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(shí)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)41.2.3 二極管的主要參數(shù)51.2.5 穩(wěn)壓二極管51.2.6 其他類型二極管51.3 晶體三極管61.3.1 晶體管的結(jié)構(gòu)和類型61.3.2 晶體管的放大作用61.3.3 晶體管的共射特性曲線71.3.4 晶體管的主要參數(shù)71.4 場(chǎng)效應(yīng)管81.4.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管81.4.2 絕緣柵型場(chǎng)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

2、導(dǎo)體器件Q&A:?1.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)1.1.1 本征半導(dǎo)體導(dǎo)體形成電流：導(dǎo)體一般為低價(jià)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(chǎng)的作用下產(chǎn)生定向移動(dòng)而產(chǎn)生電流。高價(jià)元素對(duì)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)體用的硅和鍺屬于4價(jià)元素，介于導(dǎo)體和絕緣體中間。共價(jià)鍵：共價(jià)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?？昭娏骱碗娮与娏?，自由電子的定向移動(dòng)形成電子電流，電子的移動(dòng)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(dòng)，故而產(chǎn)生空穴電流，半導(dǎo)體相比導(dǎo)體的一個(gè)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

3、流子的濃度公式：ni=pi=K1T32e-EG02kT其中：ni和pi為電子和空穴的濃度k為波爾茲曼常數(shù)（8.63*10-5eV/K）EG0為熱力學(xué)零度時(shí)破壞共價(jià)鍵所需的能量，又稱禁斷寬度（硅為1.21eV，鍺為0.785eV）K1是與半導(dǎo)體材料載流子有效質(zhì)量，有效能級(jí)密度有關(guān)的常量（硅為1.87*1016cm-3*k-3/2, 鍺為1.76*）常溫時(shí)（T=300K），硅材料ni=pi=1.43*1010cm-3， 鍺材料ni=pi=2.38*1013cm-3本征半導(dǎo)體對(duì)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

4、關(guān)，溫度越高，濃度越大。1.1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體：參雜5價(jià)元素（如磷），則在共價(jià)鍵之外形成了自由電子。P型半導(dǎo)體：參雜3價(jià)元素（如硼），則共價(jià)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)。1.1.3 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)。PN結(jié)的平衡：PN結(jié)合在一起的時(shí)候，電子用N擴(kuò)散到P，空穴相反。同時(shí)會(huì)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(huì)使載流子形成漂移運(yùn)動(dòng)，當(dāng)漂移運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)一樣的時(shí)候，就形成了平衡。PN結(jié)正偏：正電壓加到P，加大了擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，削弱了內(nèi)電場(chǎng)，所以PN結(jié)導(dǎo)通，靠電子的運(yùn)動(dòng)形成電流。PN

5、結(jié)反偏：正電壓加到N，加大了內(nèi)電場(chǎng)從而加大了漂移運(yùn)動(dòng)，削弱了擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，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 = Is(equkT-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kT/q 用UT代替，則i = Is(euUT-1)室溫的時(shí)候，T=300K，UT=26mVu為正，即PN正偏的時(shí)候，u>> UT，則i = IseuUT, 即i和u成指數(shù)變化。u為負(fù)，即PN結(jié)反偏的時(shí)候，u>> UT，則I = - IsPN結(jié)伏安特性圖：反向擊穿電壓（UBR）：反向擊穿有兩種，1. 齊納擊

6、穿：高濃度參雜時(shí)，耗盡區(qū)窄，不大的反向電壓就可以在耗盡層形成大電場(chǎng)，直接破壞共價(jià)鍵，產(chǎn)生電子空穴對(duì)，導(dǎo)致電流極具增大。2. 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(chǎng)使少數(shù)電子加速漂移，與共價(jià)鍵中的價(jià)電子碰撞，產(chǎn)生電子空穴對(duì)，新產(chǎn)生的電子空穴對(duì)又去碰撞其他價(jià)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(shì)壘電容，一種是擴(kuò)散電容。勢(shì)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。1.2 半導(dǎo)體二極管1.2.1 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

7、。二極管的伏安特性： 溫度升高，正向特性左移，反向特性下移硅的導(dǎo)通電壓為0.60.8，鍺的導(dǎo)通電壓為0.10.31.2.3 二極管的主要參數(shù)最大整流電流：長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)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IR：二極管未擊穿時(shí)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(shí)，由于結(jié)電容的作用，二極管不能體現(xiàn)單向?qū)ㄐ?.2.5 穩(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(huì)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(huì)燒壞管子。

8、主要參數(shù)有：穩(wěn)定電流IZ：小與IZ將沒有限流作用。大沒關(guān)系，只要不燒壞管子。額定功耗PZM：穩(wěn)定電壓與最大穩(wěn)定電流的沉積。動(dòng)態(tài)電阻rZ：rZ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?dòng)小。溫度系數(shù)a：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，UZ越大，4V<UZ<7V的管子，溫度系數(shù)非常小，齊納和雪崩都有。1.2.6 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(shí)，和普通二極管一樣，正偏時(shí)，電流和電壓呈指數(shù)關(guān)系，反

9、偏時(shí)電流稱為暗電流。有光照時(shí)，特性曲線往下移，照度一定時(shí)，光電二極管可等效成恒流源。照度越大，光電流越大，在光電流大于幾十微安時(shí)，與照度呈線性關(guān)系。1.3 晶體三極管1.3.1 晶體管的結(jié)構(gòu)和類型晶體管結(jié)構(gòu)（NPN）：中間的p區(qū)稱為基區(qū)，很薄且雜質(zhì)濃度很低b上層的N區(qū)為發(fā)射區(qū)，摻雜濃度很高e下層的N區(qū)為集電區(qū)，面積很大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)1.3.2 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IE：發(fā)射結(jié)正偏（uBE >UON），發(fā)射區(qū)參雜濃度高，所以大量自由電子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)

10、到達(dá)基區(qū)。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成了發(fā)射極電流IE。其中空穴從基極往發(fā)射極移動(dòng)，但是因?yàn)榛鶚O參雜濃度低，這個(gè)電流可以忽略。基極電流IB：基區(qū)很薄，雜質(zhì)濃度很低，集電極又加了反向電壓，所以電子偏向于往集電極移動(dòng)。只有極少部分和空穴復(fù)合產(chǎn)生基極電流IB。集電極電流IC：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(dòng)），形成了集電極電流ICB = iCiB, a = iCiE = BB+11.3.3 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。UCE=0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UBE，iB減少，因?yàn)閁CE變大，集電區(qū)收集電

11、子能力加強(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(huì)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：IB為常量時(shí)， iC和uCE之間的關(guān)系。1. 截止區(qū)：uBE<uon且uCE>uBE 。認(rèn)為iC=0。2. 放大區(qū)：uBE>uon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(gè)有個(gè)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。3. 飽和區(qū)：uBE>uon且uC

12、E<uBE：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(shí)，是管子的臨界飽和和臨界放大狀態(tài)。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ICBO，ICEO 選用管子時(shí)，應(yīng)找極間反向電流盡量小的，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fT：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(hào)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(huì)產(chǎn)生相移。1.4 場(chǎng)效應(yīng)管1.4.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管是利用輸入回路的電場(chǎng)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

13、晶體管。輸入回路內(nèi)阻高達(dá)1071012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(gè)高摻雜的N區(qū)，兩個(gè)高摻雜的P區(qū)，兩個(gè)P區(qū)連在一起。PN結(jié)正電壓是耗盡層變窄，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，沒有截止的情況下，Uds會(huì)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(duì)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(dòng)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(huì)相應(yīng)變窄，而電場(chǎng)變大，當(dāng)UDS大到一

14、定程度，ID就不會(huì)變化了，因?yàn)閐端的溝道太窄，而電場(chǎng)在變大，兩者抵消，ID就不變了。輸出特性：UGS為常量時(shí)，ID和UDS的關(guān)系。可變電阻區(qū)：預(yù)夾斷軌跡為UDS=UGS-UGS（off）（UGD=UGS(off)）,在預(yù)夾斷軌跡左邊為可變電阻區(qū)，UGD>UGS（off）,注意，此處UGS為負(fù)的。UGD>UGS，表面負(fù)的少。測(cè)試電流和UDS成線性關(guān)系。恒流區(qū)：UDS>UGS-UGS(off)(UGD<UGS(off)，此時(shí)，ID基本受UGS控制，場(chǎng)效應(yīng)管做放大器用時(shí)，應(yīng)工作在恒流區(qū)。夾斷區(qū)：s端相比g端高太多（UGS<UGS(off)），導(dǎo)致夾斷了溝道，iD為0，轉(zhuǎn)

15、移特性：UDS為常量時(shí)，漏極電流iD于UGS的關(guān)系。iD=IDSS（1- -uGSUGS(off)）, (UGS(off)<uGS<0)1.4.2 絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管一共有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(huì)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(shí)溝道關(guān)閉，這是管子進(jìn)入恒流去，因?yàn)槔^續(xù)增大UDS

16、，不會(huì)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(shí)，電流的大小僅和UGS相關(guān)三個(gè)工作區(qū)：夾斷區(qū)，可變電阻區(qū)和恒流區(qū)?？勺冸娮韬秃懔鲄^(qū)的臨界點(diǎn)是UGD=UGS（th）iD= IDO(uGSUGS(th)-1)2IDO 是UGS=2UGS(th)時(shí)的電流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。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(hào)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(hào)源，換言之，信號(hào)源內(nèi)阻上的壓降越小，信號(hào)的損失越

17、小。輸出電阻：輸出電阻越小，負(fù)載電阻變化時(shí)，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)。2.3 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(dòng)態(tài)參數(shù)（AU，RI，RO）直流通路：1. 電容為開路 2. 電感為短路 3.信號(hào)源當(dāng)短路，但要保留電阻交流通路：1. 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(shí)，應(yīng)先靜態(tài)，后動(dòng)態(tài)，靜態(tài)工作點(diǎn)用直流通路，動(dòng)態(tài)參數(shù)用交流通路。簡(jiǎn)化的h參數(shù)模型rbe= rbb + BUTICQ ， rbb手冊(cè)上會(huì)寫出， UT=26mvrbe有動(dòng)態(tài)電阻的概念，在電流越大的情況下，發(fā)射結(jié)的動(dòng)態(tài)電阻越小基本共射放大電路動(dòng)態(tài)參數(shù)：1. Au=Uo/Ui = - BRcRb+rbe2. Ri = Ui/Ri = Rb+rbe3. Ro= Rc對(duì)電子電路輸出電阻進(jìn)行分析時(shí)，可令信號(hào)源電壓Us=0，但保留內(nèi)阻Rs，然后在輸出端加一正弦波測(cè)試信號(hào)Uo，必然產(chǎn)生動(dòng)態(tài)電流Io,則Ro= Uo/Io。由于rbe和Q點(diǎn)緊密相關(guān)，所以動(dòng)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(hào)源內(nèi)阻無關(guān)，輸出電阻