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《模拟电子技术》半导体原理部分笔记

《模拟电子技术》笔记

  • 绪论
  • 第一章 常用半导体器件
  • 第二章 基本放大电路

绪论

  1. 有的人把三极管的出现作为电子技术工业革命的开始标志
  2. 学习架构:半导体器件(二极管、三极管、场效应晶体管)、基于上述管的放大电路、集成运算放大器、放大电路的频率响应

第一章 常用半导体器件

  1. 什么是半导体?导电能力介于绝缘体和导体之间的材料。
  2. 什么是本征半导体?是一种纯净的半导体,具有晶体结构的半导体。
    在这里插入图片描述
  3. 本征半导体中的载流子是什么?热运动导致本征激发,使得产生自由电子的同时,共价键之间就会产生空穴。在施加电压时,就会导致共价键之间的电子产生相对运动。因此,本征半导体中,自由电子和空穴都是载流子。
  4. 复合:自由电子填补到空穴的行为,称为复合,与本征激发互为逆过程。
  5. 本征半导体载流子的浓度和什么相关?本征激发的速度和温度相关;自由电子浓度变大将导致复合速度变慢。当温度达到一定阈值,复合和本征激发动态平衡。
  6. 杂质半导体:在纯净的本征半导体里面掺杂少量的杂质元素。
  7. N型半导体:参入磷,将会取代一些+4价的原子,因为磷是+5价,所以会多一个自由电子出来,导致自由电子浓度升高。
    多子:自由电子是多数载流子,因此叫多子,受温度影响不大
    少子:空穴是少数载流子,因此叫少子,受温度影响大
    为什么叫N型?因为N型半导体中载流子大多数是自由电子,自由电子是带负电,所以叫N型半导体。
  8. P型半导体:参入硼,硼+3价,会让空穴变多,导致空穴成为多数载流子。
  9. PN结:当把P型半导体和N型半导体放在一起,如下图。在扩散运动的驱使下,会形成图b这样的分布。空间电荷区也可以叫阻挡层,当然了,也叫PN结。左右两边的空间电荷区长度相同,叫对称结;长度不相同,叫不对称结。
    在这里插入图片描述
  10. PN结的单向导电性:外加正向电压,这个电压逐渐增大,刚开始不会产生电流,但是到大一定阈值之后,电流与电压的关系成指数关系。因此,我们要控制电压,防止电流过大,导致烧坏PN结;加反向电压,更不导电,截止。
  11. PN结的电流方程:在这里插入图片描述
    一般来说,PN结的导通电压,Ge管是0.2-0.3v,Si管是0.6-0.7v。
  12. 二极管的主要参数:
    IF:二极管工作时能够通过的功率电流值
    UR:最高反向电压
    IR:反向击穿时的电流
    fM:最高工作频率
  13. 二极管的等效电路(非线性元件使用线性元件表示):
    在这里插入图片描述
    整流电路:
    在这里插入图片描述
    限伏电路:
    在这里插入图片描述
  14. 二极管的反向特性,常用于稳压二极管。稳压二极管在温度升高时会出现击穿现象,而且不可逆。根据掺杂不同比例元素,调节电压稳定值。在反向击穿前,二极管电压变化很小。有个重要的参数,温度系数α,表示温度每变一度,稳定电压的变化量。
  15. 双极晶体管BJT:即三极管,因为他有三个电极。示意图如下:
    在这里插入图片描述
    发射区和集电区,看似对称,但是功能不同。发射区要发射载流子,掺杂浓度高,集电区要收集载流子,掺杂浓度不高但是面积大,就像图a所示(注意区之间的比例)。
    作用:放大电流。相当于是一个控制元件,控制电源的能量。
  16. 基本共射放大电路:Ic是放大电流,Ib和Ic成比例。
    在这里插入图片描述
    原理如下图:
    发射区的自由电子向基区扩散,基区的空穴向集电区扩散,会产生两个电流,但是因为集电区的掺杂浓度特别高,IEP相对于IEN可以忽略不计。当自由电子大量聚集在基区,会继续往集电区扩散(因为基区薄,且掺杂浓度不高,空穴少),空穴复合(复合比例固定)。Ib和Ic成比例,比例称为直流放大系数。
    在这里插入图片描述
  17. BJT共射特性曲线
    输出特性曲线:
    在这里插入图片描述
  18. 集成度越高,散热就越难处理。因此出现了场效应管(FET),主要使用了电场效应,不耗费功率。场效应管分成结型场效应管、绝缘栅型场效应管(MOS)。在MOS基础上又发展出了CMOS。
  19. N沟道增强型MOS管:
    g是栅极;s是源集(载流子的发源地);d是漏极(载流子漏出地)。这三极相互绝缘。当在GB之间施加电压时,会产生电场,将空穴往B极推,自由电子往G极送,自由电子的堆积产生反型层。这个反型层越宽,电阻越小,只要在s和d之间施加电压,那么反型层就会产生电流。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    下图a种,两个N极之间的电位不同,所以导致宽度不一致。当处于b图的情况时,是出现了预夹断现象。UDS继续变大,反型层之间的电流保持不变。因此,栅极和B极之间的电压,能够控制sd之间的电流。
    在这里插入图片描述
  20. N沟道耗尽型MOS管:会在绝缘层中封装一些正电荷,所以天生有反型层。

第二章 基本放大电路

  1. 放大电路的概念:扬声器,放大的是功率,即电压电流。实质上是能量在控制下的转化。放大的前提是不失真。
  2. 那么,如何构建放大电路呢?
    目标:小功率信号到大功率
    条件:元件、电源
    技术路线:三极管处于放大状态下;小信号控制Ib,即基极到发射极的电压;合理的输出。
  3. 阻容耦合共射放大电路
    在这里插入图片描述
  4. 发大电路分析方法:
    分成直流通路、交流通路:
    在这里插入图片描述
  5. 我好像对电路的分析方法并不感兴趣,只对前面的一些工作原理感兴趣。所以,后面就不记老师讲的那些电路分析方法了。

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