模电助学基础知识（复习必备）.docx

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1、半导体二极管及其基本电路基本要求 正确理解：PN结的形成及单向导电性 熟练掌握：普通二极管、稳压二极管的外特性及主要参数 能够查阅电子器件相关手册难点重点1. PN结的形成（1）当P型半导体和N型半导体结合在一起时，由于交界面处存在载流子浓度的差异，这样电子和空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散。但是，电子和空穴都是带电的，它们扩散的结果就使P区和N区中原来的电中性条件破坏了。P区一侧因失去空穴而留下不能移动的负离子，N区一侧因失去电子而留下不能移动的正离子。这些不能移动的带电粒子通常称为，它们集中在P区和N区交界面附近,形成了一个很薄的空间电荷区，这就是我们所说的：0空穴P区NK电f图（

2、1）浓度差使载流子发生扩散运动（2）在这个区域内，多数载流子已扩散到对方并复合掉了，或者说消耗殆尽了，因此，空间电荷区又称为O（3） P区一侧呈现负电荷，N区一侧呈现正电荷，因此空间电荷区出现了方向由N区指向P区的电场，由于这个电场是载流子扩散运动形成的，而不是外加电压形成的，故称为0屯穴P区NK电f图（2）内电场形成（4）内电场是由多子的扩散运动引起的，伴随着它的建立将带来两种影响：一是内电场将阻碍多干的扩散，二是P区和N区的少子一旦靠近PN结，便在内电场的作用下漂移到对方，使空间电荷区变窄。（5）因此，*使空间电荷区加宽，内电场增强，有利于少子的瞬喃WI于多子的扩散：而漂移运动使空间电荷区

3、变窄，内电场减弱，有利于多子的扩散而不利于少子的漂移。当扩散运动和漂移运动达到动态平衡时，交界面形成稳定的空间电荷区，即PN结处于动态平衡。半导体二极管及其基本电路12. PN结的单向导电性（1）外加正向电压（正偏）在外电场作用下，多子将向PN结移动，结果使空间电荷区变窄，内电场被削弱，有利于多子的扩散而不利于少子的漂移，扩散运动起主要作用。结果，P区的多子空穴将源源不断的流向N区，而N区的多子自由电子亦不断流向P区，这两股载流子的流动就形成了PN结的正向电流。观看动画（动画源文件下载）（2）外加反向电底（反偏）在外电场作用下，多子将背离PN结移动，结果使空间电荷区变宽，内电场被增强，有利于少

4、子的漂移而不利于多子的扩散，漂移运动起主要作用。漂移运动产生的漂移电流的方向与正向电流相反，称为反向电流。因少子浓度很低，反向电流远小于正向电流。当温度一定时，少子浓度一定，反向电流几乎不随外加电压而变化，故称为反卜UIl力C观看动画3. 二极管的基本应用电路（1）限幅电路-利用二极管的单向导电性和导通后两端电压基本不变的特点组成。（2）箝位电路-将输出电压箝位在一定数值上。注：黑色-输入信号，蓝色-输出信号，波形为用EWB仿真结果。2.1半导体的基本知识1 .半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间，半导体具有光敏、热敏和掺杂特性。2 .本征半导体(1)在OK时，本征半导体中没有载流子，呈绝缘体

5、特性。(2)温度升高一热激发一共价键中价电子进入导带-自由电子+空穴。(3)两种截流子：导带中的自由电子，电荷极性为负；价带中挣脱共价键束缚的价电子所剩下的空穴，电荷极性为正。(4)热激发条件下，只有少数价电子挣脱共价键的束缚，进入导带形成电子空穴对，所以本征半导体导电率很低。3 .杂质半导体(D两种杂质半导体：N型-一掺入微量五价元素：P型-一掺入微量三价元素。(2)两种浓度不等的载流子：多子-一由掺杂形成，少子-由热激发产生。(3)一般情况下，只要掺入极少量的杂质，所增加的多子浓度就会远大于室温条件下本征激发(观看锤激发动画)所产生的载流子浓度。所以，杂质半导体的导电率高。(4)杂质半导体

6、呈电中性。4 .半导体中载流子的运动方式(1)漂移运动-载流子在外加电场作用下的定向移动。(2)扩散运动-因浓度梯度引起载流子的定向运动。5 .2PN结的形成及特性1. PN结的形成当P型半导体和N型半导体结合在一起的时侯，由于交界面处存在载流子浓度的差异一多子扩散一产生空间电荷区和内电场一内电场阻碍多子扩散，有利少子漂移当扩散和漂移达到动态平衡时，交界面形成稳定的空间电荷区，即PN结。2. PN结的单向导电性外加正向电压一多子向PN结移动，空间电荷区变窄，内电场减弱一扩散运动大于漂移运动一正向电流。外加反向电压一多子背离PN结移动，空间电荷区变宽，内电场增强一漂移运动大于扩散运动一反向电流。

7、当温度定时，少子浓度定，反向电流几乎不随外加电压而变化，故称为反向饱和电流。2.3半导体二极管1 .半导体二极管按其结构的不同可分为,接触型、面接触里和平面型这样几类。2 .伏安特性它可划分为三个部分:（1）正向特性（外加正向电Il）当正向电压超过某一数值后，二极管才有明显的正向电流，该电压值称为导通电压，用Vth表示。在室温下，硅管的Vth约为0.5V,铝管的Vth约为0.IV。当流过二极管的电流I比较大时，二极管两端的电压几乎维持恒定，硅管约为0.60.8V（通常取0.7V）,错管约为0.20.3V（通常取0.2V）o（2）反向特性（外加反向电压）在反向电压小于反向击穿电压的范围内，由少数

8、载流子形成的反向电流很小，而且与反向电压的大小基本无关。由二极管的正向与反向特性可直观的看出：二极管是步线性器件；二极管具有单向导电性。（3）反向击穿特性当反向电压增加到某一数值VBR时，反向电流急剧增大，这种现象叫做二极管的反向击穿。3 .电容效应：势垒电容与扩散电容4 .主要参数器件的参数是其特性的定量描述，是我们正确使用和合理选择器件的依据。（1）正向-最大整流电流IF（2）反向-反向击穿电压VBR5 .4二极管应用电路1 .分析方法：二极管是一种非线性器件，因而由二极管构成的电路一般要采用非线性电路的分析方法。（1）图解分析法其步骤为：把电路分为线性和非线性两部分：在同一坐标上分别画出

9、非线性部分的伏安特性和线性部分的特性曲线：由两条特性曲线的交点求电路的V和I0（2）模型分析法（非线性器件线性化处理）理想二极管模型-正向导通时，压降为0;反向截止时，电流为0。压降模型一-当二极管工作电流较大时，其两端电压为常数（通常硅管取0.7V,铸管取0.2V）。交流小信号模型一若电路中除有直流电源外，还有交流小信号，则对电路进行交流分析时，二极管可等效为交流电阻r11=26mVlw（IiX）为静态电流）2 .二极管应用电路（1）限幅电路-利用二极管单向导电性和导通后两端电压基本不变的特点组成，将信号限定在某一范围中变化，分为单限幅和双限幅电路。多用于信号处理电路中。（2）箝位电路-将输

10、出电压箝位在一定数值上。（3）开关电路-利用二极管单向导电性以接通和断开电路，广泛用于数字电路中。（4）整流电路-利用二极管单向导电性，将交流信号变为直流信号，广泛用于直流稳压电源中。（5）低电压稳压电路-利用二极管导通后两端电压基本不变的特点，采用几只二极管串联，获得3V以下输出电压3 .5特殊二极管1 .稳压二极管（1）工作原理稳压管是一种特殊的二极管，它利用PN结反向击穿后特性陡直的特点，在电路中起稳压作用。稳压管工作在反向击穿状态。（2）主要参数：总定电依VZm电渝I八城大1：作电汴I一和最大，散功率PZM2 .发光二极管发光二极管是一种将电能转化为光能的特殊二极管。发光二极管简写成了

11、LED,其基本结构是一个PN结，它的特性曲线与普通二极管类似，但正向导通电压一般为12V,正向工作电流一般为几几十毫安。3 .光电二极管光电二极管又叫光敏二极管，是一种将光信号转换为电信号的特殊二极管。4 .变容二极管利用二极管结电容随反向电压的增加而减少的特性制成的电容效应显著的二极管。多于高频技术中。例L求图所示电路的静态工作点电压和电流。.+AllOVll、乙 V I -解：（1）图解分析法首先把电路分为线性和非线性两部分，然后分别列出它们的端特性方程。在线性部分，其端特性方程为V=Vl-IR将相应的负载线画在二极管的伏安特性曲线上，如图所示，其交点便是所求的（1Q,VQ）（2）模型分析

12、法理想二极管模型V=0,I=V1R恒压降模型设为硅管，v=.7V,I=（Vl-V）/R例2.如何用万用表的“欧姆”档来判别一只二极管的正、负极？分析：指针型万用表的黑笔内接直流电源的正端，而红笔接负端。利用二极管的单向导电性，其正向导通电阻一般在几百欧几干欧，而反向偏置电阻一般在几百千欧以上。测量时，利用万用表的“RX100”和“RX1K”档，若两个数值比值在100以上，认为二极管正常，否则认为二极管的单向导电性已损坏。例3.图所示电路中，设D为理想二极管，试画出其传输特性曲线（VOVi）。0-W7D10220KVi工IVo二IoV2.5V二O_5解：（1）vi0当0vi25V时，D2导通，假

13、设此时Dl尚未导通，KJVO=（2/3）.（vi-2.5）+2.5V：令VO=IOV,则vi=13.75V,可见当vi13.25V时，DI、D2均导通，此时VO=IOV。传输特性曲线略。例4.试判断图中二极管是导通还是截止？并求出AO两端电压VAO。设二极管为理想的。=4V12V解:分析方法：（1）将DI、D2从电路中断开，分别出DLD2两端的电压；（2）根据二极管的单向导电性，二极管承受正向电压则导通，反之则截止。若两管都承受正向电压，则正向电压大的管子优先导通，然后再按以上方法分析其它管子的工作情况。本题中：V12=12V,V34=12+4=16V,所以D2优先导通，此时，V12=-4V,

14、所以Dl管子截止。VAO=-4V0例5.两个稳压管的稳压值VZ1=5V,VZ2=7V,它们的正向导通压降均为0.6V,电路在以下二种接法时，输出电压V。为多少？若电路输入为正弦信号VI=20si3t（V）,画出图（a）输出电压的波形。解：图（a）中DI、D2都承受反向偏压，所以输出电压VO=VZI+VZ2=5V+7V=12V若输入正弦信号VI=20sinst（V）：在输入信号正半周，若VK12V稳压管处于反向截止状态，Vo=VI;若VI212V稳压管处于反向击穿状态，V0=12V0在输入信号负半周，若VD-1.2V稳压管处于截止状态，V0=VI;若VIWT.2V稳压管处于正向导通状态，V0=-

15、L2Vo图（b）中Dl承受正向电压、D2承受反向偏压，所以输出电压Vo=O.6V+7V三、半导体三极管及其放大电路基本要求 熟练掌握：放大电路的组成原则；共射、共集和共基组态放大电路工作原理；静态工作点：用小信号模型分析法分析增益、输入电阻和输出电阻：多级放大电路的工作原理，增益的计算 正确理解：图解分析法；放大电路的频率响应 一般了解：频率失真难点重点1.半导体三极管内部载流子的传输过程由于发射结外加正向电压，发射结的内电场被削弱，有利于该结两边半导体中多子的扩散。流过发射极的电流由两部分组成：一是发射区中的多子自由电子通过发射结注入到基区，成为集区中的非平衡少子而形成的电子电流IEN,二是基区中的多子空穴通过发射结注入到发射区，成为发射区的非平衡少子而形成的空穴电流IEP。由于基区中