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 型半导体的交界面精品资料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。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0.60.8v ，反向饱和电流0.1 a，锗的开启电压0.1v ，导通电压为0.10.3v ，反向饱和电流几十a 。（ 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（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：表示电流不变时，温度每变化1 稳压值的变化量，即=u/t 。u7v 时， 为正值，即温度升高时稳定电压值上升； 4uunupun在电压比较器电路中，集成运放不是处于开环状态（即没有引入反馈），就是只引入了正反馈。（3） ）电压比较器的分类1） ）单限比较器电路只有一个阈值电压。过零比较器其阈值电压u t=0v 。为了限制集成运放的差模输入电压，保护其输入级，可加二极管限幅电路。而在实用电路中，为了满足负载的需要，常在集成运放的输出端加稳压管限幅电路，从而获得合适的 uoh 和 uol。r 为限流电阻，两只稳压管的稳定电压均小于集成运放的最大输出电压uom，且正向导通电压均为u d，当 ui0 时，由于集成运放的输出电压uo =+u om，故 dz1 工作在稳压状态，dz2 处于导通状态，uo=u oh =+（ uz1 +u d），反之， uo=u ol=-（ uz2 +u d）。若要求uz1 = u z2 ，则可以采用两只特性相同而又制作在一起的稳压管，稳定电压标为，当 ui0 时， uo=u ol=-u z。限幅电路的稳压管还可以跨接在集成运放的输出端和反相输入端之间： 假设稳压管截止，则集成运放必然工作在开环状态， 输出电压不是+u om 就是 -u om。这样， 必然导精品资料致稳压管击穿而工作在稳压状态，dz 构成负反馈电路，是反相输入端“虚地” ， 限流电阻上的电流等于稳压管的电流，输出电压uo=这种电路的优点：一，集成运放的净输入电压和净输入电流均近似于零，从而保护了输入级；二，集成运放没有工作到非线性区，因而输入电压过零时，其内部的晶体管不需要从截止区逐渐进入饱和区，或从饱和区逐渐进入截止区，所以提高了输出电压的变化速度。一般单限比较器根据叠加原理，集成运放反相输入端的电位，uref 为外加参考电压令 up=un=0 ，则阈值电压由上式可知：只要改变参考电压的大小和极性，以及两个电阻的阻值，就可以改变阈值电压的大小和极性；若要改变ui 过 ut 时 uo 的跃变方向， 则将同相输入端和反相输入端所接电路互换。精品资料综上所述，分析电压传输特性三个要素的方法是： 、通过集成运放输出端所接的限幅电路来确定电压比较器的输出低电平和输出高电平、写出集成运放同相输入端和反相输入端的电位up 、un 的表达式， 令 up=un ，解得的输入电压就是阈值电压。、uo 在 ui 过 u t 时的跃变方向决定于ui 作用于集成运放的那个输入端。例子：在图8.2.6 所示电路中，在图 8.2.7 中， r1=r2=5k ， 基准电压 uref =2v ，稳压管的稳定电压；它们的输入电压 均为（ a）所示的三角波，试画出图8.2.6 所示电路的输出电压uo1 和图8.2.7 所示电路输出电压uo22） ）滞回比较器电路有两个阈值电压，与单限比较器的相同之处在于：当输入电压单一方向变化时， 输出电压只跃变一次。单限比较器很灵敏，在阈值电压附近只要有微小变化就会引起输出电压的跃变，即抗干扰能力很差。而滞回比较器具有滞回性，即具有惯性，因而有一定的抗干扰能力。滞回比较器电路中引入了正反馈：很容易看出， ui=un ，令 up=un ，求出的ui 就是阈值电压u t，因此得到滞回比较器中引入了正反馈，加快了uo 的下降。若将电阻 r1 的接地端接参考电压u ref ，如图所示：其中，令 up=un ，求出的ui 就是阈值电压，因此得到改变参考电压的大小和极性，滞回比较器的电压传输特性将产生水平方向的移动； 改变稳压管的稳定电压可是电压传输特性产生垂直方向的移动。3） ）窗口比较器双限比较器电路有两个阈值电压，与前两种比较器的区别在于：当输入电压单一方向变化时，输出电压跃变两次。外加参考电压u rh u rl，电阻 r1 、r2 和稳压管dz 构成限幅电路。【总结】通过以上三个比较器的分析，可得到如下结论：在电压比较器中，集成运放多工作在非线性区，输出电压只有高电平和低电平两种可能情况一般用电压传输特性来描述输入电压和输出电压的函数关系。电压传输特性的三个要素是输出电压的高、低电平，阈值电压和输出电压的跃变方向。取决于限幅电路即 up=un 时求出的 ui取决于输入电压作用于同相输入端还是反相输入【附加】电压比较器可将模拟信号转化为为二值信号，即只有高电平和低电平两种状态的离散信号，因此电压比较器可作为模拟电路和数字电路的接口电路。4） ）集成电压比较器4、三种常用的非正弦波发生电路及波形变换电路（ 1 ）矩形波发生电路是其它非正弦波发生电路的基础当方波电压加载积分运算电路的输入端，输出获得三角波电压；而如果改变积分电路正向积分和反向积分的时间常数，使某一方向的积分常数趋于零，输出获得锯齿波电压。电路组成及工作原理只用两种状态： 高电平和低电平， 所以电压比较器是它的重要组成部分；因为产生振荡， 就是要求输出的两种状态自动地相互转换，所以电路必须引入负反馈；因为输出状态应按一定的时间间隔交替变化，即产生周期性变化，所以电路中要有延迟环节来确定每种状态维持的时间。如图：rc 回路既作为延迟环节，又作为反馈网络，通过 rc 充放电过程实现状态的自动转换。波形分析及主要参数电路中电容正向充电和反向充电的时间常数均为 r3c ，而且充电的总幅值也相等，因而一个周期内 uo=+uz 的时间和 uo=-uz 的时间相等， uo 为对称的方波，所以该电路为方波发生器。图中，矩形波的宽度 tk 与周期 t 之比称为占空比，因此 uo 是占空比的 1/2 的矩形波。由 uc（ t）=uc （ 0） -uc( )exp(-t/ )+uc( )可知 t 趋于无穷大时， uc 趋于+uz ，利用一阶 rc 电路的三要素法可列出方程+ut=（ uz+ u t）（ 1- exp(-t/ )） +（ - u t） 又 =r3c ，t=t/2 ，+-u t=+-r1/ （ r1+r2 ）uz得到振荡周期振荡频率f=1/t占空比可调电路可以想象要改变输出电压的占空比，就必须使电容正向和反向充电时间常数不同，即充电回路的参数不同，利用二极管的单向导电性可以引导电流流经不同的回路。上式表明改变电位器的滑动端可以改变占空比，但不能改变周期。（2） ）三角波发生电路电路组成在实际应用中，一般不采用上述波形，而是将方波发生电路中的rc 充、放电回路用积分运算电路来取代，滞回比较器和积分电路的输出互为另一个电路的输入。工作原理三角 波 - 方 波 发生 电 路的 波 形图振荡频率（3） ）锯齿波发生电路产生电路中的积分电路正向积分和反向积分的时间