模拟电子技术 第五版 康光华

3.4 二极管的基本电路及其分析方法 3.4.1 简单二极管电路的图解分析方法
前提：V-I特性曲线 (1)iD = VDD υ D = 1 υ D + 1 VDD (负载线) R R R 图解法 υD / VT (2)i = I (e 1) S D 工作点Q(VD , I D )，迭代法，指数模型，不适用，用于理解
4.2
4.2.1
基本共射极放大电路
电路组成
4.2.2
基本共射极放大电路工作原理
VBB VBEQ 0.6 0.7V 硅 1.I BQ = (VBEQ = ) Rb 0.2 0.3V 锗 静态直流分析 2.I CQ = β I BQ + I CEQ ≈ β I BQ 3.VCEQ = VCC I CQ Rc
N D (施主原子浓度)＋p (少子空穴浓度)＝n(总电子浓度)（离子化的施主原子和空穴的
正电荷比为自由电子的负电荷平衡，以保持材料的电中性。 ） 由于电子与空穴的复合，在一定的温度下，使空穴浓度与电子的浓度乘积为一常数：
pn = pi ni = ni2
3.2 P电子有关。 3.1.3 本征半导体、空穴及其导电作用 本征半导体 半导体重要物理特性：电导率。电荷载流子浓度越高（本身性质、温度值、杂质的存在） ， 其导电率越高。 本征激发：由于热激发而产生的自由电子，价电子移动后而留下的空穴。 空穴：空穴的出现是半导体区别于导体的一个重要特点。 用虚拟空穴移动 x1 → x2 → x3 （实际电子移动 x3 → x2 → x1 ）产生的电流代表束缚电子移 动产生的电流。产生电流的根本原因是共价键中产生空穴。 空穴越多，半导体中的载流子数目越多，产生的电流越大。 空穴与电子总是成对出现的： ni = pi 。 载流子的产生与复合 温度一定，动态平衡。本征半导体的导电率将随温度的增加而增加。 3.1.4 杂质半导体：空穴（P）型半导体和电子（N）型半导体 1 P 型半导体 定义：在硅晶体内掺入少量三价杂质（硼） （受主杂质或 P 型杂质） 。多子：空穴。少子： 电子。
iE = f
(υBE ) υ
iC = f
CB =常数
(υCB ) i =常数
E
4.1.4
BJT 参数
1.共发射极 β =( I C I CEO ) / I B ≈ I C / I B ( I C I CEO ) 1.直流电流放大系数 2.共集电极α =( I C I CBO ) / I E ≈ I C / I E ( I C I CBO ) iC 1.电流放大系数 1.共发射极 β ≈ β = i υCE =常数 B 2.交流电流放大系数 2.共集电极α ≈ α = iC iE υCB =常数
条件：VDD V 1.理想模型 正压：V=0；反向：R=∞ 条件：iD ≥ 1mA 2.恒压降模型 硅：V=0.7V，锗V=0.2V Vth = 0.5V 3.折线模型 分散性 0.7V 0.5V = 200 rD = 1mA 条件：二极管正向偏置，υ D VT 1.V I 特性建模 i = 1 υ + 1 (V + υ ) υ S = 0，静态(工作 D DD S D R R υ S = Vm sin ωt (Vm r = υ / i 3.4.2简化模型分析法 4.小信号模型 d D D d [ I S (eυD / VT 1)] I S υD /VT I S di rd g d = D = = e = dυ D dυ D VT 1 26(mV ) rd = g = I (mA) d D 1.整流电路 2.静态工作情况分析 3.限幅电路：画图 2.举例 4.开关电路 5.低电压稳态电路 6.小信号工作情况分析
B =常数
1.iC = β iB 1.放大区：发射结正偏，集电结反偏 2.iC随υCE ↑ 略有 ↑ ( 基区宽度调制效应 ) 2.饱和区：发射结 / 集电结均正偏 {υCE ≤ υ BE (υCE = υ BE (临界饱和或放大状态) ) 3.截至区：发射结 / 集电结均反偏 {iE = 0.iB = I CEO ( I B = 0(横坐标)以下区域，iC = I CEO )
4.3
4.3.1
放大电路的分析方法
图解分析法
4.3.2
小信号分析方法
1.集电极-基极反向饱和电流I CBO 2.极间反向电流 ICEO 2.集电极-发射极反向饱和电流I CEO
= (1 + β ) ICBO
1.集电极最大允许电流I CM 2.集电极最大允许耗散功率P ( P ≈ i × υ ≤ P ) CM C C CE CM 1.V( BR ) EBO 几V 3.极限参数 3.反向击穿电压 2.V( BR )CBO 几十V 几百V：基极雪崩击穿电压 3.V( BR )CEO 4.I CEO > I CER > I CES > I CBO , V( BR )CEO < V( BR ) CERV( BR ) CESV( BR )CBO
反向击穿电压VBR 1.V ↑ E0 → E0 + ER ↑ 碰撞电离 倍增效应 雪崩击穿(整流二极管 3.2.4 PN 结反向击穿 原因 R 2.VR 较大 → E0很大 → 破坏共价键 → 电子-空穴对 → 齐纳击穿(齐纳二极 电击穿可逆：V I < P 。避免热击穿 R S 耗散
1.扩散电容 3.2.5PN 结电容效应 2.势垒电容
4.1.5
温度对 BJT 参数及特性影响
1.I CBO：T ↑ 100 C I CBO → 2 I CBO 0 1.参数 2.β：T ↑ 1 C β ↑ 0.5% 1% T → BJT 3.T ↑ V( BR ) CBO / V( BR )CEO ↑ 0 2.特性 输入特性：T ↑ 1 C υ BE ↓ 2 2.5mV 输出特性：T ↑ I CBO / I CEO / β ↑
1.齐纳二极管 2.变容二极管 3.肖特基二极管(SBD) 3.5特殊二极管 1.光电二极管 4光电子器件 2.发光二极管 3.激光二极管
4 双极结型三极管 BJT 及放大电路基础
4.1 BJT 4.1.1 BJT 结构
1.基区：很薄( m)/掺杂浓度低 ( 减少多子复合机会 ) BJT 结构特点 发射区：掺杂浓度高 ( 有利于发射多子 ) 同种杂质 / 不对称 2. 集电区：面积大 ( 有利于收集多子 )
I 1.BJT 共基极直流电流放大系数： = CN 0.98 ≤ α < 1 I C = α I E + I CBO ≈ α I E α IE α 1 I E = IC + I B IB + I CBO = β I B + I CEO IC = 1α 1α BJT电流分配 2.BJT 共射极直流电流放大系数 α 1 β = I I CBO = 1 + β I CBO 1α CEO = 1α IC ≈ β I B 电流控制器件，υ BE：正向受控特性 3. I E = I B + I C = (1 + β ) I B
单向导电性：PN 结加正向电压时，电阻很小，PN 结导通；加反向电压时，电阻很大，PN 结截止。PN 结的单向导电性关键在于它的耗尽区的存在，且其宽度随外加电压而变化。
i=IS (evD / nVT 1).n = 1 2 23 19 VT = kT / q = 1.38 × 10 J / K i(273°C ) ÷ 1.6 × 10 C = 0.026V 2.PN结V－I特性 vD / nVT 1, 指数函数 (1)正向电压：vD > 0, vD VT e (2)反向电压：v < 0, v V evD / nVT ≈ 0, i = I T 定，I 常数 D D T D S S
3
内电场： N → P ，阻碍载流子扩散运动。
→ 扩散 ← 漂移
空间电荷区变窄电场减弱,对多子扩散阻力减小 ,
空间电荷区加宽电场增强,对多子扩散阻力增加,使少子漂移增强 ,
动态平衡 : 漂移运动 = 扩散运动 （平衡 PN 结）
3.2.3 PN 结单向导电性：PN 结基本特性 1.
PN
3.2.1 载流子的漂移与扩散 漂移：由于电场作用而导致载流子的运动。
Vn = n E (电子 n = 1500cm 2 /(V i s ) )
倍关系 扩散：载流子浓度差。 3.2.2 PN 结的形成 空间电荷区＝PN 结＝耗尽区＝势垒区
V p = p E (电子 p = 475cm 2 /(V i s ) )
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第二章
运算放大器
3 二极管及其基本电 路
3.1 半导体基本知识 3.1.1 半导体材料 硅是目前最常用的一种半导体材料。伏安特性（V－I） 。 3.1.2 半导体共价键结构
点接触：C大，高频或数字电路，不能承受高反向电压和大电流 3.3.1结构 面接触：i，C大，低频整流 1.门槛(死区)电压Vth：硅(0.5V ), 锗(0.1V ) 1.正向特性 2.正向导通压降：硅(0.7V)，锗(0.2V) 3.3二极管 3.3.2V I 特性 2.反向特性：反向饱和电流IS 3.反向击穿特性:PN结反向击穿，VBR 1 （ / 3.3.3参数 1.最大整流电流I F / 2.反向击穿电压VBR 2 ） 3.反向电流I R：值愈小，单向导电 4.极间电容Cd：Cd = CD + CB，高频/5.反向恢复时间TRR
(
)
(
)
4.1.3
iB = f
BJT V-I 特性曲线
CE =常数
(υBE ) υ
υCE < 0.7V ,υBE一定，iB较大 υCE 1V ↑, iB ↓ 基区宽度调制效应