6　多级放大电路的频率特性
2.6　基本放大电路的设计
2.6.1　基本放大电路设计的一般原则
2.6.2　晶体管基本放大电路设计
本章小结
自我检测题
习题
第3章集成运算放大电路
第4章功率放大电路
第5章放大电路中的反馈
第6章信号的运算和处理
第7章波形发生电路
第8章直流稳压电源
部分自我检测题和习题答案
参考文献
作者简介
刘祖刚，硕士生导师，湖北省高等学校精品课程（模拟电路）负责人、湖北大学精品课程（模拟电路）负责人、电子信息工程专业责任教授。 从事电子信息工程技术方面本科和研究生教学及科研工作。主持湖北省教育厅项目《理工科电子技术教学改革与学生能力培养》获“湖北省普通高等学校优秀教学成果二等奖”。主持的湖北省教育厅《理工科大学生创造思维训练与综合能力培养》项目、通过省教育厅专家鉴定获高度评价。现主持湖北省教育厅重点科研项目《高精度压电陶瓷力敏传感器研究》。曾十几次获湖北省及湖北大学优秀教学成果奖、教书育人奖、优秀教师奖。发表学术论文40余篇、出版著作一部。