模电期末复习资料

一、半导体器件1． N 型半导体，在本征半导体中掺入五价元素，它的多数载流子是电子，少数载流子是空穴。

2． P 型半导体。

在本征半导体中掺入三价元素，它的多数载流子是空穴，少数载流子是电子。

3． 半导体中载流子的运动方式：漂移运动、扩散运动。

4． PN 结及基单向导电性① PN 结外加正向电压,即P 型区接外加电源正极,N 型区接外加电源负极,PN 结导通当PN 结外加正向电压时,扩散电流增加,漂移电流减小扩散电流由N 型区,P 型区多数载流子产生 漂移电流由N 型区,P 型区少数载流子形成② PN 结外加反向电压,即P 型区接外加电源负极,N 型区接外加电源正极,PN 结截止,P结呈高阻抗.PN 结反向偏置时,扩散电流趋于零,反向漂移电流很少 5.二极管二极管由一个PN 结组成，二极管的伏安特性由正向伏安特性、反向伏安特性及击穿特性三部份组成 ① 正向特性当外加电压大于其阀值电压(Si: th V =0.5V , Ge: th V =0.1V)时, 流过二极管的电流由零显著增加. ② 反向特性二极管外加反向电压时,其反向电流很少 ③ 击穿特性 当二极管承受的反向电压大于其本身的击穿电压时,反向电流急剧增大 例:二极管电路如图示,试判断图4中二极管是导通还是截止,并求出0A 二端的电压0A V ,设二极管是理想的. 解: 对于图4a ）首先断开二极管D,求A V 、B V 此时, A V =－12V, B V =－6V ,则BA V =B V －AV ＝－６－（－１２）＝６Ｖ 这样，二极管是正向导通的由理想模型,F V ＝０．由此 ＋６－１２＋３Ｉ＝０ Ｉ＝２mAA V ＝２×３－１２＝－６Ｖ．解：对于图b ），当D 断开时， B V ＝－１５Ｖ，A V ＝－１２Ｖ图1.PN 结外加正向电压图2.PN 结外加反向电压图3.二极管的伏案特性Oa)BA V =B V －A V ＝－１５－（－１２）＝－３ＶD 因反向偏置而截止，0A V ＝－１２Ｖ．例：二只稳压值分别为7.5V 和8.5V 的稳压二极管串联 使用,连接方式如图5所示, 0V 为多少伏,设稳压二极管正向 导通压降为0.7V解: 设1DZ V =7.5V , 2DZ V =8.5V对于图5a)电路,由于二支稳压管 均处于稳压状态(即均为反向击穿状态) 0V =1DZ V +2DZ V =7.5+8.5=16V对于图5b)电路, 1DZ V 为反向击穿状态,2DZ V 为正向连接,故0V =1DZ V +2DZ V =7.5+0.7=8.2V6.稳压二极管它是利用PN 结的击穿特性,即当流过稳压二极管电流变化较大时,其二端电压变化较小的性质,在电路中起稳压作用.① 稳压二极管正常工作是在反向击穿状态,即外加电源正极接其N 型区,外加电源负极接其P 型区;② 稳压二极管应与负载并联使用;③应保证稳压二极管工作于规定的电流范围;7.半导体三极管半导体三极管是双极型器件，即参与导电的载流子是电子和空穴，三极管有三个电极(发射极,基极,集电极)三个分区(发射区,基区,集电区)、二个PN 结(发射结,集电结) 半导体三极管分为NPN 型和PNP 型二种。

三极管在电路中的作用是对外加交流输入信号进行不失真地放大。

三极管放大的条件是发射结正向偏置,即发射结外加正向电压,具有合适的工作范围。

电流分配与放大原理发射区的作用：向基极扩散(注入)电子载流子, 形成直流E I ,基区的作用,传输和控制由发射区注入 到基区的电子载流子，在BB V 正极的吸引下,由发射区扩散到基区的电子载流子有很小的一部份被其吸引而形成直流B I .集电区的作用:发射区扩散到基区的大部份电子载流子受集电结外加反向电压的作用, 漂移过集电结形成受发射结外加电压控制的集电极电流I ,I 与集电区反向饱和电流O图 4 b)oa)b)图5bba)NPN 型三极管b)PNP 型三极管=△I C R C△I B R C图7.共发射极接法CBO I 一起形成集电极电流C I ，即C I =CN I +CBO I .通常CBO C I I >>,故CN I =C I .三极管电流分配关系: B C E I I I +=(静态时) 结论① 发射结外加正向直流电压控制着由发射区向基区扩散的电子表载流子所形成的电流EI 及基极电流B I .② 集电结外加反向直流电压控制着由发射区扩散到基区并被集电区所收集的电子载流子所形成的电流C I .③ 在发射结正向直流电压BB V ,集电结外向直流电压CC V 不变的情况下,若在三极管b －e 之间引入一个小的交流输入电压i V ∆,发射极,基极,集电极电流会随i V ∆作同样的变化(,发射极,基极,集电极的变化分别用E I ∆、B I ∆、C I ∆表示),并在集电极电阻C R 上得到一个较大的电压变化作为输出(C B C C o R I R I V ∆=∆=∆β),这样,通过C R ,将三极管的电流放大作用(三极管的电流放大作用由其交流电流放大系数BC I I ∆∆=β表示, β是在三极管制造过程中人为确定的)转换成电压放大作用.由三极管的输出特性曲线,它的三种工作状态分别为放大状态,截止状态和饱和状态某三种工作状态外加直流电压的条件.放大状态：发射结正向偏置、集电结反向偏置； 截止状态：发射结反向偏置、集电结反向偏置； 饱和状态：发射结正向偏置,集电结正向偏置例:放大电路中三极管三个电极的电位分别为1)5V ,1.2V ,0.5V ; 2)6V ,5.8V ,1V 试确定各电位对应的电极和三极管的类型(是NPN,还是PNP 型,是硅管还是锗管) 解:对于放大状态下的NPN 型三极管,三个电极的电位大小为E B C V V V >>(0,0<>BC BE V V , E B BE V V V >⇒>0，C B BC V V V <⇒<0)对于放大状态下的PNP 型三极管, 0,0><BC BE V V （E B BE V V V >⇒<0，C B BC V V V >⇒>0）故三个电极的电压大小为C B E V V V >>对于硅管7.0=V V ，对于锗管2.0=V V ，对于1)5V ,1.2V,0.5Vc（NPN 管）（PNP 管）5V ＞1.2V ＞0.5V 则5V 脚对应c,1.2V 脚对应b,0.5V 脚对应e ，而1.2V －0.5V ＝0.7V ,故为NPN 型硅管2)6V ,5.8V ,1V由于2)6V>5.8V>1V 则6V 脚对应e, 5.8V 脚对应b, 1V 脚对应c,由于6V －5.8V=0.2V 故为锗管且为PNP 型锗管.二、放大电路分析基础1,放大电路的组成原则①外加直流电压的应使三极管发射结处于正向偏置,集电结为反向偏置以保证以三极管为核心的放大电路对外加输入交流信号为放大状态. ②外加输入交流电压在放大电路输入端的接法,应使变化的i V 产生变化的基极电流b i 或发射极电流e i ,因为b i 或e i 控制c i (共发射极接法, b i 控制着c i ,因为b c i i β=,共基极接法, e i 控制着c i ,因为c i =e i α)③为了保证放大电路不失真的放大交流输入电压,除了外加直流电压使三极管发射结为正向偏置,集电结为反向偏置外,还要通过调整c b R R ,,使B I 、C I 、CE V 为合适的值,我们称之为合理的设置静态工作点.2.放大电路的静态分析设有外加输入信号时的B I 、C I 、CE V 分别用BQ I 、CQ I 、V 表示,它们在输出特性曲线与直流负载线的交点称为静态工作点 在图8所示电路中由基极电路BQ I =uA R V V bBEQCC 402807.012=-=-由集电极电路C C CC CE R i V V -= 令V V V i OC CE C 120==⇒=于M 点 令mA R V iV CCC C CE 40==⇒=于N 点连接M-N 的线段即为直流负载线直流负载线与uA i B 40=对应的输出特性曲线的交点即 为静态工作点。

当b R 的值减小,其余条件不变时, ↓↑-=bBEQCC BQ R V V I ,使得BQ I 增加.这样,Q 点会移动到'Q 点,此时,放大电路中三极管的 工作状态靠近饱和区当b R 的值增加时,icNV CEQQQi B =60uA i B =40uA i B =20uAO直流负载线图9.输出特性曲线MNV CC =12VR L图8.基本共射级放大电路=15VL V O↑↓-=bBEQCC BQR V V I ,使得BQ I 减小，这时,Q 点会移到''Q 点,三极管的工作状态向截止区靠近。

2.射极放大电路分析例:放大电路如图10示,设三极管为硅管 试求1)静态工作点2)画出电路原理图的小信号模型等效电路 3)求V A 4)求i R 及o R 解:1)求Q 点Q 点指(BQ I 、CQ I 、CEQ V ) 首先画出基极电路等效电路 由题意V V CE 7.0=0)1(=+---e BQ BE b BQ CC R I V R I V βuA K V R R V V I eb BE CC BQ 275263.141)501(4757.015)1(=Ω=⨯++-=++-=∴βmA I I BQ CQ 35.12750=⨯==β画出集电极电路的等效电路0=---e EQ CEQ c CQ CC R I V R I VV R R I V V e c CQ CC CEQ 6.91041035.115)(33=⨯⨯⨯-=+-=∴-2)电路原理图的小信号模型等效电路 3) ebe L c eb be b Lc b Io V R r R R R I r I R R I V V A )1(//)1(//ββββ++-=++-==其中Ω=Ω=Ω=++=++=K K mA I mV r r E bb be 2.118.12.118235.126)501(200)()(26)1('β24.11)501(2.13//350-=⨯++⨯-=V A4)设1-'1两端右看电路电阻为'i R'i R =Ω=++=K R r I V e be i 2.52)1(βb ）基极回路等效电路c ）集电极回路等效电路R L V o R L=R e//R cd ）小信号模型等效图e ）小信号模型等效图I bV oΩ===K R R R i b i 472.52//475'// 5) Ω==K R R C o 3若上题中e R 二端并联一个电容e C 则5.622.13//350//-=⨯-=-=beLc V r R R A β例2：射极偏置电路如图11所示，设V V BE 7.0= 试求1）静态工作点2）画出小信号模型等效电路 3）求i R 及o R4）求V A 解1）V V R R R V CC b b b B 95.315562020212=⨯+=+=mA R R V V R R V I e e BE B e e E EQ 76.1185.07.095.32121=+-=+-=+=mA I I CQ EQ 76.1==uA I I CQBQ 355076.1===∴βV R R R I V V e e C CQ CC CEQ 2.81085.31076.115)(3321=⨯⨯⨯-=++-=-2）小信号模型等效电路 3）求i R 及o R设21//b b b R R R =设1-'1两端右看电路电阻为'i R 1)1('e be bi i R r I V R β++==其中Ω=Ω=++=++=K mA I mV r r E bb be 95.04.95396.126)501(200)()(26)1('β则Ω=⨯++=K R 3.4485.0)501(95.0'VL 图11.a ）V O图11.b ）小信号模型等效图I bV oΩ===K R R R i b i 113.44//56//20'// Ω==K R R C o 24）25.23.444//450)1([//-=⨯-=++-==ebe b L C b Io V R r I R R I V V A ρβ场效应管及其放大电路 1． 场效应管的控制方式结型场效应管和绝缘栅场效应管均为电压控制器件，而三极管是电流控制器件 结型声效应管只有耗尽型绝缘栅场效应管：增强型 （0,0==D GS i V ） 耗尽型 （0,0≠=D GS i V ）2． 例：电路如图12示，已知Ω=Ω==-=K R K R mA I V V V V S a DSS P DD 8,16,2,4,15，V mA g K R K R m L g /4.0,60,150=Ω=Ω=试求1）静态工作点2）输入电阻i R 及输出电阻3）电压增益解1）Q 点指D I 、GS V 、DS V 设场效应管工作于饱和区GS V =D S D S S G I R I V V V 80--=-=- （1)41(2)41(2)1(2GS GS PGS DSS D V V V V I I +=--=-= （2）将（1）代入（2）得)441(2)1664281(2)1621(2222D D D D GS GS D I I I I V V I +-=+-=++=02982=+-D D I I1612.4916284992±=⨯⨯-±=D I故mA I mA I D D 3.0,82.021== 由于mA I D 82.01=不合题意R LV o图12（86.32382.015)(-=⨯-=+->s d D DD DS R R I V V 而工作饱和区的DS V 应大于0）故取mA I I D D 3.02==DS V =V R R I V s d D DD 8.71024103.015)(33=⨯⨯⨯-=+--2）Ω==Ω==K R R K R R d o g i 16,150 3）05.560//164.0////-=⨯-=-=-==R R g V R R V g V V A d m gsLd gs m io V例：共集电极电路如图13示，设三极管为硅管 试求1）Q 点 2）o R 、i R 3）VS V A A 及 解：1）Q 点Q 点指BQ I 、CQ I 、CEQ V该电路由21,b b R R 组成分压器以固定基极对地电位求Q 点步骤：BQ CQ EQ E B I I I V V →→→→（V V V R R R V CC b b b B 21.512562020212=⨯+=+=mA R V V R V I eBEQB eE EQ 25.227.021.5=-=-==mA I I EQ CQ 25.2==uA I ICQBQ 455025.2===β2）先求be rΩ=++=++=3.78925.226)501(20026)1(200Ebe I r β=ΩK 8.0然后再画出其交流通路和小信号模型电路V R L图13.a ）R 图13.b ）图13.c ）设从1-'1两端右看电路电阻为'i R'i R =Ω=++=++=K R r I V e be bi 8.512//2)501(8.0)1(β设从2-'2两端右看电路电阻为i RΩ====K R R R R R R i b b i b i 118.51//20//56'////'//21Ω=Ω==++===∞=28028.033.0//21'//|0V S K r R R IV R be S e R o L β（b S S R R R //'=）3）98.08.51512//2)501(8.02//2)501(//)1(//)1(//==⨯++⨯+=+++=+==Le be L e e e be b L e e Io V R R r R R R I r I R R I V V A ββ51.010111198.0=+⨯=+⋅=⋅==iS i V SI io So VS R R R A V V V V V V A例：射极偏听偏置电路如图14所示，已知60=β 试求1）静态工作点2）画出电路的小信号模型电路3）求电压放大倍数V A 输入电阻i R 及输出电阻o R 解：1）静态工作点 V V R R R V CC b b b B 412602020212=⨯+=+=该三极管为硅管V V BEQ 7.0=则mA R V V R V I eBEB eE EQ 65.127.04=-=-==EQ CQ I I =uA I I CQBQ 286065.1===βmA R V R V I BEQE EQ 25.227.021.5=-=-==βR L 6K图14.a ）V o图14.b ）omA I I EQ CQ 25.2==uA I I CQBQ 455025.2===βV R R I V V e C CQ CC CEQ 75.71051065.116)(33=⨯⨯⨯-=+-=-2）3）Ω=++=++=K I r Ebe 2.164.126)601(20026)1(200β97.02.1231202612.16//360)1(//-=-=⨯+⨯-=++==ebe L c Io V R r R R V V A ββi R =Ω==++K R r R R e be b b 37.132.23//60//20])1(//[//21βΩ==K R R C o 3三、频率响应由共射极放大电路的幅频特性中频区，V A 不随f 的改变而变化。