半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)

1、電子技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)7.1 半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)GS0101 由理論分析可知，二極管的伏安特性可近似用下面的數(shù)學(xué)表達(dá)式來表示： 式中，iD為流過二極管的電流，uD。為加在二極管兩端的電壓，VT稱為溫度的電壓當(dāng)量，與熱力學(xué)溫度成正比，表示為VT = kT/q其中T為熱力學(xué)溫度，單位是K；q是電子的電荷量，q=1.60210-19C；k為玻耳茲曼常數(shù)，k = 1.38110-23 JK。室溫下，可求得VT = 26mV。IR(sat)是二極管的反向飽和電流。GS0102 直流等效電阻RD直流電阻定義為加在二極管兩端的直流電壓UD與流過二極管的直流電流ID之比，即 RD的大小與二極管的工作點(diǎn)有關(guān)。通常用萬用

2、表測(cè)出來的二極管電阻即直流電阻。不過應(yīng)注意的是，使用不同的歐姆檔測(cè)出來的直流等效電阻不同。其原因是二極管工作點(diǎn)的位置不同。一般二極管的正向直流電阻在幾十歐姆到幾千歐姆之間，反向直流電阻在幾十千歐姆到幾百千歐姆之間。正反向直流電阻差距越大，二極管的單向?qū)щ娦阅茉胶?。GS0103 交流等效電阻rd rd亦隨工作點(diǎn)而變化，是非線性電阻。通常，二極管的交流正向電阻在幾幾十歐姆之間。 需要指出的是，由于制造工藝的限制，即使是同類型號(hào)的二極管，其參數(shù)的分散性很大。通常半導(dǎo)體手冊(cè)上給出的參數(shù)都是在一定測(cè)試條件下測(cè)出的，使用時(shí)應(yīng)注意條件。GS0104 IZminIzIZmax 其中穩(wěn)定電流IZ是指穩(wěn)壓管正常工

3、作時(shí)的參考電流。IZ 通常在最小穩(wěn)定電流IZmin與最大穩(wěn)定電流IZmax之間。其中IZmin 是指穩(wěn)壓管開始起穩(wěn)壓作用時(shí)的最小電流，電流低于此值時(shí)，穩(wěn)壓效果差；IZmax是指穩(wěn)壓管穩(wěn)定工作時(shí)的最大允許電流，超過此電流時(shí)，只要超過額定功耗，穩(wěn)壓管將發(fā)生永久性擊穿。故一般要求IZminIzIZmax 。IC = INC + ICBO INC IB = IPB + IPE - ICBO IPB - ICBO IEINEIPE INEINE INC IPBIE IC IB (C表示常數(shù)) (C表示常數(shù)) PCM ICUCE ，IDSS是UGS0時(shí)的漏極飽和電流，VP稱為夾斷電壓。2 基本放大電路 靜

4、態(tài)工作點(diǎn)求解公式。 ()為了避免瞬時(shí)工作點(diǎn)進(jìn)入截止區(qū)而引起截止失真，則應(yīng)使：為了避免瞬時(shí)工作點(diǎn)進(jìn)入飽和區(qū)而引起飽和失真，則應(yīng)使： 式中 表示晶體管基區(qū)的體電阻，對(duì)于一般的小功率管約為300左右(計(jì)算時(shí)，若未給出，可取為300)，IE為通過管于發(fā)射極的靜態(tài)電流，單位是mA。在IE 5mA范圍內(nèi)，式GS0220計(jì)算結(jié)果與實(shí)際測(cè)量值基本一致。分壓式直流電流負(fù)反饋放大電路，分壓點(diǎn)電壓UB計(jì)算公式。 偏置電路元件參數(shù)的計(jì)算。 估算結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管自給偏壓電路的靜態(tài)工作點(diǎn)計(jì)算公式，(結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性。式中IDSS為飽和漏電流，VP為夾斷電壓。聯(lián)立求解GS0231GS0233各式，便可求得靜態(tài)工作點(diǎn)Q(I

5、D，UGS，UDS)。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管分壓式偏置電路，柵源回路直流負(fù)載線方程。式中Au1、Au2 、Aun 為各級(jí)的電壓放大倍數(shù)。 多級(jí)放大電路電壓放大倍數(shù)的分貝值等于各級(jí)之和。放大電路的頻率特性或頻率響應(yīng)。其中Au()稱為幅頻特性，反映大小與頻率的關(guān)系。()為相頻特性，反映輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的相位差與頻率之間的關(guān)系。中頻段單級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)。 AuL、AuH和Auo 分別是低、高和中頻段的電壓放大倍數(shù)。式中：B放大電路的通頻帶，下限頻率fL和上限頻率fH。 fH、fL是多級(jí)放大電路上、下限頻率，fH1、fL1是單級(jí)上、下限頻率7.3 負(fù)反饋放大電路 基本放大電路的放大倍數(shù)基本放大電路的傳

6、輸系數(shù)，也稱為反饋系數(shù)。反饋放大電路的閉環(huán)放大倍數(shù)當(dāng)工作信號(hào)在中頻范圍，且反饋網(wǎng)絡(luò)具有純電阻性質(zhì)、均可用實(shí)數(shù)表示。 當(dāng) |1FA| 1時(shí) 電壓串聯(lián)負(fù)反饋，Auf、Fu稱為閉環(huán)電壓放大倍數(shù)和電壓反饋系數(shù)。 電流并聯(lián)負(fù)反饋，Aif、Fi稱為閉環(huán)電流放大倍數(shù)和電流反饋系數(shù)。電流串聯(lián)負(fù)反饋，Agf、Fr稱為閉環(huán)互導(dǎo)放大倍數(shù)和互阻反饋系數(shù)。 該式表明，閉環(huán)放大倍數(shù)的穩(wěn)定性比開環(huán)放大倍數(shù)的穩(wěn)定性提高了(1FA)倍。 B：未引入負(fù)反饋放大電路的通頻帶，Bf：引入負(fù)反饋放大電路的通頻帶。 開環(huán)輸入電阻ri(即基本放大電路的輸入電阻)計(jì)算公式。閉環(huán)輸入電阻rif計(jì)算公式。 表明，串聯(lián)負(fù)反饋使閉環(huán)輸入電阻增加到開

7、環(huán)輸入電阻的(1FA)倍。 并聯(lián)負(fù)反饋電路的開環(huán)輸入電阻計(jì)算公式。并聯(lián)負(fù)反饋電路的閉環(huán)輸入電阻計(jì)算公式。 電壓并聯(lián)負(fù)反饋輸入電阻計(jì)算公式。電流并聯(lián)負(fù)反饋輸入電阻計(jì)算公式。 表明，電壓負(fù)反饋使放大電路的閉環(huán)輸出電阻減小到開環(huán)的 。引入電流負(fù)反饋后，電路的閉環(huán)輸出電阻增加到開環(huán)輸出電阻的(1AsF)倍。對(duì)于電流串聯(lián)負(fù)反饋有 ；對(duì)于電流并聯(lián)負(fù)反饋則為 。7.4 功率放大電路7.5 直接耦合放大電路GS0501 溫度變化產(chǎn)生的零點(diǎn)漂移，稱為溫漂。它是衡量放大電路對(duì)溫度穩(wěn)定程度的一個(gè)指標(biāo)，定義為： 即溫度每升高1時(shí)，輸出端的漂移電壓UOP折合到輸入端的等效輸入電壓UiP 。式中Au為放大電路總的電壓放大

8、倍數(shù)，To()為溫度變化量。GS0502 ，Re RW。GS0503 (對(duì)地)基本差動(dòng)放大電路的靜態(tài)分析。GS0504 差動(dòng)放大電路對(duì)差模信號(hào)的放大能力用差模放大倍數(shù)表示。GS0505 差動(dòng)放大電路的輸出電壓。GS0506 在差模輸入時(shí)，Ui1 Ui2 = Uid ，由式GS0504和式GS0505可得。這表明差動(dòng)放大電路雙端輸入一雙端輸出時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)等于單管放大電路的放大倍數(shù)。GS0507 單管放大電路的放大倍數(shù)。GS0508 (單端輸出：T1集電極輸出)若輸出信號(hào)取自差動(dòng)放大電路某一管的集電極即單端輸出方式，此時(shí)，輸出信號(hào)有一半沒有利用，即Uod = Uo1(雙端輸出時(shí)Uod =

9、2Uo1 )，放大倍數(shù)必然減小一半。GS0509 (單端輸出時(shí)的共模放大倍數(shù))只要2ReRc，則Auc(單)1，電路對(duì)共模信號(hào)就有較強(qiáng)的抑制能力。GS0510 共模抑制比的定義式。CMRR越大，說明差動(dòng)放大電路的質(zhì)量越好。GS0511 雙端輸入雙端輸出時(shí)，若電路完全對(duì)稱，則，它表明對(duì)稱性越高，抑制比越高。GS0512 。雙端輸入單端輸出時(shí)的共模抑制比。它表明Re越大，共模負(fù)反饋越強(qiáng)，共模抑制比越高。GS0513 。差動(dòng)放大電路的差模輸入電阻是指差模輸入時(shí)，從兩輸入端看進(jìn)去的等效電阻。GS0514 共模輸入電阻是指共模輸入時(shí)，從輸入端看進(jìn)去的等效電阻。GS0515 (雙)電路的輸出電阻是從放大器

10、輸出端看進(jìn)去的電阻。此為雙端輸出時(shí)的差模輸出電阻。GS0516 (單) 單端輸出時(shí)的差模輸出電阻。7.6 集成運(yùn)算放大電路“鏡像”恒流源電路計(jì)算公式。 微電流恒流源電路計(jì)算公式。反相輸入組態(tài)UO 計(jì)算公式。反相輸入組態(tài)閉環(huán)電壓放大倍數(shù)計(jì)算公式。同相輸入組態(tài)UO 計(jì)算公式。同相輸入組態(tài)閉環(huán)電壓放大倍數(shù)。差動(dòng)輸入組態(tài)反相端電位。差動(dòng)輸入組態(tài)同相端電位。差動(dòng)輸入組態(tài)輸出電壓。 加法器輸出電壓。微分器輸出電壓。積分器輸出電壓。 (Ui0)對(duì)數(shù)運(yùn)算輸出電壓。 反對(duì)數(shù)運(yùn)算輸出電壓。7.7 直流電源半波整流輸出電壓平均值半波整流電路流過負(fù)載的平均電流。 半波整流電路流過二極管D平均電流(即正向電流)。 半波

11、整流電路加在二極管兩端的最高反向電壓。 全波整流電路輸出電壓的平均值。 全波整流電路流過負(fù)載的平均電流。全波整流電路流過二極管D平均電流(即正向電流) ，與半波整流相同。(比半波整流大了一倍)全波整流電路加在二極管兩端的最高反向電壓。橋式整流電路輸出電壓的平均值。橋式整流電路流過負(fù)載的平均電流。(為全波整流的電壓一半)橋式整流電路每個(gè)二極管所承受的最高反向電壓。 全波整流輸出電壓uL的付氏級(jí)數(shù)展開式。 (半波) 電容濾波放電時(shí)間常數(shù)實(shí)際中常按此式來選取C值。 (全波、橋式) 電容濾波放電時(shí)間常數(shù)實(shí)際中常按此式來選取C值。電容濾波電路輸出電壓的佑算。如果電容濾波電路的放電時(shí)間常數(shù)按式I0714或

12、I0715 取值的話，則輸出電壓分別為： (半波) (全波) RC型濾波電路，它實(shí)質(zhì)上是在電容濾波的基礎(chǔ)上再加一級(jí)RC濾波電路組成的。其濾波原理可以這樣解釋：經(jīng)過電容C1濾波之后，C1兩端的電壓包含一個(gè)直流分量與交流分量 ，作為RC2濾波的輸入電壓。對(duì)直流分量 而言，C2 可視為開路，RL上輸出的直流電壓。 RC型濾波電路，它實(shí)質(zhì)上是在電容濾波的基礎(chǔ)上再加一級(jí)RC濾波電路組成的。其濾波原理可以這樣解釋：經(jīng)過電容C1濾波之后，C1兩端的電壓包含一個(gè)直流分量與交流分量 ，作為RC2濾波的輸入電壓。對(duì)直流分量 而言，C2 可視為開路，RL上對(duì)于交流分量而言，其輸出的交流電壓。 穩(wěn)壓系數(shù)Sr表示在負(fù)載

13、電流和溫度不變的條件下，輸入電壓的相對(duì)變化量UiUi與輸出電壓的相對(duì)變化量UoUo 之比。式中值愈大，反映穩(wěn)壓效果愈好，即穩(wěn)定度愈高(式中C表示常數(shù))。 在輸出電壓可調(diào)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路中，穩(wěn)壓系數(shù)Sr 的計(jì)算。式中：A2為比較放大電路的放大倍數(shù)2R4(rbe2 +2rZ )，n為取樣電路的分壓系數(shù)R2(Rl R2)。 輸出電阻rO是指輸入電壓及環(huán)境溫度不變的條件下，負(fù)載電流變化 IL引起輸出電壓變化UL的程度；也就是輸出電壓變化量UL 與負(fù)載電流變化量IL 的比值。 在輸出電壓可調(diào)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路中，輸出電阻的計(jì)算公式。式中，n是取樣電路的分壓系數(shù)、1是調(diào)整管的電流放大系數(shù)、A2是比較放大電路

14、的放大倍數(shù)愈大。7.8 正弦波振蕩電路維持自激振蕩必須滿足的條件。由于 ，代入上式，可得維持自激振蕩的條件。設(shè)A和F分別為與的相位角，于是振幅平衡條件 相位平衡條件 A +F = 2n (n = 0，1，2，)電路的起振條件。 變壓器反饋式振蕩電路的起振條件。式中M為繞組L1與L2之間的互感系數(shù)，rbe為三極管b、e間的等效電阻，R為折合到L1C回路中與電感串聯(lián)的等效總損耗電阻。 電感三點(diǎn)式振蕩電路，又稱哈特萊振蕩電路, 當(dāng)它的回路Q值較高時(shí)，該電路的振蕩頻率基本上等于LC回路的諧振頻率。式中L = L1L22M為回路總電感。用集成運(yùn)放構(gòu)成的電感三點(diǎn)式振蕩電路的振蕩頻率。，其中 電容三點(diǎn)式振蕩電路在LC諧振回路Q值足夠高的條件下的振蕩頻率 用集成運(yùn)放構(gòu)成的電容三點(diǎn)式振蕩電路的振蕩頻率。 克拉潑振蕩電路的振蕩頻率。 克拉潑振蕩電路中的LC回路諧振電阻R0反射到三極管集、射極的等效負(fù)載電阻。 席勒振蕩電路的頻率調(diào)節(jié)范圍較克拉潑電路要寬當(dāng)C3C1、C3C2時(shí)的振蕩頻率。從石英諧振器的等效電路可知，它有兩個(gè)諧振頻率，一個(gè)是串聯(lián)諧振頻率fS，