模电知识总结

第一部分半导体的基本知识二极管、三极管的结构、特性及主要参数；掌握饱和、放大、截止的基本概念和条件。1、导体导电和本征半导体导电的区别：导体导电只有一种载流子：自由电子导电半导体导电有两种载流子：自由电子和空穴均参与导电自由电子和空穴成对出现，数目相等，所带电荷极性不同，故运动方向相反。2、本征半导体的导电性很差，但与环境温度密切相关。3、杂质半导体（1）N型半导体——掺入五价元素（2）P型半导体——掺入三价元素4、PN结——P型半导体和N型半导体的交界面在交界面处两种载流子的浓度差很大；空间电荷区又称为耗尽层反向电压超过一定值时，就会反向击穿，称之为反向击穿电压5、PN结的单向导电性——外加电压正向偏置反向偏置6、二极管的结构、特性及主要参数（1）P区引出的电极——阳极；N区引出的电极——阴极其中，Is为反向电流，Uon为开启电压，硅的开启电压——0.5V，导通电压为0.6~0.8V，反向饱和电流0.1μA，锗的开启电压——0.1V，导通电压为0.1~0.3V，反向饱和电流几十μA。（2）主要参数1）最大整流电流I：最大正向平均电流2）最高反向工作电流U：允许外加的最大反向电流，通常为击穿电压U的一半3）反向电流I：二极管未击穿时的反向电流，其值越小，二极管的单向导电性越好，对温度越敏感4）最高工作频率f：二极管工作的上限频率，超过此值二极管不能很好的体现单向导电性7、稳压二极管在反向击穿时在一定的电流范围内（或在一定的功率耗损范围内），端电压几乎不变，表现出稳压特性，广泛应用于稳压电源和限幅电路中。（1）稳压管的伏安特性温度升高时，二极管的正向特性曲线将左移，反向特性曲线下移。二极管的特性对温度很敏感。（2）主要参数1）稳定电压U：规定电流下稳压管的反向击穿电压2）稳定电流I：稳压管工作在稳定状态时的参考电流。电流低于此值时稳压效果变坏，甚至根本不稳压，只要不超过稳压管的额定功率，电流越大稳压效果越好。【附加】限流电阻：由于稳压管的反向电流小于I时不稳定，大于最大稳定电流时会因超过额定功率而烧坏，故要串联一个限流电阻保证稳压管正常工作。3）额定功率P：等于稳定电压U与最大稳定电流I的乘积。超过此值时稳压管会因为结温度过高而损坏。4）动态电阻r：在稳压区，端电压变化量与电流变化量之比。r越小，说明电流变化时稳定电压的变化越小，稳压特性越好。5）温度系数α：表示电流不变时，温度每变化1℃稳压值的变化量，即α=△U/△T。U4V时，α为负值，即温度升高时稳定电压值下降；U7V时，α为正值，即温度升高时稳定电压值上升；4U7V时，α很小，近似为零，性能稳定。7、双极型晶体管——晶体三极管——半导体三极管——晶体管的结构、特性及主要参数主要以NPN型硅管为例讲解放大作用、特性曲线和主要参数放大是对模拟信号最基本的处理。晶体管是放大电路的核心元件，它能控制能量的转换，将输入的任何微小变化不失真地放大输出，放大的对象是变化量。Ie：发射区杂质浓度高，基区杂质浓度低，大量自由电子越过发射结到达基区。Ib：基区很薄，杂质浓度低Ic：集电结外加反向电压且结面积较大，基区的非平衡少子越过集电结到达集电区，形成漂移电流。可见，在Vcc的作用下，漂移运动形成集电极电流Ic。（2）特性曲线（3）主要参数1)直流参数①共射直流电流系数β②共基直流电流放大系数α③极间反向电流——硅管的温度稳定性比锗管的好发射极开路时集电结的反向饱和电流——Icbo基极开路时集电极与发射极间的穿透电流——IceoP区很薄且杂质浓度很低，发射区-上层的N区杂质浓度很高，集电区-下层的N区面积很大——上述三个区域的特点与晶体管的外特性紧密相关。2）交流参数①共射交流电流系数β②共基交流电流放大系数α③特征频率fT——使β下降到1的信号频率称为特征频率3）极限参数——为使晶体管安全工作对它的电压、电流和功率耗损的限制①最大集电极耗散功率P——是一个确定的值决定于晶体管的温升。P=iu=常数②最大集电极电流I使β明显减小的i即为I③极间反向击穿电压第二部分基本放大电路及多级放大电路晶体管放大电路的组成和工作原理。掌握图解分析法和等效模型分析法。掌握放大电路的三种组态及性能特点。电路的三种耦合方式及特点，动态和静态的分析方法。1、放大的概念放大的前提是不失真，即只有在不失真的情况下放大才有意义。晶体管和场效应管是放大电路的核心元件。任何稳态信号都可以分解为若干频率正弦信号的叠加，所以放大电路以正弦波为测试信号。2、基本共射放大电路的工作原理（1）设置静态工作点的必要性1）静态工作点——I、I、U2）原因不设置静态工作点会使输出电压严重失真，输出电压也毫无变化。Q点不仅会影响电路是否会产生是真，还会影响着放大电路几乎所有的动态系数。（2）工作原理及波形分析所以选择合适的静态工作点才不会使输出波形产生非线性失真。基本共射放大电路的电压放大作用是利用晶体管的电流放大作用，并依靠Rc将电流的变化转化成电压的变化来实现。3、放大电路的组成原则（1）组成原则1）必须根据所用放大管的类型提供直流电源，以便设置合适的静态工作点并做为输出的能源。2）电阻取值适当，与电源配合，使放大管有合适的静态工作电流。3）输入信号必须能够作用于放大管的输入回路。4）当负载接入时，必须保证放大管输出回路的动态电流能够作用于负载，从而使负载获得比输入信号大得多的信号电流或信号电压。（2）常见的两种共射放大电路1）直接耦合共射放大电路电路中信号源与放大电路，放大电路与负载电阻均直接相连，故称其为“直接耦合”。2）阻容耦合共射放大电路由于C1用于连接信号源与放大电路，电容C2用于连接放大电路与负载，在电子电路中起连接作用的电容就称为耦合阻容。4、放大电路的分析方法——求静态工作点和各项动态参数（1）直流通路与交流通路直流通路——研究静态工作点：电容视为开路；电感线圈视为短路；信号源视为短路，但要保留其内阻。交流通路——研究动态参数：容量大的电容（如耦合电容）视为短路；无内阻的直流电源（如+Vcc）视为短路。（2）图解法——多分析Q点位置、最大不失真电压和失真情况（3）等效电路法1）晶体管的直流模型及静态工作点的估算法直流模型2）晶体管共射h参数等效模型——只能用于放大电路动态小信号参数的分析共射h参数等效模型（4）静态工作点稳定的必要性1）影响Q点不稳定的因素中温度对晶体管参数的影响最大。2）稳定静态工作点的措施——利用负反馈或温度补偿5、晶体管单管放大电路的三种基本接法及性能特点接法的判断：输入电压和输出电压的公共端组态性能共射组态共集组态共基组态.Ai大大小.Au大小小Ri中rbe大rbe+(1+β)Re’小rbe/(1+β)Ro中rce小(rbe+Rs’)/(1+β)大(1+β)rce频率响应差较好好6、多级放大电路的耦合方式、特点，动态和静态分析方法（1）三种：直接耦合、阻容耦合、变压耦合1）直接耦合前一级的输出端直接连接到后一级的输入端。直接耦合多级放大电路常采用的是NPN和PNP型管混合使用的方法，在图（d）中，为使T2工作在放大区，T2管的集电极电位应该低于T1管的集电极电位。优点：具有良好的低频特性，可以放大变化缓慢的信号；没有大容量的电容，便于集成。缺点：静态工作点相互影响，带来一定困难；有零点漂移现象。【附加】零点漂移：输入电压为零时而输出电压不为零且有缓慢变化。，温度是主要原因，故又称其为温度漂移。2）阻容耦合前一级的输出端通过电容连接到后一级的输入端优点：各级静态工作点相互独立；适合于信号频率较高的电路。缺点：低频性能差，不能放大变化缓慢的信号，不易于集成。3）变压器耦合将前一级的输出端通过变压器接入到后一级的输入端或负载电阻上。优点：各级静态工作点相互独立，可实现阻抗变换。缺点：低频性能差，不能放大变化缓慢的信号，不易于集成。（2）多级放大电路的动态分析上式即为多级放大电路的电压放大倍数输入电阻为第一级的输入电阻：Ri=Ri1输出电阻为最后一级的输出电阻：Ro=Ron【注意】当共集放大电路做为第一级时，它的输入电阻与其负载，即第二级的输入电阻有关；当共集放大电路作为最后一级时，它的输出电阻与其信号源内阻，即倒数第二级的输出电阻有关。当多级放大电路的输出波形产生失真时，首先确定是哪一级失真，再判断是饱和失真还是截止失真。T1：共射T2：共集第三部分反馈和反馈放大电路反馈的基本概念：正、负反馈；电压、电流、串联、并联负反馈；掌握反馈类型和极性判断，引入负反馈对放大性能的影响。估算深度负反馈电路的输出、输入间的关系。第四部分运算电路比例、加减、微积分线性运算电路。应熟练掌握其工作原理和输出、输入间的关系的分析。一般了解对数、指数运算电路的工作原理及一阶、二阶有源滤波器的电路组成、频率特性。1、理想运放的两个工作区其工作区域只有两个：线性区和非线性区下面介绍的各电路中，集成运放均工作在线性区。（1）理想运放的性能指标1）开环差模增益（放大倍数）Aod=∞；2）差模输入电阻Rid=∞；3）输出电阻Ro=0；4）共模抑制比KCMR=∞；5）上限截止频率fH=∞；6）失调电压UOI、失调电流IOI和它们的温漂dUOI/dT(℃)、dIOI/dT(℃)均为零，且无任何内部噪声。（2）理想运放在线性工作区1）特点：①虚短路：两个输入端电位无穷接近但又不是真正短路。由；Aod=∞；uO为有限值可得到，即。②虚断路：两个输入端的电流趋于零但又不是真正断路因为净输入电压为零，又因为理想运放的输入电阻为无穷大，所以两个输入端的输入电流也均为零，即2）集成运放工作在线性区的电路特征对理想运放，由于Aod=∞，因而若输入端之间加无穷小电压，则输出电压将超出其线性范围，因而电路中引入了负反馈，才得以保证了集成运放工作在线性区，集成运放工作在线性区的特征就是电路引入了负反馈——可以用是否引入了负反馈来判断电路是否工作在线性区。（3）理想运放的非线性工作区若集成运放不是处于开环状态（即没有引入反馈），就只是引入了正反馈，则表明集成运放工作在非线性区。2、基本运算电路在运算电路中，以输入电压作为自变量，以输出电压作为函数；当输入电压变化时，输出电压将按一定的数学规律变化，即输出电压反映输入电压某种运算的结果。因此，集成运放必须工作在线性区，在深度负反馈条件下，利用反馈网络能够实现各种数学运算。介绍比例、加减、积分、微分、对数、指数等基本运算电路。在运算电路中，无论输入电压，还是输出电压，均是对“地”而言。（1）比例运算电路1）反相比例运算电路①基本电路引入电压并联负反馈；R’为补偿电阻，以保证集成运放输入级差分放大电路的对称性；其值为uI=0（即将输入端接地）时反相输入端总等效电阻，即R’=R/Rf。“虚地”—。得到输出电压和输入电压的关系：负号表明：uI与uO是反相。因为电路引入了深度电压负反馈，且1+AF=∞，所以输出电阻Ro=0，电路带负载后运算关系不变。因为输入端和地之间看进去的等效电阻等于输入端和虚地之间看进去的等效电阻，所以电路的输入电阻Ri=R。为得到更大的输出电压从而获得较大的比例系数，引入T形网络反相比例运算电路。②T形网络反相比例运算电路电阻R2、R3、R4构成英文字母T。节点N的电流方程：对理想运放，由于差模增益无穷大，只要同相输入端和反相输入端之间有无穷小的差值电压，输出电压就将达到正的最大值或负的最大值，即uo与输入电压（up-uN）不再是线性关系，其电压传输特性如图有两个特点：1）输出电压只有两种可能：UOM或-UOM。2）——虚断节点M的电位及R3和R4的电流，输出电压及整理式为：因为R3的引入是反馈系数减小，所以为保证足够的反馈深度，应选用开环增益更大的集成电路。2）同相比例运算电路输入端和接地端互换，电路引入电压串联负反馈，故可认为输入电阻无穷大，输出电阻为零。根据“虚短”和“虚断”的概念，得到：输出电压为：得到uI与uO同相。虽然此电路有高输入电阻、低输出电阻的优点，但因为集成运放有共模输入，所以为了提高运算精度，应当选用高共模抑制比的集成运放。3）电压跟随器若将电压的