模拟电路基础知识2

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1、模拟电路基础知识第一章半导体二极管及其应用1、纯净的单晶半导体成为本征半导体。本征半导体中有两种载流子：电子和空穴。本征半导体受外界能量（热能、电能和光能等）激发，产生电子、空穴对的过程成为本征激发。2、在本征半导体中，有选择地掺入少量其他元素，会使其导电性能发生显著变化。掺入杂质的半导体成为杂质半导体。在本征硅（或锗）中掺入少量的五价元素，如磷、砷、锑等，就得到N型半导体。在本征硅（或锗）中掺入少量的三价元素，如硼、铝、铟等，就得到P型半导体。3、如果使P型半导体和N型半导体结合在一起，在其交界面处就会形成一个很薄的特殊物理层，称为PN结。4、由于存在浓度差引起的载流子从高浓度区域向低浓度区

2、域的运动称为扩散运动。在内电场的作用下，N区的少子（空穴）向P区漂移，P区的少子（电子）向N区漂移。这种载流子的运动称为漂移运动。多子的扩散运动和少子的漂移运动相互制约，最终扩散电流和漂移电流达到动态平衡。5、将PN结的P区接电源正极，N区接电源负极，称为PN结外加正向电压或正向偏置。PN结正向偏置时，外电场与内电场方向相反，破坏了PN结的动态平衡，使得多子扩散运动大大增强。将PN结的P区接电源负极，N区接电源正极，称为PN结外加反向电压或反向偏置。PN结反向偏置时，外电场与内电场方向相同，阻止了多子的扩散运动，促进了漂移运动，形成漂移电流，在外电路中形成流入N区的电流，称为反向饱和电流。6P

3、N结的伏安特性对温度变化很敏感，当温度上升时，正向特性左移，反向特性下移。也就是说，在相同的偏压下，温度越高，电流越大。具体变化规律是：保持正向电流不变时，温度每升高C，结电压减少约。温度每升高0，反向饱和电流增大一倍。7、当PN结的外加反向电压增大到一定值时，反向电流急剧增大，这种现象称为PN结的反向击穿，发生击穿时的反向电压称为PN结的反向击穿电压。8、在外加电压发生变化时，PN结耗尽层内的空间电荷量和耗尽层外的载流子数量均发生变化，这种电荷量随外加电压变化的电容效应，称为PN结的结电容。PN结的耗尽层具有不能移动的带电离子，我们把耗尽层电荷量随外加电压变化而变化的电容效应，称为势垒电容。

4、用CT表示。我们把外加电压改变引起扩散区内存储电荷量变化的电容效应，称为扩散电容。用CD表示。9、由于PN结的CT和CD均等效地并接在PN结上，因此PN结上的总电容Cj为两者之和，即Cj=CT+CD。PN结正偏时，扩散电容占主导，其值通常为几十到几百pF；反偏时，势垒电容占主导，其值通常为几到几十pF。由于CT和CD均不大，因此在低频工作时，忽略他们的影响。10、将PN结加上两根电极引线并封装在管壳中便构成了半导体二极管，二极管根据工艺不同分为点接触型二极管、面接触型二极管和平面型二极管。11、与PN结相同，二极管具有单向导电性。但由于二极管存在引线电阻、P区和N区体电阻，所以在外加正向电压相

5、同的情况下，二极管的正向电流要小于PN结的电流，在大电流的情况下，P区、N区体电阻和引线电阻的作用趋于明显，使得电流与电压近似呈线性关系。12、当正向电压较小时，流过二极管的正向电流几乎为零。正向电压超过某一数值时，正向电流才明显增加。这一电压称为导通电压。用UD（on）表示。导通电压的大小与二极管的材料及温度等因素有关。室温下，硅管的UD（n）=0.60.8V,锗管的UD（n）=0.10.3V。13、半导体二极管的主要参数：（1）直流电阻Rd：当二极管外加直流偏置电压UD时，将有一直流电流ID，此时二极管等效为一个直流电阻RD，且RD=UD/ID。Rd不是恒定值，呈现非线性。正向的RD随工作

6、电流增大而减少，反向的RD随反向电压增大而增大。（2）交流电阻rD:二极管在外加直流电压的基础上，再外加微小的变化电压厶u，也会引起电流的微小变化量：，此时二极管可以等效为一个交流电阻rD，且rD=u/i=UT/IDQ。（3）最大整流电流IFM:IFM指二极管长期工作时，允许通过的最大正向平均电流。其大小由PN结的结电压和外界散热条件决定。（4）最大反向工作电压URm：Urm指二极管工作时所允许加的最大反向电压，超过此值容易发生方向击穿。通常取UBR的一半作为Urm。（5）反向电流IR:指二极管未击穿时的反向电流。IR越小，单向导电性能越好。IR与温度密切相关。（6）最高工作频率fM:fM是与

7、结电容有关的参数。工作频率超过fM时，二极管的单向导电性能变坏。14、流过PN结的电流i和外加电压u之间的关系为：iI3/kT-1）I（e“匕1）。其中，反SS向饱和电流IS的大小与PN结的材料、制作工艺、温度等有关；UT称为温度的电压当量，UT=kT/q，式中，k为波尔兹曼常数；q为单位电子电荷量；T为热力学温度。在常温（T=300K）下，UT=26mV。15、半导体二极管的电路模型:（1）理想模型:理想二极管模型是一种简单又常用的模型。当正向偏置时，二极管导通，有较大的正向电流，其导通压降为零；在反向偏置时，二极管截止，反向电流为零。可以把理想二极管想象为一个开关，二极管导通相当于开关闭合

8、，二极管截止相当于开关打开。2）恒压降模型:在相当多的情况下，二极管本身的导通压降不能忽略。这时，可以采用理想二极管串联电压源的模型，即恒压降模型。电压源为二极管的导通电压，通常硅管取0.7V，锗管取0.3V。(3)折线模型：二极管导通后的特性曲线可用一条斜线来近似，即电压与电流呈线性关系。斜线斜率为1d(n),U(on)一般为几十欧姆。二极管截止时反向电流为零。因此等效电路是理想二极管串联电压源和电阻。这种模型在大信号作用时，准确程度更高。(4)小信号模型：以上三种模型通常是二极管工作在大信号模型时的等效模型。在模拟电子线路中，二极管的电压和电流经常是在某一固定点附近作小范围的变化。这时，主

9、要是对其变化量进行分析，以上几种模型就不再适用了，需要使用二极管的交流电阻来等效。16、二极管基本应用电路：(1) 二极管整流电路：电压为正半周时，二极管导通；为负半周时，二极管截止。称为半波整流，可用于信号检测，也是直流电源的一个组成部分。(2) 二极管限幅电路：(3) 二极管开关电路：利用二极管的单向导电性来接通或断开电路，在数字电路中得到广泛的应用。17、稳压二极管：稳压二极管的正、反向特性与普通二极管基本相同。区别仅在于击穿后，特性曲线更加陡峭。稳压二极管工作在击穿区，电流在很大范围内变化时，其两端电压基本不变，具有稳定性。在使用时，通过加限流电阻等措施使反向电流限制在一定的数值内，就

10、可以保证PN结的温度不超过允许的数值，而不至于损坏。这样就利用“击穿现象”达到“稳压”目的。第二章三极管及其放大电路1、三极管的结构：三极管由两个PN结组成，两个PN结之间由很薄的中间区隔开。根据排列方式的不同，有NPN和PNP两种类型。以NPN管为例，三极管中间区域为P型半导体，称为基区。其两侧的异型区（N型）分别称为发射区和集电区。三个区各引出一个电极，分别为基极（b）、发射极（e）和集电极（c）。基区和发射区之间形成的PN结，称为发射结，基区和集电区之间形成的PN结，称为集电结。三极管的符号中，发射极的箭头方向表示发射结正向偏置时的实际电流方向。发射区相对基区重掺杂；基区很薄；集电结面积

11、尽量大。2、集电区和基区本身的少子在集电结反向电压作用下，向对方漂移形成反向饱和电流ICBO,ICBO的大小取决于少子的浓度，受温度影响很大。ICBo是发射结开路时集电结的反向饱和电流。共基直流放大倍数a=（IC-ICBO）/IEIC/IE共射直流放大倍数PIc-【CBO）（+【CBOC/【BIEIC+IBpaaapp3、共射电路的输出特性曲线可分为4个区域：放大区、饱和区、截止区和击穿区。若调节UBB和Ucc的大小，使发射结正偏、集电结反偏，则晶体管工作在放大区。在放大区,基极电流对集电极电流有很强的控制作用：Ic邙IB，UCE的变化对的Ic影响很小。当UBB和ucc的取值使晶体管的发射结正

12、偏，集电结也正偏，则晶体管工作在饱和区。通常把集电结零偏时对应点的连线称为临界饱和线。在饱和区，Ic不受IB的控制，随着uCE的减少，Ic迅速减少。两个结均为反偏时，晶体管工作在截止区。工程上将IB=0曲线以下区域称为截止区，在截止区，各极电流都很小，三个电极之间近似开路。当UCE足够大时，同二极管一样晶体管也会发生反向击穿，Ic迅速增大。4、直流p和交流P是两个不同的参数，物理意义不同，但在一定的集电极电流变化范围内，他们的数值相等。直流量：字母大写，下标大写，如：IC、IB、UCE、Ube交流量：字母小写，下标小写，如：ic、ib、uce、ube交流量的有效值：字母大写，下标小写，如：Ic

13、、Ib、Uce、Ube瞬时值（直流量与交流量的叠加量）：字母小写，下标大写，如iC、iB、uCE、uBE5、晶体管的主要参数：（1）反向饱和电流：Icbo表示发射极开路时，集电极和基极之间的反向饱和电流。Icbo的下标O表示open，代表第三个电极e开路。ICEO表示基极开路时，集电极和发射极之间的电流。Iceo=（1+0）ICBo，因为Iceo和Icbo都是由少数载流子的运动形成的，所以对温度非常敏感。当温度升咼时，【Ceo和【CB0将急剧增大。（2）反向击穿电压：U（Br）ceo指基极开路时，集电极和发射极间的反向击穿电压。U（br）cbo指发射极开路时，集电极和基极间的反向击穿电压。U（br）cbo比U（br）ceo大的多，U（br）cbo一般有几十伏，U（br）ceo只有几伏。（3）最大允许集电极电流ICM：0与Ic的大小有关，随着Ic的增大，0值会减少。一般Icm指0下降到正常值的2/3时所对应的集电极电流。当icicm时，虽然管子不至于损坏，但0值已经明显减小。（4）最大允许集电极功耗PCM:晶体管的PCM、Icm和U（br）ceo三个极限参数，规定了晶体管的允许运行范围，称为晶体管的安全工作区。