模拟电子技术基础总结

第一章晶体二极管及应用电路

一、半导体知识

1．本征半导体

·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（三五价化合物砷化镓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。

+载流子。空穴导电的本质是价电子依次填补本征晶·空穴是半导体中的一种等效q

+电荷的空位宏观定向运动（图1-4）。

格中的空位，使局部显示q

·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。

2．杂质半导体

·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。

3．半导体中的两种电流

在半导体中存在因电场作用产生的载流子漂移电流（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。

4．PN结

·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区的建电场和建电压；PN 结载流子数远少于结外的中性区（称耗尽层）；PN结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S I 。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：/(1)T

v V S i I e

=-，其中，在T=300K 时，热电压26T V mV 。

·非对称PN 结有P N +结（P 区高掺杂）和PN +

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，Si 管和Ge 管导通电压典型值分别是0.7V 和0.3V ；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d r 定义：1

D d D Q

di r dv -⎛⎫= ⎪

⎝⎭

·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d r 估算：d T D r V I ≈

·二极管的低频小信号模型就是交流电阻d r ，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、二极管应用

1．单向导电特性应用

·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、混频器等 2．正向导通特性及应用

二极管正向充分导通时只有很小的交流电阻，近似于一个0.7V （Si 管）或0.3V （Ge 管）的恒压源。

3．反向击穿及应用

·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）。

4．高频时的电容效应及应用

·高频工作时，二极管失去单向导电特性，其原因是管的PN 结存在电容效应（结电容）。

·结电容分为PN 结的势垒电容T C 与PN 结两侧形成的扩散电容D C 。 ·T C 随偏压的增大而增大，D C 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T C 。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C B C V V V >>；PNP 管满足C B E V V V <<。

·放大偏置时，作为PN 结的发射结的VA 关系是：/BE T v V E ES i I e =（NPN ），

/EB T

v V E ES i I e =（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部条件下，发射极电流E i 将几乎转化为集电流C i ，而基极电流较小。

·在放大偏置时，定义了

CN

E i i α=

（CN i 是由E i 转化而来的C i 分量）极之后，可以导出

两个关于电极电流的关系方程：C E CBO i i I α=+

(1)C B CBO B CEO i i I i I βββ=++=+

其中

1α

βα=

-，CEO I 是集电结反向饱和电流，(1)CEO CBO I I β=+是穿透电流。

·放大偏置时，在一定电流围，E i 、C i 、B i 基本是线性关系，而BE v 对三个电流都是