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1、第三章 半导体二极管及基本电路3.1 半导体的基本学问3.1.1 半导体材料导体conductor：自然界中很简洁导电的物质称为导体,金属一般都是导体；绝缘体 semiconductor：有的物质几乎不导电,称为绝缘体,如橡皮、陶瓷、塑料和石英；半导体 insulator：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间,称为半导体,如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等；半导体的导电机理不同于其它物质,所以它具有不同于其它物质的特点： 当受外界热和光的作用时, 它的导电才能明显变化； 往纯洁的半导体中掺入某些杂质,会使它的导电才能明显转变；3.1.2 本征半导体和杂志半导体本征半导体：完全纯洁的、
2、结构完整的半导体晶体；成分：载流子、自由电子和空穴；本征半导体中存在数量相等的两种载流子,即自由电子和空穴；杂质半导体： 掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度, 所以,自由电子浓度远大于空穴浓度； 自由电子称为多数载流子 （多子）,空穴称为少数载流子 （少子）；包括 P 型半导体和 N 型半导体；3.2 PN 结的形成及特性3.2.1 PN 结的形成漂移运动：内电场越强,就使漂移 drift 运动越强,而漂移使空间电荷区变薄；扩散运动：扩散 diffusion 的结果是使空间电荷区逐步加宽,空间电荷区越宽；PN 结的形成：扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平稳,相当于两个区之间没有电荷运动,空
3、间电荷区的厚度固定不变；3.2.2 PN 结的特性PN 结的单向导电性： PN 结PN junction正向偏置,内电场减弱,使扩散加强,扩散 飘移,正向电流大,空间电荷区变薄；PN 结PN junction 反向偏置, 内电场加强,使扩散停止,有少量飘移,反向电流很小,空间电荷区变厚；PN 结的电容效应：扩散电容 CD 和势垒电容 CB；扩散电容, PN 结处于正向偏置时, 多子的扩散导致在 P 区（N 区）靠近结的边缘有高于正常情形的电子（空穴）浓度,这种超量的浓度可视为电荷储备到 PN 结的邻域；势垒电容,势垒区是积存空间电荷的区域, 当反向偏置电压变化时, 就会引起积存在势垒区的空间电
4、荷的变化,类似于平板电容器两极板上电荷的变化；3.3 二极管3.3.1 半导体二极管的结构半导体二极管的结构：在 PN 结上加上引线和封装,就成为一个二极管；二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型三大类；1点接触型二极管： PN 结面积小,结电容小,用于检波和变频等高频电路；2 面接触型二极管： PN 结面积大,用于工频大电流整流电路；3 平面型二极管：往往用于集成电路制造艺中； PN 结面积可大可小,用于高频整流和开关电路中；3.3.2 二极管的参数最大整流电流 IF: 二极管长期运行时,答应流过二极管的最大正向平均电流；反向击穿电压 VBR:二极管反向击穿时的电压值； 击穿时反向电流剧
5、增, 二极管的单向导电性被破坏, 甚至过热而烧坏； 手册上给出的最高反向工作电压约为击穿电压的一半；反向电流 IR: 指管子未击穿时的反向电流；反向电流大,说明管子的单向导电性差, 因此反向电流越小越好； 反向电流受温度的影响, 温度越高反向电流越大；二极管的极间电容 （ parasitic capacitance）: 二极管的两极之间有电容, 此电容由两部分组成：势垒电容 barrie（r capacitanceCD；depletion）capacitanceCB和扩散电容 diffusion微变电阻 rd: rd 是二极管特性曲线上工作点 Q 邻近电压的变化与电流的变化之比.第四章双极型三
6、极管及放大电路基础4.1 半导体三极管（ BJT双结晶体管）半导体三极管 : 是具有电流放大功能的元件；三极管分类：按频率：高频管、低频管；按功率：小、中、大功率管；按材料：硅管、锗管；按类型： NPN 型、PNP 型；4.1.1 基本结构BJT 结构特点：发射区的掺杂浓度最高；集电区掺杂浓度低于发射区,且面积大；基区很薄,一般在几个微米至几十个微米,且掺杂浓度最低；三极管的基本接法：共发射极接法： e 作为公共端； b 为输入端, c 为输出端；共集电极接法： c 作为公共端； b 为输入端, e 为输出端；共基极接法： b 作为公共端, e 为输入端, c 为输出端；BJT 的电流安排和放
7、大原理三极管放大的条件：在三极管内部：发射结正偏、集电结反偏；从外部的电位看： NPN 管发射结正偏 ：VBVE （ EB 来实现）集电结反偏： VCVB （EC 来实现 ） 即 VCVBVE ； PNP 管发 射结 正偏 , VBVE 集 电结 反偏VCVB 即 VCVB0 ,集电结已进入反偏状态,开头收集电子,基区复合削减,同样的vBE 下 IB 减小,特性曲线右移；(3) 输入特性曲线的三个部分 : 死区 非线性区 线性区2. 输出特性输出特性曲线通常分三个工作区：(1) 放大区在放大区有 iC=iB ,也称为线性区,具有恒流特性；在放大区,发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置,晶体管
8、工作于放大状态；（ 2 截止区iB 0 以下区域为截止区,有iC =ICEO0 ；在截止区发射结 Je 处于反向偏置,集电结 Jc 处于反向偏置,晶体管工作于截止状态；（3） ）饱和区当 vCEvBE 时,晶体管工作于饱和状态；在饱和区, IBIC,发射结处于正向偏置,集电结也处于正偏；深度饱和时,硅管 vCES0.3V,锗管 vCES0.1V；输出特性三个区域的特点 :(1) 放大区： Je 正偏,Jc 反偏； IC= IB , 且 D iC =D iB ；VCVBVE ；(2) 饱和区:Je 正偏, Jc 正偏 ；即 vCE vBE ,vCE 0.3V ； iCiB ；(3) 截止区:Je
9、 反偏或零偏 ,VBE Vth0,iB=0 , iC=ICEO04.1.4 主要参数1. 电流放大系数2. 极间反向电流1. 集-基极反向截止电流 ICBO2. 集-射极反向截止电流 穿透电流 ICEO3. 极限参数：1. 集电极最大答应电流 ICM2. 集-射极反向击穿电压 UBRCEO3. 集电极最大答应耗散功耗 PCM4. 2放大电路的基本学问4.2.1基本放大电路组成基本放大电路一般是指由一个三极管与相应元件组成的三种基本组态放大电路,放大电路几个部分组成；放大电路是一个双口网络；从端口特性来争论放大电路,可将其等效成具有某种端口特性的等效电路； 输入端口可以等效为一个输入电阻 , 输
10、出端口可以等效为一个输出电阻放大电路的主要性能指标电压放大电路的几种增益 : 负载开路时的电压增益 , 带负载的电压增益输入电阻输出电阻对数增益（放大倍数用分贝值表示） 频率响应及带宽（频域指标）非线性失真4.3 共射极放大电路1. 电路组成2. 简化电路及习惯画法3. 放大工作原理4. 放大电路的静态和动态5. 直流通路和沟通通路6. 放大电路的组成条件4.4 放大电路分析方法1.图解分析法2 .动态工作情形分析3. BJT 的三个工作区4. 工作点不合适引起 vo 的失真,饱和失真4.5 小信号模型分析法1. BJT 的小信号建模1BJT 的 H 参数及小信号模型2. BJT 的小信号模型
11、引出. 模型的简化. H 参数的确定2. 用 H 参数小信号模型分析 共射极基本放大电路 ,画出小信号等效电路4.5 放大电路静态工作点的稳固问题1. 温度对工作点的影响2. 放大电路指标分析静态工作点电压增益输入电阻3. 固定偏流电路与射极偏置电路的比较第 5 章 场效应管放大电路5.1 金属-氧化物 -半导体（ MOS ）场效应管5.1.1 N 沟道增强型 MOSFET1. 结构（ N 沟道增强型）绝缘栅场效应三极管 MOSFET 分为： 增强型N沟道、 P 沟道耗尽型N沟道、 P 沟道耗尽型： vGS=0,iD 0 增强型： vGS=0,iD02. 工作原理（ N 沟道增强型）（1） ）
12、vGS 对沟道的掌握作用 vDS 肯定 ：当 vGS=0 时；当 0vGS ,0 带负载才能强缺点：阻带衰减太慢,挑选性较差2. 性能分析：传递函数通带电压放大倍数通带截止频率三、简洁二阶 LPF1. 电路构成：二阶 RC 网络,同相放大器2. 性能分析：传递函数通带电压放大倍数通带截止频率*3. 有源滤波电路的分析方法 :1.电路图电路的传递函数 Avs频率特性 Avjw 2.依据定义求出主要参数3.画出电路的幅频特性四、乘法器1. 分类：同相乘法器和反相乘法器2. 应用举例：除法运算电路开方运算电路平方运算和正弦波倍频五、振荡电路1. 平稳条件：2. 起振的幅度条件： |AF|13. 振荡
13、电路的基本组成部分4. 振荡电路的分析方法：5. 正弦波振荡电路（1）RC 正弦波振荡器谐振频率：f 0 = 21R R C C1212稳幅措施 1 : Rf 采纳负温度系数的热敏电阻R1 采纳正温度系数的热敏电阻稳幅措施 2 : 利用非线性器件稳幅（2）LC 正弦波振荡器LC 正弦波振荡电路可产生 1000MHz 以上的正弦波信号,而一般运放频带较窄,高速运放价格昂贵,所以 LC 振荡电路中的放大器一般采纳分别元件组成； 分类：变压器反馈式,电容三点式,电感三点式 等效阻抗谐振回路的选频性能主要取决于Q, Q 越大,选频性能越好 变压器反馈式同名端的判定 :先找出沟通公共端 ,假如输出端与反
14、馈端假如互为同名端就 同相,否就反相；（3）石英晶体振荡器原理：压电效应 压电谐振符号和等效电路优点： Q 值很大,频率稳固度高六、非正弦波产生电路1. 电压比较器（1） ）功能：比较两个电压的大小,比较结果以输出高低电平表示；（2） ）构成：用集成运放和电阻、二极管等构成；集成电压比较器；（3） ）工作特点： 工作在开环或正反馈状态； 大多数情形下工作在非线性区域,输出与输入不成线性关系； 输出高电平或者低电平,出现为开关状态；（4） ）分析方法： 求出门限电压 :输出从一个电平跳变到另一个电平常所对应的输入电压值； 分析输入与输出的关系 ,画出传输特性（5） ）常见比较器 过零比较器 单门
15、限电压比较器 迟滞比较器：反相和同相2. 方波产生电路（1） ）矩形波和方波,占空比 方波经积分变为三角波； 矩形波积分变为锯齿波；（2） ）电路组成方波发生电路是由滞回比较电路和RC 定时电路构成的,电路如下列图； 电源刚接通时,设电容 C 充电, vc 开头上升； 当 vc=V NVP+ 时, vo=-V Z,电容 C 放电, vc 开头下降； 当 vc=VN Vp 时, vo=+V Z ,返回初态；（3） ）过渡过程公式（4）周期运算（ 5）改进电路为了转变输出方波的占空比,应转变电容器 C 的充电和放电时间常数； 占空比可调的矩形波电路如图；C 充电时,充电电流经电位器的上半部、二极管
16、 D1、Rf；C 放电时,放电电流经 Rf、二极管 D2、电位器的下半部；其中, Rw是电位器中点到上端电阻,rd1是二极管 D1 的导通电阻；其中, rd2 是二极管 D2 的导通电阻；即转变Rw 的中点位置,占空比就可转变；3. 三角波产生电路三角波发生器的电路如下列图；它是由滞回比较器和积分器闭环组合而成的；积分器的输出反馈给滞回比较器,作为滞回比较器的输入电压 VI ； 当 vO1=+VZ 时,就电容 C 充电； 在 vO1=-VZ 后,电容 C 开头放电；4. 锯齿波产生电路（1） 原理同三角 波产生电路,只是充电 时间常数（ RR C） 和放电时间常数（ RC） 不相等,因此产生 “锯齿”外形的波形（2） 锯齿波的周期：