模拟电子讲义(doc20).docx

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1、模拟电子讲义第一章晶体二极管及应用电路一、半导体知识1．本征半导体·单质半导体材料是具有4价共价键晶体结构的硅（Si）和锗（Ge）（图1-2）。前者是制造半导体IC的材料（三五价化合物砷化镓GaAs是微波毫米波半导体器件和IC的重要材料）。·纯净（纯度>7N）且具有完整晶体结构的半导体称为本征半导体。在一定的温度下，本征半导体内的最重要的物理现象是本征激发（又称热激发或产生）（图1-3）。本征激发产生两种带电性质相反的载流子——自由电子和空穴对。温度越高，本征激发越强。·空穴是半导体中的一种等效载流子。空穴导电的本质是价电子依次填补本征晶格中的空位

2、，使局部显示电荷的空位宏观定向运动（图1-4）。·在一定的温度下，自由电子与空穴在热运动中相遇，使一对自由电子和空穴消失的现象称为载流子复合。复合是产生的相反过程，当产生等于复合时，称载流子处于平衡状态。2．杂质半导体·在本征硅（或锗）中渗入微量5价（或3价）元素后形成N型（或P型）杂质半导体（N型：图1-5，P型：图1-6）。·在很低的温度下，N型（P型）半导体中的杂质会全部电离，产生自由电子和杂质正离子对（空穴和杂质负离子对）。·由于杂质电离，使N型半导体中的多子是自由电子，少子是空穴，而P型半导体中的多子是空穴，少子是自由电子。·在常温下，多

3、子>>少子（图1-7）。多子浓度几乎等于杂质浓度，与温度无关；两少子浓度是温度的敏感函数。·在相同掺杂和常温下，Si的少子浓度远小于Ge的少子浓度。3．半导体中的两种电流在半导体中存在因电场作用产生的载流子漂移电流（这与金属导电一致）；还存在因载流子浓度差而产生的扩散电流。4．PN结·在具有完整晶格的P型和N型材料的物理界面附近，会形成一个特殊的薄层——PN结（图1-8）。·PN结是非中性区（称空间电荷区），存在由N区指向P区的内建电场和内建电压；PN结内载流子数远少于结外的中性区（称耗尽层）；PN结内的电场是阻止结外两区的多子越结扩散的（称势垒层

4、或阻挡层）。·正偏PN结（P区外接高于N区的电压）有随正偏电压指数增大的电流；反偏PN结（P区外接低于N区的电压），在使PN结击穿前，只有其值很小的反向饱和电流。即PN结有单向导电特性（正偏导通，反偏截止）。·PN结的伏安方程为：，其中，在T=300K时，热电压mV。·非对称PN结有结（P区高掺杂）和结（N区高掺杂），PN结主要向低掺杂区域延伸（图1-9）。二、二极管知识·普通二极管内芯片就是一个PN结，P区引出正电极，N区引出负电极（图1-13）。·在低频运用时，二极的具有单向导电特性，正偏时导通，Si管和Ge管导通电压典型值分别是0.7V和0.

5、3V；反偏时截止，但Ge管的反向饱和电流比Si管大得多（图1-15）。·低频运用时，二极管是一个非线性电阻，其交流电阻不等于其直流电阻。二极管交流电阻定义：·稳压管电路设计时，要正确选取限流电阻，使稳压管在一定的负载条件下正常工作。二极管交流电阻估算：·二极管的低频小信号模型就是交流电阻，它反映了在工作点Q处，二极管的微变电流与微变电压之间的关系。·二极管的低频大信号模型是一种开关模型，有理想开关、恒压源模型和折线模型三种近似（图1-20）。三、二极管应用1．单向导电特性应用·整流器：半波整流（图1-28），全波整流（图P1-8a），桥式整流（图P

6、1-8b）·限幅器：顶部限幅，底部限幅，双向限幅（图·钳位电路*·通信电路中的应用*：检波器、混频器等2．正向导通特性及应用P1-9）二极管正向充分导通时只有很小的交流电阻，近似于一个0.7V（Si管）或0.3V（Ge管）的恒压源。3．反向击穿及应用·二极管反偏电压增大到一定值时，反向电流突然增大的现象即反向击穿。·反向击穿的原因有价电子被碰撞电离而发生的“雪崩击穿”和价电子被场效激发而发生的“齐纳击穿”。·反向击穿电压十分稳定，可以用来作稳压管（图1-33）。4．高频时的电容效应及应用·高频工作时，二极管失去单向导电特性，其原因是管内的PN

7、结存在电容效应（结电容）。·结电容分为PN结内的势垒电容与PN结两侧形成的扩散电容。·随偏压的增大而增大，与正偏电流近似成正比。·反偏二极管在高频条件下，其等效电路主要是一个势垒电容。利用这一特性的二极管称为变容二极管。变容二极管在通信电路中有较多的应用。第二章双极型晶体三极管（BJT）一、BJT原理·双极型晶体管（BJT）分为NPN管和PNP管两类（图2-1，图2-2）。·当BJT发射结正偏，集电结反偏时，称为放大偏置。在放大偏置时，NPN管满足；PNP管满足。·放大偏置时，作为PN结的发射结的VA关系是：（NPN），（PNP）。·在BJT为放大

8、偏置的外部条件和基区很薄、发射区较基区高掺杂的内部条件下，发射极电流将几乎转化为集电流，而基极电流较小。·在放大偏置时，定