2016模拟电子技术基础复习

共4页第1页第一部分半导体器件一、半导体物理基础知识识记：1.半导体的导电特性；2.本征半导体的特性；3.杂质半导体的特性；4.PN结的特性。半导体----导电能力介于导体和绝缘体之间的物质(如硅Si、锗Ge)。半导体的导电特性----光敏、热敏和掺杂特性。半导体的导电能力在不同的条件下有很大的差别：当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化；往纯净的半导体中掺入某些特定的杂质元素时，会使它的导电能力具有可控性；这些特殊的性质决定了半导体可以制成各种器件。本征半导体----纯净的具有单晶体结构的半导体。本征激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，称为电子空穴对。两种载流子----带有正、负电荷的可移动的空穴和电子统称为载流子。注意，这里是用空穴移动产生的电流来代表价电子移动产生的电流。杂质半导体----在本征半导体中掺入微量杂质形成的半导体。体现的是半导体的掺杂特性。P型半导体:在本征半导体中掺入微量的三价元素（多子是空穴，少子是电子）。N型半导体:在本征半导体中掺入微量的五价元素（多子是电子，少子是空穴）。杂质半导体的特性：*载流子的浓度---多子浓度决定于杂质浓度，少子浓度与温度有关。*体电阻---通常把杂质半导体自身的电阻称为体电阻。*转型---通过改变掺杂浓度，一种杂质半导体可以改型为另外一种杂质半导体。PN结----是构成半导体二极管和其他半导体器件的基础，它是由P型半导体和N型半导体，在不同载流子浓度差异作用下，在交界面处形成的特殊区域。PN结的单向导电性---正偏导通，反偏截止。当PN结外加正向电压（正向偏置）时，耗尽区变窄，有较大电流流过；而当外加反向电压（反向偏置）时，耗尽区共4页第2页变宽，没有电流流过或电流极小，这是二极管最重要的特性。PN结的伏安特性----1TUuSeIi式中：Is为反向饱和电流；UT为温度电压当量，当T＝300K时，TU≈26mV注意，该模型不包括PN结反向击穿时的电流电压关系。PN结的反向击穿特性----当PN结的反向电压增大到一定值时，反向电流随电压数值的增加而急剧增大。PN结的反向击穿有两类：齐纳击穿和雪崩击穿。无论发生哪种击穿，若对其电流不加以限制，都可能造成PN结的永久性损坏。PN结温度特性----当温度升高时，PN结的反向电流增大，正向导通电压减小。这也是半导体器件热稳定性差的主要原因。PN结电容效应----PN结电容由势垒电容和扩散电容组成。势垒电容是耗尽层变化所等效的电容。势垒电容与PN结的面积、空间电荷区的宽度和外加电压等因素有关。扩散电容是扩散区内电荷的积累和释放所等效的电容。扩散电容与PN结正向电流和温度等因素有关。PN结正向偏置时，以扩散电容为主；反向偏置时以势垒电容为主，它们均为非线性电容。只有在信号频率较高时，才考虑结电容的作用二、半导体二极管识记：1.半导体二极管的结构；2.二极管的伏安特性V-A特性；3.主要参数；4.二极管的等效电路（或二极管的简化模型）。半导体二极管的几种常见结构及其应用场合---在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分为点接触型、面接触型和平面型三大类。点接触型二极管PN结面积小，结电容小，常用于检波和变频等高频电路。面接触型二极管PN结面积大，结电容大，用于工频大电流整流电路。平面型二共4页第3页极管PN结面积可大可小，PN结面积大的，主要用于功率整流；结面积小的可作为数字脉冲电路中的开关管。二极管的伏安特性---二极管的基本特性就是PN结的特性。与理想PN结不同的是，正向特性上二极管存在一个死区电压Uth。死区电压-----硅管0.5V，锗管0.1V。正向导通压降------硅管0.6~0.7V，锗管0.2~0.3V。二极管的反向饱和电流比PN结大。温度升高时，二极管的正向压降将减小，每增加1℃，正向压降UD大约减小2mV，即具有负的温度系数。二极管的主要参数---1）最大整流电流IＦ：二极管长期工作允许通过的最大正向电流。在规定的散热条件下，二极管正向平均电流若超过此值，则会因结温过高而烧坏。2）最高反向工作电压UBR：二极管工作时允许外加的最大反向电压。若超过此值，则二极管可能因反向击穿而损坏。一般取UBR值的一半。3）反向电流IR：二极管未击穿时的反向电流。对温度敏感。IR越小，则二极管的单向导电性越好。4）最高工作频率fM：二极管正常工作的上限频率。若超过此值，会因结电容的作用而影响其单向导电性。二极管的等效电路（或二极管的简化模型）---由于二极管是非线性器件，所以通常采用二极管的简化模型来分析设计二极管电路。这些模型主要有理想模型、恒压降模型、折线模型、小信号模型等。理想模型：即正向偏置时管压降为0，导通电阻为0；反向偏置时，电流为0，电阻为∞。适用于信号电压远大于二极管压降时的近似分析。恒压降模型：是根据二极管伏安特性曲线近似建立的模型，它用两段直线逼近伏安特性，即正向导通时压降为一个常量Uon；截止时反向电流为0。小信号电路模型：即在微小变化范围内，将二极管近似看成线性器件而将它等效为一个动态电阻rD。这种模型仅限于用来计算叠加在直流工作点Q上的微小电压或电流变化时的响应。共4页第4页理解：半导体二极管的应用电路和选管原则整流电路、限幅电路和开关电路是二极管基本应用电路，这些电路都是利用二极管单向导电性进行工作的。电路设计时，需根据二极管所承受的电压和电流，选用合适的二极管。分析方法：直流等效电路法---将二极管断开，分析二极管两端电位的高低:若U阳U阴(正偏)，二极管导通(短路);若U阳U阴(反偏)，二极管截止(开路)。共阴极或共阳极二极管的优先导通问题。判断二极管在电路中是导通或截止、并求有关图中的输出电压U0。请同学自行分析教材P86习题3.4.12(c)，(d)。三、特殊二极管识记：1.特殊二极管工作的外部条件；2.稳压二极管的主要参数。与普通二极管一样，特殊二极管也具有单向导电性。利用PN结击穿时的特性可制成稳压二极管，利用发光材料可制成发光二极管，利用PN结的光敏特性可制成光电二极管。稳压二极管------是一种特殊的面接触型半导体二极管，通过反向击穿特性实现稳压作用。稳压管的伏安特性与普通二极管类似，其正向特性为指数曲线；当外加反压的数值增大到一定程度时则发生击穿，击穿曲线很陡，几乎平行于纵轴，当电流在一定范围内时，稳压管表现出很好的稳压特性。稳压电路-----利用稳压二极管在反向击穿状态下的恒压特性来构成简单的稳压电路。要特别注意稳压二极管在电路中要反向连接和稳压电路限流电阻的选取。共4页第5页发光二极管和激光二极管------外加正偏电压。正向导通发光，导通电压较大。光电二极管------外加反偏电压。反向截止状态，少子漂移电流。稳压管的主要参数------1）稳定电压UZ：规定电流下稳压管的反向击穿电压。2）最大稳定工作电流IZMAX和最小稳定工作电流IZMIN：稳压管的最大稳定工作电流取决于最大耗散功率，即PZmax=UZIZmax。而Izmin对应UZmin。若IZ＜IZmin，则不能稳压。3）额定功耗PZM：PZM＝UZIZMAX，超过此值，管子会因结温升太高而烧坏。4）动态电阻rZ：rz=VZ/IZ，其概念与一般二极管的动态电阻相同，只不过稳压二极管的动态电阻是从它的反向特性上求取的。RZ愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡，稳压效果愈好。5）温度系数α：温度的变化将使UZ改变，在稳压管中，当UZ＞7V时，UZ具有正温度系数，反向击穿是雪崩击穿；当UZ＜4V时，UZ具有负温度系数，反向击穿是齐纳击穿；当4V＜VZ＜7V时，稳压管可以获得接近零的温度系数。这样的稳压二极管可以作为标准稳压管使用。四、双极结型三极管（BJT）识记：1.双极型晶体管的符号；BJT是由三个杂质半导体区域、两个PN结组成的三端有源器件，有NPN和PNP两种类型。它的三个电极分别称为发射极e、基极b和集电极c。它有两种载流子参与导电，因而称为双极型器件。由于硅材料的热稳定性好，因而硅BJT得到广泛应用。BJT图形符号的发射结箭头有三个功能。(1)箭头代表管子发射结(2)箭头方向指示管子极性箭头从基极指向发射极即从里指向外，代表NPN管，否则为PNP管。共4页第6页(3)箭头表明基极电流方向及发射极电流方向2.BJT的电流放大作用及电流分配关系晶体管具有电流放大作用。当发射结正向偏置而集电结反向偏置时，从发射区注入到基区的非平衡少子中仅有很少部分与基区的多子复合，形成基极电流，而大部分在集电结外电场作用下形成漂移电流IC，体现出IB对的IC控制作用。此时，可将IC看成电流IB控制的电流源。IE＝IB＋ICIC＝βIB＋ICEO≈βIB3.输入输出特性曲线BJT输入特性的电流（iB或iE）与发射结正偏电压uBE间近似呈指数关系；输出特性的集电极电流iC与iB或iE间近似呈线性关系。因此，既可以称BJT为电压控制器件，也可以称其为电流控制器件。国内习惯采用后一种说法。4.温度对晶体管特性及参数的影响温度升高，输入特性曲线向左移动。当温度变化1℃时，UBE大约下降2～2.5mV，UBE具有负温度系数。温度升高，ICEO和β增大，导致集电极电流IC增大，输出特性上移。理解：1.BJT工作在三种不同工作区外部的条件和特点工作状态NPN型PNP型特点截止状态E结、C结均反偏UB＜UE、UB＜UCE结、C结均反偏UB＞UE、UB＞UCIC≈0放大状态E结正偏、C结均反偏UC＞UB＞UEE结正偏、C结均反偏UC＜UB＜UEVC＜VB＜VEIC≈βIB共4页第7页饱和状态E结、C结均正偏UB＞UE、UB＞UCE结、C结均正偏UB＜UE、UB＜UCUCE＝UCES请同学自行分析教材P213习题5.1.1。图1因发射结正偏，集电结反偏，所以是放大；图2因发射结电压为3伏，所以管烧；图3因发射结集电结都正偏，所以是饱和；图4因发射结正偏，集电结反偏，所以是放大。2.BJT的主要参数1）直流参数(1)共射直流电流放大系数：=（IC－ICEO）/IB≈IC/IBconstCEv，在放大区基本不变。(2)穿透电流ICEO：ICEO=（1+）ICBO；式中ICBO相当于集电结的反向饱和电流。2）交流参数(1)共射交流电流放大系数β：=IC/IBconstCEv，在放大区值基本不变。当ICBO和ICEO很小时，≈，可以不加区分。(3)特征频率fT：三极管的值不仅与工作电流有关，而且与工作频率有关。由于结电容的影响，当信号频率增加时，三极管的将会下降。当下降到1时所对应的频率称为特征频率。3）极限参数和三极管的安全工作区（1）最大集电极电流ICM：当集电极电流增加时，就要下降，当值下降到线性放大区值的70～30％时，所对应的集电极电流称为最大集电极电流ICM。至于值下降多少，不同型号的三极管，不同的厂家的规定有所差别。可见，当IC＞ICM时，并不表示三极管会损坏。（2）最大集电极耗散功率PCM：PCM=iCuCE。对于确定型号的晶体管，PCM是一个定值。当硅管的结温大于150℃、锗管的结温大于70℃时，管子的特性明显变坏，甚至烧坏。（3）极间反向击穿电压：晶体管某一级开路时，另外两个电极之间所允许加的最高反向电压，即为极间反向击穿电压，超过此值管子会发生击穿现象。极间反向电压有三种：UCBO、UCEO和UEBO。由于各击穿电压中UCEO值最小，选用时应使其大于放大电路的工作电源VCC。共4页第8页（4）三极管的安全工作区：由PCM、ICM和击穿电压V(BR)CEO在输出特性曲线上可以确定四个区：过损耗区、过电流区、击穿区和安全工作区。使用时应保证三极管工作在安全区。请同学自行分析教材P213习题5.1.3。3.BJT的低频小信号等效模型三极管的交流输入电阻，对于小功率三极管可用近似公式计算如下：'bebbEQ26mVrr(1β)Ih参数即微变参数或交流参数，所以只适合对交流小信号的分析。h参数与工作点有关，在放大区基本不变。五、场效应