1、第一章 常用半導體器件1Q&A:11.1 半導體基礎知識11.1.1 本征半導體11.1.2 雜質半導體21.1.3 PN結21.2 半導體二極管41.2.1 二極管常見結構41.2.3 二極管的主要參數51.2.5 穩壓二極管51.2.6 其他類型二極管51.3 晶體三極管61.3.1 晶體管的結構和類型61.3.2 晶體管的放大作用61.3.3 晶體管的共射特性曲線71.3.4 晶體管的主要參數71.4 場效應管81.4.1結型場效應管81.4.2 絕緣柵型場效應管10第二章 基本放大電路132.1 放大的概念和放大電路的主要性能指標132.3 放大電路的分析方法14第一章 常用半

2、導體器件Q&A:?1.1 半導體基礎知識1.1.1 本征半導體導體形成電流：導體一般為低價元素，最外層的點子極易掙脫原子核的束縛成為自由電子，在外電場的作用下產生定向移動而產生電流。高價元素對電子的束縛力強，外層電子很難掙脫，所以是絕緣體。半導體用的硅和鍺屬于4價元素，介于導體和絕緣體中間。共價鍵：共價鍵中的電子跑出來之后就成為自由電子，在原位置形成空穴。空穴電流和電子電流，自由電子的定向移動形成電子電流，電子的移動過程中，電子將以一定的方向依次的填補空穴導致空穴也定向產生移動，故而產生空穴電流，半導體相比導體的一個特殊性就是半導體有兩種載流子，空穴和電子，而導體只有電子。本征半導體載

3、流子的濃度公式：ni=pi=K1T32e-EG02kT其中：ni和pi為電子和空穴的濃度k為波爾茲曼常數（8.63*10-5eV/K）EG0為熱力學零度時破壞共價鍵所需的能量，又稱禁斷寬度（硅為1.21eV，鍺為0.785eV）K1是與半導體材料載流子有效質量，有效能級密度有關的常量（硅為1.87*1016cm-3*k-3/2, 鍺為1.76*）常溫時（T=300K），硅材料ni=pi=1.43*1010cm-3， 鍺材料ni=pi=2.38*1013cm-3本征半導體對溫度敏感，既可以用來做熱敏和光敏器件，有是造成半導體溫度穩定性差的原因。從濃度公式可以看出，本征半導體的載流子濃度只和溫度有

4、關，溫度越高，濃度越大。1.1.2 雜質半導體N型半導體：參雜5價元素（如磷），則在共價鍵之外形成了自由電子。P型半導體：參雜3價元素（如硼），則共價鍵上形成空穴。參雜的濃度越高，則多子的濃度越高，導電能力越強。1.1.3 PN結PN結：將P型半導體和N型半導體制作在同一硅片上，就形成了PN結。PN結的平衡：PN結合在一起的時候，電子用N擴散到P，空穴相反。同時會形成空間電荷區（耗盡層），此電荷區的方向正好和電子擴散的方向相反，會使載流子形成漂移運動，當漂移運動和擴散運動一樣的時候，就形成了平衡。PN結正偏：正電壓加到P，加大了擴散運動，削弱了內電場，所以PN結導通，靠電子的運動形成電流。PN

5、結反偏：正電壓加到N，加大了內電場從而加大了漂移運動，削弱了擴散運動，但是少子的數量極少（本征半導體激發，又被參雜的綜合），所以漂移電流極少，所以PN結截止。PN結電流方程：i = Is(equkT-1)其中 Is 為反向飽和電流 q為電子電量 k為波爾茲曼常數如果將kT/q 用UT代替，則i = Is(euUT-1)室溫的時候，T=300K，UT=26mVu為正，即PN正偏的時候，u>> UT，則i = IseuUT, 即i和u成指數變化。u為負，即PN結反偏的時候，u>> UT，則I = - IsPN結伏安特性圖：反向擊穿電壓（UBR）：反向擊穿有兩種，1. 齊納擊

6、穿：高濃度參雜時，耗盡區窄，不大的反向電壓就可以在耗盡層形成大電場，直接破壞共價鍵，產生電子空穴對，導致電流極具增大。2. 雪崩擊穿：低濃度參雜是，耗盡層寬，但當電壓加到一定的程度是，電場使少數電子加速漂移，與共價鍵中的價電子碰撞，產生電子空穴對，新產生的電子空穴對又去碰撞其他價電子，引起雪崩效應，導致電流大大增加。從以上分析可知，高濃度參雜的擊穿電壓比較低。PN結的結電容：一種是勢壘電容，一種是擴散電容。勢壘電容是耗盡層根據偏置電壓的變化而變化產生的。擴散電容是耗盡層電容濃度梯隊變化產生的。1.2 半導體二極管1.2.1 二極管常見結構二極管就是PN結+引線PN結面積越大，允許通過的電流越大

7、。二極管的伏安特性： 溫度升高，正向特性左移，反向特性下移硅的導通電壓為0.60.8，鍺的導通電壓為0.10.31.2.3 二極管的主要參數最大整流電流：長期運行時允許通過的最大正向平均電流，和PN結面積有關最高反向工作電壓UR：二極管工作中允許的最大反向電壓，一般為UBR的一半反向電流IR：二極管未擊穿時的反向電流。IR越小，二極管的單向導電性越好截止頻率FM： 二極管上限截止頻率，超過此值時，由于結電容的作用，二極管不能體現單向導通性1.2.5 穩壓二極管穩壓二極管工作在擊穿區，在一定的功耗范圍內，電流的變化幾乎不會引起電壓的變化。當然需要限制電流，比如加限流電阻，否則電流太大會燒壞管子。

8、主要參數有：穩定電流IZ：小與IZ將沒有限流作用。大沒關系，只要不燒壞管子。額定功耗PZM：穩定電壓與最大穩定電流的沉積。動態電阻rZ：rZ越小，穩壓管穩壓性能越好，因為電流的變化引起的電壓變動小。溫度系數a：UZ<4V的管子屬于齊納擊穿，有負溫度特性，溫度越高，UZ越小，UZ>7V的管子屬于雪崩擊穿，溫度越高，UZ越大，4V<UZ<7V的管子，溫度系數非常小，齊納和雪崩都有。1.2.6 其他類型二極管發光二極管：開啟電壓比一般二極管大，紅色的在1.61.8V，綠色的為2V，正向電流越大，發光越強。光電二極管：無光照時，和普通二極管一樣，正偏時，電流和電壓呈指數關系，反

9、偏時電流稱為暗電流。有光照時，特性曲線往下移，照度一定時，光電二極管可等效成恒流源。照度越大，光電流越大，在光電流大于幾十微安時，與照度呈線性關系。1.3 晶體三極管1.3.1 晶體管的結構和類型晶體管結構（NPN）：中間的p區稱為基區，很薄且雜質濃度很低b上層的N區為發射區，摻雜濃度很高e下層的N區為集電區，面積很大c發射極和基極的PN結為發射結集電極和基極的PN結尾集電結1.3.2 晶體管的放大作用共射放大電路條件，發射結正偏，集電結反偏晶體管的放大作用表現在小的基極電流可以控制大的集電極電流。發射極電流IE：發射結正偏（uBE >UON），發射區參雜濃度高，所以大量自由電子擴散運動

10、到達基區。擴散運動形成了發射極電流IE。其中空穴從基極往發射極移動，但是因為基極參雜濃度低，這個電流可以忽略。基極電流IB：基區很薄，雜質濃度很低，集電極又加了反向電壓，所以電子偏向于往集電極移動。只有極少部分和空穴復合產生基極電流IB。集電極電流IC：集電結反偏，反偏的作用就是吸引從發射區擴散到基極的電子（漂移運動），形成了集電極電流ICB = iCiB, a = iCiE = BB+11.3.3 晶體管的共射特性曲線輸入特性曲線：UCE一定的情況下，iB和uBE直接的關系。UCE=0是，和PN結的伏安特性類似。UCE增大，伏安特性右移，即相同的UBE，iB減少，因為UCE變大，集電區收集電

11、子能力加強，導致一部分電子越過基區到集電區，導致基區電流變小。另外當UCE達到一定程度，收集電子能力飽和之后，UCE再增大就不會使特性曲線右移了。（UCE得比UBE大吧，這樣才能算是集電結反偏吧？）輸出特性曲線：IB為常量時， iC和uCE之間的關系。1. 截止區：uBE<uon且uCE>uBE 。認為iC=0。2. 放大區：uBE>uon且uCE>uBE, uCE足夠大，集電區收集電子能力飽和，iC只和iB有關，這個有個概念不能混淆，工作在放大區反而是集電區收集電子能力飽和，而工作在飽和區反而是集電區收集電子能力沒飽和，要注意。3. 飽和區：uBE>uon且uC

12、E<uBE：uCE還不夠大，uCE的增大能使集電區收集電子能力變大，并是iC變大。一般認為uCB=0V時，是管子的臨界飽和和臨界放大狀態。1.3.4 晶體管的主要參數共射直流電流放大系數B極間反向電流ICBO，ICEO 選用管子時，應找極間反向電流盡量小的，這樣溫度穩定性好。共射交流電流放大倍數B特征頻率fT：使共射電流放大系數降為1的頻率為特征頻率，由于結電容的存在，如果信號頻率高到一定的程度，集電極電流相比基極電流不但數值下降，還會產生相移。1.4 場效應管1.4.1結型場效應管場效應管是利用輸入回路的電場效應來控制輸出回路電流的半導體器件，僅依靠半導體中的多數載流子導電，又稱單極性

13、晶體管。輸入回路內阻高達1071012歐，噪聲低，熱穩定性好，抗輻射能力強，且省電。分為結型和絕緣柵型兩種。兩個高摻雜的N區，兩個高摻雜的P區，兩個P區連在一起。PN結正電壓是耗盡層變窄，而負電壓使耗盡層變寬，負電壓越大，越寬。UGS是負的，負的越多，夾的越緊，到最后就截止了，沒有截止的情況下，Uds會讓電子從s往d跑，電流用d到s，沿著電流方向，電壓是越來越小的，所以越靠近s端，電壓越小，也就是說相對g端來說，反偏壓差越來越小，所以溝道越來越寬，越到d端溝道越窄，也就是說，在電子運動的路上，路越來越窄UGS一定的情況下（沒有截止）UDS越大，d端的溝道也會相應變窄，而電場變大，當UDS大到一

14、定程度，ID就不會變化了，因為d端的溝道太窄，而電場在變大，兩者抵消，ID就不變了。輸出特性：UGS為常量時，ID和UDS的關系。可變電阻區：預夾斷軌跡為UDS=UGS-UGS（off）（UGD=UGS(off)）,在預夾斷軌跡左邊為可變電阻區，UGD>UGS（off）,注意，此處UGS為負的。UGD>UGS，表面負的少。測試電流和UDS成線性關系。恒流區：UDS>UGS-UGS(off)(UGD<UGS(off)，此時，ID基本受UGS控制，場效應管做放大器用時，應工作在恒流區。夾斷區：s端相比g端高太多（UGS<UGS(off)），導致夾斷了溝道，iD為0，轉

15、移特性：UDS為常量時，漏極電流iD于UGS的關系。iD=IDSS（1- -uGSUGS(off)）, (UGS(off)<uGS<0)1.4.2 絕緣柵型場效應管一共有4種：N溝道增強型管，N溝道耗盡型管，P溝道增強型管，P溝道耗盡型管。UGS加正電壓，吸引正離子靠近絕緣層，正離子排斥空穴從而加寬耗盡層，而正離子吸引電子從而形成反型層，成為導電溝道。UGS達到一定程度（UGS（th），則會形成導電溝道。然后再加UDS電壓，則電子從S到D，電流從D到S，而且，越靠近D端，反偏電壓越高，則耗盡層越寬，UDS高到使UGD=UGS(th)時溝道關閉，這是管子進入恒流去，因為繼續增大UDS

16、，不會讓電流增加，因為加大的電壓和溝道關閉導致的阻力抵消，電流不變。此時，電流的大小僅和UGS相關三個工作區：夾斷區，可變電阻區和恒流區。可變電阻和恒流區的臨界點是UGD=UGS（th）iD= IDO(uGSUGS(th)-1)2IDO 是UGS=2UGS(th)時的電流N溝道耗盡型管就是在絕緣層加了正離子，不需要UGS的情況下就可以形成反型層，所以就是N溝道增強型管子的轉移特性往左移就是了。第二章 基本放大電路2.1 放大的概念和放大電路的主要性能指標輸入電阻：輸入電阻越大，表明放大電路從信號源索取的電流越小，放大電路所得到的輸入電壓越接近信號源，換言之，信號源內阻上的壓降越小，信號的損失越

17、小。輸出電阻：輸出電阻越小，負載電阻變化時，負載的電壓變化越小，成為放大電路的帶負載能力越強。2.3 放大電路的分析方法放大電路分析的目的就是求解靜態工作點和各項動態參數（AU，RI，RO）直流通路：1. 電容為開路 2. 電感為短路 3.信號源當短路，但要保留電阻交流通路：1. 容量大的電容（如耦合電容）視為短路 2. 無內阻的直流電源視為短路分析放大電路時，應先靜態，后動態，靜態工作點用直流通路，動態參數用交流通路。簡化的h參數模型rbe= rbb + BUTICQ ， rbb手冊上會寫出， UT=26mvrbe有動態電阻的概念，在電流越大的情況下，發射結的動態電阻越小基本共射放大電路動態參數：1. Au=Uo/Ui = - BRcRb+rbe2. Ri = Ui/Ri = Rb+rbe3. Ro= Rc對電子電路輸出電阻進行分析時，可令信號源電壓Us=0，但保留內阻Rs，然后在輸出端加一正弦波測試信號Uo，必然產生動態電流Io,則Ro= Uo/Io。由于rbe和Q點緊密相關，所以動態參數和Q點緊密相關。另外要指出，放大電路輸入電阻和信號源內阻無關，輸出電阻