模拟电子技术基础总结.doc

第一章晶体二极管及应用电路一、·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***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,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。·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。(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。·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,;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、·整流器:半波整流(图1-28),全波整流(图P1-8a),桥式整流(图P1-8b)·限幅器:顶部限幅,底部限幅,双向限幅(图P1-9)·钳位电路*·通信电路中的应用*:检波器、,(Si管)(Ge管)的恒压源。·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)。·高频工作时,二极管失去单向导电特性,其原因是管内的PN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,定义了(是由转化而来