模拟电子技术基础笔记

精品文档 1欢迎下载 第一章 常用半导体器件 1 Q A 1 1 1 半导体基础知识 1 1 1 1 本征半导体 1 1 1 2 杂质半导体 2 1 1 3 PN 结 2 1 2 半导体二极管 4 1 2 1 二极管常见结构 4 1 2 3 二极管的主要参数 5 1 2 5 稳压二极管 5 1 2 6 其他类型二极管 5 1 3 晶体三极管 6 1 3 1 晶体管的结构和类型 6 1 3 2 晶体管的放大作用 6 1 3 3 晶体管的共射特性曲线 7 1 3 4 晶体管的主要参数 7 1 4 场效应管 8 1 4 1 结型场效应管 8 1 4 2 绝缘栅型场效应管 10 第二章 基本放大电路 13 2 1 放大的概念和放大电路的主要性能指标 13 2 3 放大电路的分析方法 14 精品文档 2欢迎下载 第一章第一章 常用半导体器件常用半导体器件 Q A Q A 1 11 1 半导体基础知识半导体基础知识 1 1 11 1 1 本征半导体本征半导体 导体形成电流 导体一般为低价元素 最外层的点子极易挣脱原子核的束缚成为自由电子 在外电场的作用下产生定向移动而产生电流 高价元素对电子的束缚力强 外层电子很难挣脱 所以是绝缘体 半导体用的硅和锗属于 4 价元素 介于导体和绝缘体中间 共价键 4 4 4 4 精品文档 3欢迎下载 共价键中的电子跑出来之后就成为自由电子 在原位置形成空穴 空穴电流和电子电流 自由电子的定向移动形成电子电流 电子的移动过程中 电子将以一 定的方向依次的填补空穴导致空穴也定向产生移动 故而产生空穴电流 半导体相比导体的 一个特殊性就是半导体有两种载流子 空穴和电子 而导体只有电子 本征半导体载流子的浓度公式 ni pi 1 3 2 0 2 其中 ni 和 pi 为电子和空穴的浓度 k 为波尔兹曼常数 8 63 10 5eV K EG0为热力学零度时破坏共价键所需的能量 又称禁断宽度 硅为 1 21eV 锗为 0 785eV K1是与半导体材料载流子有效质量 有效能级密度有关的常量 硅为 1 87 1016cm 3 k 3 2 锗为 1 76 常温时 T 300K 硅材料 ni pi 1 43 1010cm 3 锗材料 ni pi 2 38 1013cm 3 本征半导体对温度敏感 既可以用来做热敏和光敏器件 有是造成半导体温度稳定性差的原 因 从浓度公式可以看出 本征半导体的载流子浓度只和温度有关 温度越高 浓度越大 1 1 21 1 2 杂质半导体杂质半导体 N 型半导体 参杂 5 价元素 如磷 则在共价键之外形成了自由电子 P 型半导体 参杂 3 价元素 如硼 则共价键上形成空穴 参杂的浓度越高 则多子的浓度越高 导电能力越强 精品文档 4欢迎下载 1 1 31 1 3 PNPN 结结 PN 结 将 P 型半导体和 N 型半导体制作在同一硅片上 就形成了 PN 结 PN 结的平衡 PN 结合在一起的时候 电子用 N 扩散到 P 空穴相反 同时会形成空间电荷区 耗尽层 此电荷区的方向正好和电子扩散的方向相反 会使载流子形成漂移运动 当漂移 运动和扩散运动一样的时候 就形成了平衡 PN 结正偏 正电压加到 P 加大了扩散运动 削弱了内电场 所以 PN 结导通 靠电子的运动 形成电流 PN 结反偏 正电压加到 N 加大了内电场从而加大了漂移运动 削弱了扩散运动 但是少子 的数量极少 本征半导体激发 又被参杂的综合 所以漂移电流极少 所以 PN 结截止 PN 结电流方程 i 1 其中 为反向饱和电流 q 为电子电量 k 为波尔兹曼常数 如果将 kT q 用 UT代替 则 i 1 室温的时候 T 300K UT 26mV 精品文档 5欢迎下载 u 为正 即 PN 正偏的时候 u UT 则 i 即 i 和 u 成指数变化 u 为负 即 PN 结反偏的时候 u UT 则 I PN 结伏安特性图 反向击穿电压 UBR 反向击穿有两种 1 齐纳击穿 高浓度参杂时 耗尽区窄 不大的反向电压就可以在耗尽层形成大电场 直接 破坏共价键 产生电子空穴对 导致电流极具增大 2 雪崩击穿 低浓度参杂是 耗尽层宽 但当电压加到一定的程度是 电场使少数电子加速 漂移 与共价键中的价电子碰撞 产生电子空穴对 新产生的电子空穴对又去碰撞其他价 电子 引起雪崩效应 导致电流大大增加 从以上分析可知 高浓度参杂的击穿电压比较低 PN 结的结电容 一种是势垒电容 一种是扩散电容 势垒电容是耗尽层根据偏置电压的变化 而变化产生的 扩散电容是耗尽层电容浓度梯队变化产生的 1 21 2 半导体二极管半导体二极管 1 2 11 2 1 二极管常见结构二极管常见结构 二极管就是 PN 结 引线 精品文档 6欢迎下载 PN 结面积越大 允许通过的电流越大 二极管的伏安特性 温度升高 正向特性左移 反向特性下移 硅的导通电压为 0 6 0 8 锗的导通电压为 0 1 0 3 1 2 31 2 3 二极管的主要参数二极管的主要参数 最大整流电流 长期运行时允许通过的最大正向平均电流 和 PN 结面积有关 最高反向工作电压 UR 二极管工作中允许的最大反向电压 一般为 UBR的一半 反向电流 IR 二极管未击穿时的反向电流 IR越小 二极管的单向导电性越好 截止频率 FM 二极管上限截止频率 超过此值时 由于结电容的作用 二极管不能体现单向 导通性 1 2 51 2 5 稳压二极管稳压二极管 稳压二极管工作在击穿区 在一定的功耗范围内 电流的变化几乎不会引起电压的变化 当 然需要限制电流 比如加限流电阻 否则电流太大会烧坏管子 精品文档 7欢迎下载 主要参数有 稳定电流 IZ 小与 IZ将没有限流作用 大没关系 只要不烧坏管子 额定功耗 PZM 稳定电压与最大稳定电流的沉积 动态电阻 rZ rZ越小 稳压管稳压性能越好 因为电流的变化引起的电压变动小 温度系数 a UZ7V 的管子 属于雪崩击穿 温度越高 UZ越大 4V UZUON 发射区参杂浓度高 所以大量自由电子扩散运动到 达基区 扩散运动形成了发射极电流 IE 其中空穴从基极往发射极移动 但是因为基极参杂 浓度低 这个电流可以忽略 基极电流 IB 基区很薄 杂质浓度很低 集电极又加了反向电压 所以电子偏向于往集电极 移动 只有极少部分和空穴复合产生基极电流 IB 集电极电流 IC 集电结反偏 反偏的作用就是吸引从发射区扩散到基极的电子 漂移运动 形成了集电极电流 IC 精品文档 9欢迎下载 B a 1 1 3 31 3 3 晶体管的共射特性曲线晶体管的共射特性曲线 输入特性曲线 UCE一定的情况下 iB和 uBE直接的关系 UCE 0 是 和 PN 结的伏安特性类似 UCE增大 伏安特性右移 即相同的 UBE iB减少 因为 UCE变大 集电区收集电子能力加强 导致一部分电子越过基区到集电区 导致基区电流变小 另外当 UCE达到一定程度 收集电子 能力饱和之后 UCE再增大就不会使特性曲线右移了 UCE得比 UBE大吧 这样才能算是集电 结反偏吧 精品文档 10欢迎下载 输出特性曲线 IB为常量时 iC和 uCE之间的关系 1 截止区 uBEuBE 认为 iC 0 2 放大区 uBE uon且 uCE uBE uCE足够大 集电区收集电子能力饱和 iC只和 iB有关 这个 有个概念不能混淆 工作在放大区反而是集电区收集电子能力饱和 而工作在饱和区反而 是集电区收集电子能力没饱和 要注意 3 饱和区 uBE uon且 uCEUGS off 注意 此处 UGS为负的 UGD UGS 表面负的少 测试电流和 UDS成线性关系 恒流区 UDS UGS UGS off UGD UGS off 此时 ID基本受 UGS控制 场效应管做放大器用时 应 工作在恒流区 夹断区 s 端相比 g 端高太多 UGS UGS off 导致夹断了沟道 iD为 0 精品文档 13欢迎下载 转移特性 UDS为常量时 漏极电流 iD于 UGS的关系 iD IDSS 1 UGS off uGS 0 1 4 21 4 2 绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管 一共有 4 种 N 沟道增强型管 N 沟道耗尽型管 P 沟道增强型管 P 沟道耗尽型管 UGS 加正电压 吸引正离子靠近绝缘层 正离子排斥空穴从而加宽耗尽层 而正离子吸引电 子从而形成反型层 成为导电沟道 UGS 达到一定程度 UGS th 则会形成导电沟道 精品文档 14欢迎下载 然后再加 UDS 电压 则电子从 S 到 D 电流从 D 到 S 而且 越靠近 D 端 反偏电压越高 则 耗尽层越宽 UDS 高到使 UGD UGS th 时沟道关闭 这是管子进入恒流去 因为继续增大 UDS 不会让电流增加 因为加大的电压和沟道关闭导致的阻力抵消 电流不变 此时 电流 的大小仅和 UGS 相关 三个工作区 夹断区 可变电阻区和恒流区 可变电阻和恒流区的临界点是 UGD UGS th iD IDO 2 1 精品文档 15欢迎下载 IDO 是 UGS 2UGS th 时的电流 N 沟道耗尽型管就是在绝缘层加了正离子 不需要 UGS 的情况下就可以形成反型层 所以就 是 N 沟道增强型管子的转移特性往左移就是了 精品文档 16欢迎下载 精品文档 17欢迎下载 第二章第二章 基本放大电路基本放大电路 2 12 1 放大的概念和放大电路的主要性能指标放大的概念和放大电路的主要性能指标 输入电阻 输入电阻越大 表明放大电路从信号源索取的电流越小 放大电路所得到的输入 精品文档 18欢迎下载 电压越接近信号源 换言之 信号源内阻上的压降越小 信号的损失越小 输出电阻 输出电阻越小 负载电阻变化时 负载的电压变化越小 成为放大电路的带负载 能力越强 2 32 3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法 放大电路分析的目的就是求解静态工作点和各项动态参数 AU RI RO 直流通路 1 电容为开路 2 电感为短路 3 信号源当短路 但要保留电阻 交流通路 1 容量大的电容 如耦合电容 视为短路 2 无内阻的直流电源视为短路 分析放大电路时 应先静态 后动态 静态工作点用直流通路 动态参数用交流通路 简化的 h 参数模型 rbe rbb B rbb 手册上会写出 UT 26mv rbe有动态电阻的概念 在电流越大的情况下 发射结的动态电阻越小 精品文档 19欢迎下载 基本共射放大电路动态参数 1 Au Uo Ui 2 Ri Ui Ri Rb rbe 3 Ro Rc 对电子电路输出电阻进行分析时 可令信号源电压 Us 0 但保留内阻 Rs 然后在输出端加一 正弦波测试信号 Uo 必然产生动态电流 Io 则 Ro Uo Io 由于 rbe和 Q 点紧密相关 所以动态参数和 Q 点紧密相关 另外要指出 放大电路输入电阻和信号源内阻无关 输出电阻和负载无关 2 42 4 放大电路静态工作点的稳定放大电路静态工作点的稳定 温度上升 B 增大 IC增大 所谓的稳定 Q 点 通常指在环境温度发生变化时静态集电极电 精品文档 20欢迎下载 流 ICQ和管压降 UCEQ基本不变 可以引入反馈网络来达到目的 典型如下 这种将输出量通过一定的方式引回到输入回路来影响输入量的措施成为反馈 由于此