模拟电子电路技术基础 | 常用半导体器件
基础知识
本征半导体
纯净
半导体
- 概念:导电能力介于导体和绝缘体之间的器件
本征半导体的晶体结构
如图价电子无法导电
载流子
- 本征激发
热运动逃离束缚
- 自由电子
- 空穴
两者都是载流子
- 复合
自由电子+空穴 湮灭 = 价电子
载流子浓度(表征导电能力)
温度升高,浓度增加,后会趋向稳定,本征激发和复合速度近似,动态平衡
本征激发——温度
复合速度——浓度
如何提高导电性使之可应用?
杂质半导体
概念
在本征半导体内掺杂少量的杂质元素
N型半导体
- 掺入磷P(5价元素)
掺杂少量不改变原来晶体结构
P为施主原子
自由电子——多子
温度对之影响很少,因为基数大空穴——少子
温度对之影响很大,因为基数小
如果某种器件只与多子相关,那温度对之影响很小
P型半导体
- 掺入硼B(3价)
- 其余类比
PN结
PN结的形成
- 扩散运动(a)
- 空间电荷区,耗尽层,阻挡层,PN结
- 漂移运动——少子的运动
- 对称结,不对称结
PN结单向导电性
- 外加正向电压
从P到N
相当于削弱势垒(内电场)作用
需要限定最大电流,避免PN结烧掉
- 加反向电压
漂移运动加强
少子构成电流,可以忽略
电流对温度敏感
PN结的电流方程
PN结的伏安特性
i=Ii = Ii=Is (e(e(eUUT\frac{U}{UT}UTU −1)- 1)−1)
Is 反向饱和电流
UT 温度当量 室温下26mV
U PN结的导通电压 Ge 0.2V-0.3V S 0.6V-0.7V 因此1几乎可以忽略
PN结的伏安特性
- 正向特性
- 死区
- 反向特性
- 反向击穿
- 雪崩击穿(链式反应)
- 掺杂浓度低——PN结比较宽==(?)==
- 外加电场足够大形成粒子加速器
- 粒子撞开价电子
- 温度越高,需要的击穿电压越高
- 温度高晶格振,粒子撞上晶格
- 齐纳击穿
- 掺杂浓度高
- 外加电场将价电子拉出
- 温度越高,需要的击穿电压越低
- 击穿后温度过高会烧毁PN结
- 有稳定电压作用——稳压二极管
- 控制掺杂浓度,调节反向击穿电压
- 雪崩击穿(链式反应)
- 反向击穿
这块不是特别明白,只是知道有这么个东西,开学后要弄懂原理
PN结的电容效应
- 势垒电容
电容,电压变化带来电量变化
反向电压大,PN结宽,电量大
- 扩散电容
非平衡少子和电压之间的关系
半导体二极管
外型
常见结构
伏安特性
- 伏安特性
区别
1. 由于体电阻存在,电流小些
2. 反向电流大些==?==
温度的影响
- 温度升高,正向左移,反向下移
- 室温,每升高1度,正向压降2-2.5mV,10度,反向电流值增大一倍
二极管的主要参数
IF
最大整流电流
二极管长期工作所能通过的正向平均电流的最大值
UR
最高反向工作电压
IR
未击穿时,反向电流
fM
最高工作频率
高频电路中要考虑
二极管的等效电路
等效电路
伏安特性折线化
- 二极管加正向电压的情况
限伏电路
整流
电阻值的推导过程
二极管的微变等效
- 直流—> ID
- rd = UT/ID
- 画等效电路,拿掉直流电源
稳压二极管
特点:散热性要好,能通过很大电流,调节掺杂浓度可以改变稳定电压
伏安特性
主要参数自己看
- 温度系数 α 小于4v 温度系数-,大于7v温度系数+
使用
稳压的原理:注意一定要有限流电阻
双极晶体管 BTJ
结构及类型
构成方式
- 结构:三个区域 三个电极 两个PN结
电流放大作用
放大
实质上是控制能量的变化
放大不能失真
基本共射放大电路
发射极正向偏置 --> 发射极正向导通
内部载流子的运动
- 发射极正偏
发射区自由电子向基区扩散 Iep<<Ien
基区 薄 掺杂浓度低
- 继续扩散
- 复合
- 在基极继续产生电子
集电区收集电子
放大系数
直流放大系数
交流放大系数
- ICEO穿透电流
基极开路时的IC
- ICBO
反向电流
- 共基的放大系数
BJT共射特性曲线
输入特性
IB和f(UBE)的关系 UCE = 常数
为什么
集电极吸引载流子能力太强,基本都被吸走,故UBE变化对IB影响很小
输出特性
- 放大区 发射极正偏,集电极反偏 iB = βiC
- 截止区 双结反偏 ce 断路 基极电位小于发射极电位
- 饱和区 双结正偏 ce开关闭合 βIB>ICmax
没有很懂
主要参数
自己看
温度影响
- 输入特性
- 输出特性
光电三极管
场效应管(FZT)
耗电量小
结型场效应管
工作条件
相比绝缘栅更不容易坏
绝缘栅型场效应管(MOSFET)
N沟道增强型MOS管
- 结构
g——栅极 控制极 和其他都绝缘
s——源极 载流子发射出
d——漏极 载流子漏出出
- 工作原理
- UDS = 0 UGS > 0 N沟道形成
- UGS 决定了Rds 压控电阻
- UGS > UGS(th)开启电压 保持不变 增强
- UDS变大
- UGS - UDS = UGS(th) 预夹断(没有真正夹断)
- 增加电压几乎都在抵抗增加的电阻,电流几乎不变
- 预夹断进入恒流区后UGS决定iD
N沟道耗尽型MOS管
在SiO2中固定正电荷,使得沟道天然产生
UGS(off) 负电压,小于该值则沟道消失
场效应管的特性与参数
特性曲线
- 转移特性曲线
N沟道增强型MOS管的特性曲线
条件:UDS足够大
N沟道耗尽型MOS管转移特性曲线
- 输出特性曲线
放大工作思想
三极管
直流状态下
小信号控制IB
IB控制IC场效应管
恒流区
小信号控制UGS
ID变化输出
- 大ID直流电源
- IC有 Vcc控制
参数
- 直流参数
UGEth UGSoff IDSS RGSDC - 交流参数(低频)
- 跨导
2. 极间电容
- 跨导
- 极限参数自己看
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