模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)筆記

1、第一章常用半導(dǎo)體器件1Q&A:11.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識11.1.1 本征半導(dǎo)體11.1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體21.1.3 PN結(jié)21.2 半導(dǎo)體二極管41.2.1 二極管常見結(jié)構(gòu)41.3.1 二極管的主要參數(shù)51.1 穩(wěn)壓二極管5126其他類型二極管51 晶體三極管61 晶體管的結(jié)構(gòu)和類型61 晶體管的放大作用61 晶體管的共射特性曲線71 晶體管的主要參數(shù)71 場效應(yīng)管81 結(jié)型場效應(yīng)管81 絕緣柵型場效應(yīng)管10第二章基本放大電路.132.1放大的概念和放大電路的主要性能指標(biāo)132.3放大電路的分析方法14第一章常用半導(dǎo)體器件Q&A:?U半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識1.1.1本征半導(dǎo)體導(dǎo)體形成電

2、流：導(dǎo)體一般為低價元素，最外層的點(diǎn)子極易掙脫原子核的束縛成為自由電子，在外電場的作用下產(chǎn)生定向移動而產(chǎn)生電流。高價元素對電子的束縛力強(qiáng)，外層電子很難掙脫，所以是絕緣體。半導(dǎo)體用的硅和褚屬于4價元素，介于導(dǎo)體和絕緣體中間。共價鍵:共價鍵中的電子跑出來之后就成為自由電子，在原位置形成空穴。空穴電流和電子電流，自由電子的定向移動形成電子電流，電子的移動過程中，電子將以一定的方向依次的填補(bǔ)空穴導(dǎo)致空穴也定向產(chǎn)生移動，故而產(chǎn)生空穴電流，半導(dǎo)體相比導(dǎo)體的一個特殊性就是半導(dǎo)體有兩種載流子，空穴和電子，而導(dǎo)體只有電子。本征半導(dǎo)體載流子的濃度公式：ni=pi=K1T7e其中：ni和pi為電子和空穴的濃度k為波爾

3、茲曼常數(shù)（8.63*10-5eV/K）Ego為熱力學(xué)零度時破壞共價鍵所需的能量，又稱禁斷寬度（硅為1.21eV,錯為0.785eV）。是與半導(dǎo)體材料載流子有效質(zhì)量，有效能級密度有關(guān)的常量（硅為1.87*10,6cm-3*k-3/2,鑄為1.76*）常溫時（T=300K）,硅材料ni=pi=1.43*1010cm-3,錯材料ni=pi=2.38*1013cm-3本征半導(dǎo)體對溫度敏感，既可以用來做熱敏和光敏器件，有是造成半導(dǎo)體溫度穩(wěn)定性差的原因。從濃度公式可以看出，本征半導(dǎo)體的載流子濃度只和溫度有關(guān)，溫度越高，濃度越大。雜質(zhì)半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體：參雜5價元素（如磷），則在共價鍵之外形成了自由電子。P型

4、半導(dǎo)體：參雜3價元素（如硼），則共價鍵上形成空穴。參雜的濃度越高，則多子的濃度越高，導(dǎo)電能力越強(qiáng)。PN結(jié)PN結(jié)：將P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體制作在同一硅片上，就形成了PN結(jié)?？昭ㄘ?fù)離子正離子自由電子oO40OoO051®©©©©0Oo0°OoqT<(i1®®©P區(qū)N區(qū)PN結(jié)的平衡：PN結(jié)合在一起的時候，電子用N擴(kuò)散到P,空穴相反。同時會形成空間電荷區(qū)（耗盡層），此電荷區(qū)的方向正好和電子擴(kuò)散的方向相反，會使載流子形成漂移運(yùn)動，當(dāng)漂移運(yùn)動和擴(kuò)散運(yùn)動一樣的時候，就形成了平衡。PN結(jié)正偏：正電壓加到P,加大了擴(kuò)

5、散運(yùn)動，削弱了內(nèi)電場，所以PN結(jié)導(dǎo)通，靠電子的運(yùn)動形成電流。PN結(jié)反偏：正電壓加到N,加大了內(nèi)電場從而加大了漂移運(yùn)動，削弱了擴(kuò)散運(yùn)動，但是少子的數(shù)量極少（本征半導(dǎo)體激發(fā)，又被參雜的綜合），所以漂移電流極少，所以PN結(jié)截止。PN結(jié)電流方程：i二k（e繪一1）其中Is為反向飽和電流q為電子電量k為波爾茲曼常數(shù)如果將如/q用5代替,則i=Is（e-1）室溫的時候，T=300K,U尸26mVu為正，即PN正偏的時候，u»UT,貝iji二Ise即i和u成指數(shù)變化。u為負(fù)，即PN結(jié)反偏的時候，u»UT,貝IJI二-IPN結(jié)伏安特性圖:反向擊穿電壓（Ubr）：反向擊穿有兩種，.齊納擊穿：

6、高濃度參雜時，耗盡區(qū)窄，不大的反向電壓就可以在耗盡層形成大電場，直接破壞共價鍵，產(chǎn)生電子空穴對，導(dǎo)致電流極具增大。.雪崩擊穿：低濃度參雜是，耗盡層寬，但當(dāng)電壓加到一定的程度是，電場使少數(shù)電子加速漂移，與共價鍵中的價電子碰撞，產(chǎn)生電子空穴對，新產(chǎn)生的電子空穴對又去碰撞其他價電子，引起雪崩效應(yīng)，導(dǎo)致電流大大增加。從以上分析可知，高濃度參雜的擊穿電壓比較低。PN結(jié)的結(jié)電容：一種是勢壘電容，一種是擴(kuò)散電容。勢壘電容是耗盡層根據(jù)偏置電壓的變化而變化產(chǎn)生的。擴(kuò)散電容是耗盡層電容濃度梯隊(duì)變化產(chǎn)生的。半導(dǎo)體二極管二極管常見結(jié)構(gòu)二極管就是PN結(jié)+引線PN結(jié)面積越大，允許通過的電流越大。溫度升高，正向特性左移，反

7、向特性下移硅的導(dǎo)通電壓為0.60.8,錯的導(dǎo)通電壓為0.10.3二極管的主要參數(shù)最大整流電流：長期運(yùn)行時允許通過的最大正向平均電流，和PN結(jié)面積有關(guān)最高反向工作電壓Ur：二極管工作中允許的最大反向電壓，一般為Ubr的一半反向電流：二極管未擊穿時的反向電流。Ir越小，二極管的單向?qū)щ娦栽胶媒刂诡l率Fm：二極管上限截止頻率，超過此值時，由于結(jié)電容的作用，二極管不能體現(xiàn)單向?qū)ㄐ苑€(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管工作在擊穿區(qū)，在一定的功耗范圍內(nèi)，電流的變化幾乎不會引起電壓的變化。當(dāng)然需要限制電流，比如加限流電阻，否則電流太大會燒壞管子。主要參數(shù)有：穩(wěn)定電流V小與lz將沒有限流作用。大沒關(guān)系，只要不燒壞管子。額定功

8、耗Pzm：穩(wěn)定電壓與最大穩(wěn)定電流的沉積。動態(tài)電阻不2越小，穩(wěn)壓管穩(wěn)壓性能越好，因?yàn)殡娏鞯淖兓鸬碾妷鹤儎有　囟认禂?shù)Q：Uz<4V的管子屬于齊納擊穿，有負(fù)溫度特性，溫度越高，Uz越小，Uz>7V的管子屬于雪崩擊穿，溫度越高，5越大，4V<Uz<7V的管子，溫度系數(shù)非常小，齊納和雪崩都有。其他類型二極管發(fā)光二極管：開啟電壓比一般二極管大，紅色的在1.61.8V,綠色的為2V,正向電流越大,發(fā)光越強(qiáng)。光電二極管：無光照時，和普通二極管一樣，正偏時，電流和電壓呈指數(shù)關(guān)系，反偏時電流稱為暗電流。有光照時，特性曲線往下移，照度一定時，光電二極管可等效成恒流源。照度越大，光電流越

9、晶體三極管晶體管的結(jié)構(gòu)和類型晶體管結(jié)構(gòu)（NPN）:中間的Q區(qū)稱為基區(qū)，很薄且雜質(zhì)濃度很低一b上層的N區(qū)為發(fā)射區(qū)，摻雜濃度很高一e下層的N區(qū)為集電區(qū)，面積很大一c發(fā)射極和基極的PN結(jié)為發(fā)射結(jié)集電極和基極的PN結(jié)尾集電結(jié)晶體管的放大作用共射放大電路條件，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏晶體管的放大作用表現(xiàn)在小的基極電流可以控制大的集電極電流。發(fā)射極電流上發(fā)射結(jié)正偏（Ube>U°n）,發(fā)射區(qū)參雜濃度高，所以大量自由電子擴(kuò)散運(yùn)動到達(dá)基區(qū)。擴(kuò)散運(yùn)動形成了發(fā)射極電流。其中空穴從基極往發(fā)射極移動，但是因?yàn)榛鶚O參雜濃度低，這個電流可以忽略?；鶚O電流仁基區(qū)很薄，雜質(zhì)濃度很低，集電極又加了反向電壓，所以電子

10、偏向于往集電極移動。只有極少部分和空穴復(fù)合產(chǎn)生基極電流。集電極電流1c：集電結(jié)反偏，反偏的作用就是吸引從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基極的電子（漂移運(yùn)動）,B=jcBB+l晶體管的共射特性曲線輸入特性曲線：Uce一定的情況下，iB和Ube直接的關(guān)系。I二。是，和PN結(jié)的伏安特性類似。Uce增大，伏安特性右移，即相同的5e，ip減少，因?yàn)閁ce變大，集電區(qū)收集電子能力力口強(qiáng),導(dǎo)致一部分電子越過基區(qū)到集電區(qū)，導(dǎo)致基區(qū)電流變小。另外當(dāng)Uce達(dá)到一定程度，收集電子能力飽和之后，Uce再增大就不會使特性曲線右移了。（Uce得比Ube大吧，這樣才能算是集電結(jié)反偏吧？）輸出特性曲線：為常量時，L和Uce之間的關(guān)系。.截止區(qū)

11、：UbeU0n且Uce>Ube。認(rèn)為ic=0。.放大區(qū)：Ube>U的且Uce>Ube，Uce足夠大，集電區(qū)收集電子能力飽和，ic只和iB有關(guān)，這個有個概念不能混淆，工作在放大區(qū)反而是集電區(qū)收集電子能力飽和，而工作在飽和區(qū)反而是集電區(qū)收集電子能力沒飽和，要注意。.飽和區(qū)：Ube>U.且UceVUbe：Uce還不夠大，Uce的增大能使集電區(qū)收集電子能力變大，并是ic變大。一般認(rèn)為Ucb=0V時，是管子的臨界飽和和臨界放大狀態(tài)。上次謂之癥萩圖1.3.6品體管的輸出特性曲線1.3.4晶體管的主要參數(shù)共射直流電流放大系數(shù)B極間反向電流島。，ICEO選用管子時，應(yīng)找極間反向電流盡量

12、小的，這樣溫度穩(wěn)定性好。共射交流電流放大倍數(shù)B特征頻率卜使共射電流放大系數(shù)降為1的頻率為特征頻率，由于結(jié)電容的存在，如果信號頻率高到一定的程度，集電極電流相比基極電流不但數(shù)值下降，還會產(chǎn)生相移。1.4場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管場效應(yīng)管是利用輸入回路的電場效應(yīng)來控制輸出回路電流的半導(dǎo)體器件,僅依靠半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子導(dǎo)電，又稱單極性晶體管。輸入回路內(nèi)阻高達(dá)107-1012歐，噪聲低，熱穩(wěn)定性好，抗輻射能力強(qiáng)，且省電。分為結(jié)型和絕緣柵型兩種。兩個高摻雜的N區(qū)，兩個高摻雜的P區(qū)，兩個P區(qū)連在一起。999(a><b>1.4.1結(jié)蟹場長啟性的靖叫卻符9f、溝甘倫，(b)PN結(jié)正電壓是耗盡層變

13、窄，而負(fù)電壓使耗盡層變寬，負(fù)電壓越大，越寬。Ugs是負(fù)的，負(fù)的越多，夾的越緊，到最后就截止了,(b)(c)圖1.4.3口6=0V時"仃對停電溝道的控制作用-OV(b)(C)沒有截止的情況下，Ua會讓電子從S往d跑，電流用d到s,沿著電流方向，電壓是越來越小的，所以越靠近s端，電壓越小，也就是說相對g端來說，反偏壓差越來越小，所以溝道越來越寬，越到d端溝道越窄，也就是說，在電子運(yùn)動的路上，路越來越窄Ugs一定的情況下（沒有截止）Uds越大，d端的溝道也會相應(yīng)變窄，而電場變大，當(dāng)Ug大到一定程度，b就不會變化了，因?yàn)閐端的溝道太窄，而電場在變大，兩者抵消，b就不變了。輸出特性：Ugs為常

14、量時，b和Uds的關(guān)系。可變電阻區(qū)：預(yù)夾斷軌跡為Uds=Un-Ugsiw（Ugd二，在預(yù)夾斷軌跡左邊為可變電阻區(qū)，Ugd>Ugs（m，注意，此處Ugs為負(fù)的。4口>%,表面負(fù)的少。測試電流和見$成線性關(guān)系。恒流區(qū)：UdUgs-U3M（Us<Ugs（m），此時，b基本受Ugs控制，場效應(yīng)管做放大器用時，應(yīng)工作在恒流區(qū)。夾斷區(qū)：S端相比g端高太多（Ugs<Ugs（m）,導(dǎo)致夾斷了溝道，i。為0,轉(zhuǎn)移特性：Uds為常量時，漏極電流iD于Ugs的關(guān)系。GS(off)1.4.2絕緣柵型場效應(yīng)管<UgS<。)一共有4種：N溝道增強(qiáng)型管，N溝道耗盡型管，P溝道增強(qiáng)型管，P

15、溝道耗盡型管。UGS加正電壓，吸引正離子靠近絕緣層，正離子排斥空穴從而加寬耗盡層，而正離子吸引電子從而形成反型層，成為導(dǎo)電溝道。UGS達(dá)到一定程度(UGS(th),則會形成導(dǎo)電溝道。然后再加UDS電壓，則電子從S到D,電流從D到S,而且，越靠近D端，反偏電壓越高，則耗盡層越寬，UDS高到使UGD=UGS(th)時溝道關(guān)閉，這是管子進(jìn)入恒流去，因?yàn)槔^續(xù)增大UDS,不會讓電流增加，因?yàn)榧哟蟮碾妷汉蜏系狸P(guān)閉導(dǎo)致的阻力抵消，電流不變。此時，電流的大小僅和UGS相關(guān)至1.4.9“eg為大亍的具-值時切小丁歷的眼,G)12V-/-I'cn：(b)”產(chǎn)"二一t&M(r>-k(

16、7三個工作區(qū)：夾斷區(qū)，可變電阻區(qū)和恒流區(qū)。可變電阻和恒流區(qū)的臨界點(diǎn)是UGD=UGS(th)'oo(-D2Ido是Uqs=2UGs(th)時的電流ff1.4.10N溝道增強(qiáng)里MOS管內(nèi)有注曲或C)M移特府b)K出特性N溝道耗盡型管就是在絕緣層加了正離子，不需要UGS的情況下就可以形成反型層，所以就是N溝道增強(qiáng)型管子的轉(zhuǎn)移特性往左移就是了。(I)BI4IIN溝道耗盡蟲、H4管中構(gòu)示怠的反符號不/招1第二章基本放大電路2.1放大的概念和放大電路的主要性能指標(biāo)輸入電阻：輸入電阻越大，表明放大電路從信號源索取的電流越小，放大電路所得到的輸入電壓越接近信號源，換言之，信號源內(nèi)阻上的壓降越小，信號的

17、損失越小。輸出電阻：輸出電阻越小，負(fù)載電阻變化時，負(fù)載的電壓變化越小，成為放大電路的帶負(fù)載能力越強(qiáng)。放大電路的分析方法放大電路分析的目的就是求解靜態(tài)工作點(diǎn)和各項(xiàng)動態(tài)參數(shù)（AuRRo）直流通路：1.電容為開路2.電感為短路3.信號源當(dāng)短路，但要保留電阻交流通路：】容量大的電容（如耦合電容）視為短路2.無內(nèi)阻的直流電源視為短路分析放大電路時，應(yīng)先靜態(tài)，后動態(tài)，靜態(tài)工作點(diǎn)用直流通路，動態(tài)參數(shù)用交流通路。小二,骨手冊上會寫出，Ul26mv&有動態(tài)電阻的概念，在電流越大的情況下，發(fā)射結(jié)的動態(tài)電阻越小V-小丁11圖2.2.1基本共射放大電路(a)(b)基本共射放大電路動態(tài)參數(shù)：Au=Uo/Ui二-二心Rb+rbeRi=Ui/Ri=Rb+rbeRo=Rc對電子電路輸出電阻進(jìn)行分析時，可令信號源電壓Us=0,但保留內(nèi)阻Rs,然后在輸出端加一正弦波測試信號Uo,必然產(chǎn)生動態(tài)電流I。,則R。=Uo/loo由于小和Q點(diǎn)緊密相關(guān)，所以動態(tài)參數(shù)和Q點(diǎn)緊密相關(guān)。另外要指出，放大電路輸入電阻和信號源內(nèi)阻無