模拟电路概念知识体系梳理（基础部分）
生活随笔
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模拟电路概念知识体系梳理（基础部分）
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半導體
P、N型半導體
N型半導體
- 摻入少量雜質磷元素（或銻元素）的硅晶體（或鍺晶體）中
- 電子型半導體
- 其導電性主要是因為自由電子導電
P型半導體
- 摻入少量雜質硼元素（或銦元素）的硅晶體（或鍺晶體）中
- 在純硅中摻入微量3價元素銦或鋁，由于銦或鋁原子周圍有3個價電子，與周圍4價硅原子組成共價結合時缺少一個電子，形成一個空穴。空穴相當于帶正電的粒子，在這類半導體的導電中起主要作用。
- 摻入的雜質越多，多子（空穴）的濃度就越高，導電性能就越強
P或N型半導體本身不帶電
摻雜雜質導致內部有不同極性的載流子
這些空穴或載流子的電性與主原子或者施主原子的電性中和
少子
少數載流子
如果在半導體材料中某種載流子占少數，導電中起到次要作用，則稱它為少子
·
多數載流子
半導體材料中有電子和空穴兩種載流子。如果在半導體材料中某種載流子占大多數，導電中起到主要作用，則稱它為多子
空穴
在P型半導體中，空穴是多數載流子,電子是少數載流子
電子
在N型半導體中,空穴是少數載流子，電子是多數載流子
雜質半導體
在本征半導體中摻入某些微量元素作為雜質，可使半導體的導電性發生顯著變化。
摻入的雜質主要是三價或五價元素。摻入雜質的本征半導體稱為雜質半導體。
制備雜質半導體時一般按百萬分之一數量級的比例在本征半導體中摻雜
本征半導體
完全不含雜質且無晶格缺陷的純凈半導體稱為本征半導體
本征半導體一般是指其導電能力主要由材料的本征激發決定的純凈半導體。
通俗地講，完全純凈的、不含雜質的半導體稱為本征半導體或I型半導體。
代表：硅、鍺
PN結
PN結的單向導電性
- 正偏
- PN節導通，有較小電流時便可產生較大電流
- 反偏
- PN節截止，回路中只有很小的反向電流
PN結的反向擊穿性
- 當PN結反偏時，其電流很小，幾乎可以忽略不記，但當反向電流超過一定限度時，其反向電流將急劇增大
- 導通壓降的分析
- 當導通壓降不可忽略或二極管工作在大電流時，利用此方法分析是可行的
- u ≥ Uon
- 二極管導通,正向壓降恒為Uon
- u < Uon
- 二極管截止，反向電流等于零，相當于開路
三極管
三極管是半導體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元件
三極管是在一塊半導體基片上制作兩個相距很近的PN結
兩個PN結把整塊半導體分成三部分，中間部分是基區，兩側部分是發射區和集電區，排列方式有PNP和NPN兩種
NPN型
PNP型
發射極（e）、基極（b）和集電 極（c）
判斷三極管三個管腳的方法
將三極管平滑光整的正方形一面正對自己，三個管腳往下，用手拿著
從左往右三個管腳分別是E,B,C
E代表發射極，B代表基極，C代表集電極
三個管腳之間的電流關系
- 發射極IE=基極IB+集電極IC
三極管內部載流子的運動規律
- IC = ICN+ICBO
- ICN 與 IBN 之比稱為共發射極電流放大倍數
- iceo集電極發射極反向電流
- Icbo是集電極反向飽和電流
三極管的伏安特性曲線
- 飽和區
- 曲線陡直上升和起始彎曲的部分
- 發射結正向偏置
- IC<IBS
- β大就是飽和
- IC=IβS
- 臨界飽和
- IC>IβS
- 截止
- IC<IBS
- 集電結也正向偏置
- 飽和管壓降Uces
- 放大區
- 發射結正向偏置；集電結反向偏置
- IC = βIB
- 對應于一個iB就有一條iC隨uCE變化的曲線。曲線間距近似相等
- 截止區
- ICEO越小，三極管性能越好
- 發射結反向偏置
- 集電結也反向偏置
溫度對伏安特性的影響
- 當溫度升高時，三極管的輸入特性左移；當溫度降低時，三極管的輸入特性右移。發射結電壓UBE具有負溫度系數
- 當溫度升高時，輸出特性將整體上移，且間距增大，說明ICEO、β增大。反之，當溫度降低時，輸出特性將整體下移，且間距減小
三極管工作區域分析
- IB<IBS ，三極管工作在放大區域
- IB>IBS ，三極管工作在飽和區域
- IB=IBS，三極管處于臨界飽和
二極管分析方法
假設二極管截止
- 理想模型
- 若 UD ＞0二極管導通
- 若 UD ≤ 0二極管截止
- 恒壓降模型
- 若 UD ≥ Uon二極管導通
- 若 UD < Uon二極管截止
二極管的應用
- 限幅電路
- 開關電路
- 整流電路
- 半波
- 0.9U
- 全波
- 0.45U
- 橋式
- 半波
- 穩壓二極管
- 若多個二極管擊穿，電壓大的先導通
- 濾波電路
- 峰值是有效值的1.41倍
- 電容與負載并聯
- 電感與負載串聯
- 直流穩壓電源
所謂正偏就是P結點電勢高,N結點電勢低.反偏就相反.
放大
- 發射結正偏、集電結反偏
飽和
- 發射結、集電結都正偏
截止
- 發射結反偏、集電結反偏
工藝制作
- 集電結面積很大
- 基區很薄，摻雜濃度很低
- 發射區的摻雜濃度度很高
辨別方法
- 放大狀態下，電位居中的是基極
- 與基極差值約為0.7V(硅管) 或0.3V(鍺管)的為發射極
- 剩下的電極為集電極
- 若集電極的電位最高，說明為NPN管，反之為PNP管
壓降
- 導通壓降
- 飽和管壓降
三極管非門電路
- 非門的邏輯功能是實現高、低電平的相互轉換
- 若輸入為低電平，輸出則為高電平
場效應管
電壓控制器件
小信號放大，也可以作為電子開關使用
具有體積小、噪聲低、穩定性好、制造工藝簡 單、易于集成等優點
如何分類
- 根據導電溝道中載流子的極性不同
- N 溝道
- 箭頭指向G極
- P 溝道
- 箭頭背向G極
- N 溝道
- 根據導電溝道是否事先存在
- 增強型
- 耗盡型
三個電極
- 源極 s
- 發射極 e
- 柵極 g
- 基極 b
- 漏極 d
- 集電極 c
判斷方法
- 都在正半軸
- 單一極性
- 開啟電壓>0增強型MOS管
- 單一極性
主要參數
- 開啟電壓VGS（th） （或VT）
- 開啟電壓是MOS增強型管的參數，柵源電壓小于開啟電壓的絕對值，場效應管不能導通
- 夾斷電壓VGS（off） （或VP）
- 夾斷電壓是耗盡型FET的參數，當VGS=VGS（off） 時，漏極電流為零
- 飽和漏極電流IDSS
- 耗盡型場效應三極管，當VGS=0時所對應的漏極電流
- 輸入電阻RGS
- 場效應三極管的柵源輸入電阻的典型值，對于結型場效應三極管，反偏時RGS約大于107Ω，對于絕緣柵場型效應三極管，RGS約是109～1015Ω
- 低頻跨導gm
- 低頻跨導反映了柵壓對漏極電流的控制作用，這一點與電子管的控制作用十分相像。gm可以在轉移特性曲線上求取，單位是mS（毫西門子）
- 最大漏極功耗PDM
- 最大漏極功耗可由PDM=VDS ID決定，與雙極型三極管的PCM相當
判斷工作區域
Ugs<開啟電壓
- 導電溝道不存在，MOS 管工作在截止區
Ugs>開啟電壓
- MOS 管導通
- 比較Uds與Ugs-開啟電壓
- 大于，工作在恒流區
- 等于，臨界
- 小于，工作在可變電阻區
- 比較Uds與Ugs-開啟電壓
邏輯電路
與非門
- 若當輸入均為高電平（1），則輸出為低電平（0）；若輸入中至少有一個為低電平（0），則輸出為高電平（1）。與非門可以看作是與門和非門的疊加
- 全一出0，有0出一
或非門
- 當任一輸入端(或多端)為高電平（邏輯“1”）時，輸出就是低電平（邏輯“0”）；只有當所有輸入端都是低電平（邏輯“0”）時，輸出才是高電平（邏輯“1”）
- 全 0 出 1，有 1 出 0
非門
- 當輸入端為高電平（邏輯“1”）時，輸出端為低電平（邏輯“0”）；反之，當輸入端為低電平（邏輯“0”）時，輸出端則為高電平（邏輯“1”）
放大電路
共射放大電路
- 負載上總是獲得比輸入信號大得多的電壓或電流信號
實質
- 能量的控制與轉換
組成
- 電容
- 傳遞直流，隔離交流
- 輸入端
- 外接需要放大的信號
- 輸出端
- 外接負載
- 發射極
- 是放大電路輸入和輸出的公共端
工作原理
畫法
- 直流通路
- 電容全部看作是斷路
- 交流通路
- 電容看作是短路，直流電源正負極短接（即VCC與GND相連）
放大電路的輸出電阻與負載無關
- 放大電路輸出電阻越小帶負載能力越強
三極管偏置電路分析方法
作用
- 三極管提供基極直流電流，這一電流又稱基極靜態偏置電流
子主題 2
子主題 3
三種放大電路
共射
- 共射放大電路既能放大電流又能放大電壓，輸入與輸出反相；輸出電阻較大，頻帶較窄。常作為低頻
共集
- 無電壓放大作用，電壓增益小于等于1，電壓跟隨器
- 適用于功率放大器
- 阻抗匹配電路
共基
- 電壓增益高
- 電流增益低
- 適用于高頻電路
- 電流增益低
具體應用
反向電壓放大器
- 包括共射和共源單管放大電路
電壓跟隨器
- 包括共集和共漏單管放大電路
電流跟隨器
- 包括共基和共柵單管放大電路
怎么判斷MOS管是共源極放大器還是共柵極放大器？
- 最簡單的方法是，總共源，漏和柵三端，輸入接一個端，輸出接一個端，剩下的那個端是什么就是共什么級放大器
共源 共射
- 反相
- 電流跟隨
共漏 共集
- 同相
- 電壓跟隨
共柵 共基
- 同相
- 電流跟隨
總結
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