半导体

P、N型半导体

N型半导体

掺入少量杂质磷元素（或锑元素）的硅晶体（或锗晶体）中
- 电子型半导体
- 其导电性主要是因为自由电子导电

P型半导体

掺入少量杂质硼元素（或铟元素）的硅晶体（或锗晶体）中
- 在纯硅中掺入微量3价元素铟或铝，由于铟或铝原子周围有3个价电子，与周围4价硅原子组成共价结合时缺少一个电子，形成一个空穴。空穴相当于带正电的粒子，在这类半导体的导电中起主要作用。
- 掺入的杂质越多，多子（空穴）的浓度就越高，导电性能就越强

P或N型半导体本身不带电

掺杂杂质导致内部有不同极性的载流子

这些空穴或载流子的电性与主原子或者施主原子的电性中和

少子

少数载流子

如果在半导体材料中某种载流子占少数，导电中起到次要作用，则称它为少子

·

多数载流子

半导体材料中有电子和空穴两种载流子。如果在半导体材料中某种载流子占大多数，导电中起到主要作用，则称它为多子

空穴

在P型半导体中，空穴是多数载流子,电子是少数载流子

电子

在N型半导体中,空穴是少数载流子，电子是多数载流子

杂质半导体

在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。

掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。

制备杂质半导体时一般按百万分之一数量级的比例在本征半导体中掺杂

本征半导体

完全不含杂质且无晶格缺陷的纯净半导体称为本征半导体

本征半导体一般是指其导电能力主要由材料的本征激发决定的纯净半导体。

通俗地讲，完全纯净的、不含杂质的半导体称为本征半导体或I型半导体。

代表：硅、锗

PN结

PN结的单向导电性

正偏
- PN节导通，有较小电流时便可产生较大电流
反偏
- PN节截止，回路中只有很小的反向电流

PN结的反向击穿性

当PN结反偏时，其电流很小，几乎可以忽略不记，但当反向电流超过一定限度时，其反向电流将急剧增大
导通压降的分析
- 当导通压降不可忽略或二极管工作在大电流时，利用此方法分析是可行的
- u ≥ Uon
  - 二极管导通,正向压降恒为Uon
- u < Uon
  - 二极管截止，反向电流等于零，相当于开路

三极管

三极管是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件

三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结

两个PN结把整块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种

NPN型

PNP型

发射极（e）、基极（b）和集电极（c）

判断三极管三个管脚的方法

将三极管平滑光整的正方形一面正对自己，三个管脚往下，用手拿着

从左往右三个管脚分别是E,B,C

E代表发射极，B代表基极，C代表集电极

三个管脚之间的电流关系

发射极IE=基极IB+集电极IC

三极管内部载流子的运动规律

IC = ICN+ICBO
ICN 与 IBN 之比称为共发射极电流放大倍数
iceo集电极发射极反向电流
Icbo是集电极反向饱和电流

三极管的伏安特性曲线

饱和区
- 曲线陡直上升和起始弯曲的部分
- 发射结正向偏置
  - IC<IBS
    - β大就是饱和
  - IC=IβS
    - 临界饱和
  - IC>IβS
    - 截止
- 集电结也正向偏置
- 饱和管压降Uces
放大区
- 发射结正向偏置；集电结反向偏置
- IC = βIB
- 对应于一个iB就有一条iC随uCE变化的曲线。曲线间距近似相等
截止区
- ICEO越小，三极管性能越好
- 发射结反向偏置
- 集电结也反向偏置

温度对伏安特性的影响

当温度升高时，三极管的输入特性左移；当温度降低时，三极管的输入特性右移。发射结电压UBE具有负温度系数
当温度升高时，输出特性将整体上移，且间距增大，说明ICEO、β增大。反之，当温度降低时，输出特性将整体下移，且间距减小

三极管工作区域分析

IB<IBS ，三极管工作在放大区域
IB>IBS ，三极管工作在饱和区域
IB=IBS，三极管处于临界饱和

二极管分析方法

假设二极管截止

理想模型
- 若 UD ＞0二极管导通
- 若 UD ≤ 0二极管截止
恒压降模型
- 若 UD ≥ Uon二极管导通
- 若 UD < Uon二极管截止

二极管的应用

限幅电路
开关电路
整流电路
- 半波
  - 0.9U
- 全波
  - 0.45U
- 桥式
稳压二极管
- 若多个二极管击穿，电压大的先导通
滤波电路
- 峰值是有效值的1.41倍
- 电容与负载并联
- 电感与负载串联
直流稳压电源

所谓正偏就是P结点电势高,N结点电势低.反偏就相反.

放大

发射结正偏、集电结反偏

饱和

发射结、集电结都正偏

截止

发射结反偏、集电结反偏

工艺制作

集电结面积很大
基区很薄，掺杂浓度很低
发射区的掺杂浓度度很高

辨别方法

放大状态下，电位居中的是基极
与基极差值约为0.7V(硅管) 或0.3V(锗管)的为发射极
剩下的电极为集电极
若集电极的电位最高，说明为NPN管，反之为PNP管

压降

导通压降
饱和管压降

三极管非门电路

非门的逻辑功能是实现高、低电平的相互转换
若输入为低电平，输出则为高电平

场效应管

电压控制器件

小信号放大，也可以作为电子开关使用

具有体积小、噪声低、稳定性好、制造工艺简单、易于集成等优点

如何分类

根据导电沟道中载流子的极性不同
- N 沟道
  - 箭头指向G极
- P 沟道
  - 箭头背向G极
根据导电沟道是否事先存在
- 增强型
- 耗尽型

三个电极

源极 s
- 发射极 e
栅极 g
- 基极 b
漏极 d
- 集电极 c

判断方法

都在正半轴
- 单一极性
  - 开启电压>0增强型MOS管

主要参数

开启电压VGS（th）（或VT）
- 开启电压是MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值，场效应管不能导通
夹断电压VGS（off）（或VP）
- 夹断电压是耗尽型FET的参数，当VGS=VGS（off）时，漏极电流为零
饱和漏极电流IDSS
- 耗尽型场效应三极管，当VGS=0时所对应的漏极电流
输入电阻RGS
- 场效应三极管的栅源输入电阻的典型值，对于结型场效应三极管，反偏时RGS约大于107Ω，对于绝缘栅场型效应三极管，RGS约是109～1015Ω
低频跨导gm
- 低频跨导反映了栅压对漏极电流的控制作用，这一点与电子管的控制作用十分相像。gm可以在转移特性曲线上求取，单位是mS（毫西门子）
最大漏极功耗PDM
- 最大漏极功耗可由PDM=VDS ID决定，与双极型三极管的PCM相当

判断工作区域

Ugs<开启电压

导电沟道不存在，MOS 管工作在截止区

Ugs>开启电压

MOS 管导通
- 比较Uds与Ugs-开启电压
  - 大于，工作在恒流区
  - 等于，临界
  - 小于，工作在可变电阻区

逻辑电路

与非门

若当输入均为高电平（1），则输出为低电平（0）；若输入中至少有一个为低电平（0），则输出为高电平（1）。与非门可以看作是与门和非门的叠加
- 全一出0，有0出一

或非门

当任一输入端(或多端)为高电平（逻辑“1”）时，输出就是低电平（逻辑“0”）；只有当所有输入端都是低电平（逻辑“0”）时，输出才是高电平（逻辑“1”）
- 全 0 出 1，有 1 出 0

非门

当输入端为高电平（逻辑“1”）时，输出端为低电平（逻辑“0”）；反之，当输入端为低电平（逻辑“0”）时，输出端则为高电平（逻辑“1”）

放大电路

共射放大电路

负载上总是获得比输入信号大得多的电压或电流信号

实质

能量的控制与转换

组成

电容
- 传递直流，隔离交流
输入端
- 外接需要放大的信号
输出端
- 外接负载
发射极
- 是放大电路输入和输出的公共端

工作原理

画法

直流通路
- 电容全部看作是断路
交流通路
- 电容看作是短路，直流电源正负极短接（即VCC与GND相连）

放大电路的输出电阻与负载无关

放大电路输出电阻越小带负载能力越强

三极管偏置电路分析方法

作用

三极管提供基极直流电流，这一电流又称基极静态偏置电流

子主题 2

子主题 3

三种放大电路

共射

共射放大电路既能放大电流又能放大电压，输入与输出反相；输出电阻较大，频带较窄。常作为低频

共集

无电压放大作用，电压增益小于等于1，电压跟随器
- 适用于功率放大器
- 阻抗匹配电路

共基

电压增益高
- 电流增益低
  - 适用于高频电路

具体应用

反向电压放大器

包括共射和共源单管放大电路

电压跟随器

包括共集和共漏单管放大电路

电流跟随器

包括共基和共栅单管放大电路

怎么判断MOS管是共源极放大器还是共栅极放大器？

最简单的方法是，总共源，漏和栅三端，输入接一个端，输出接一个端，剩下的那个端是什么就是共什么级放大器

共源共射

反相
- 电流跟随

共漏共集

同相
- 电压跟随

共栅共基

同相
- 电流跟随

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模拟电路概念知识体系梳理（基础部分）

半导体

P、N型半导体

N型半导体

P型半导体

P或N型半导体本身不带电

掺杂杂质导致内部有不同极性的载流子

这些空穴或载流子的电性与主原子或者施主原子的电性中和

少子

少数载流子

如果在半导体材料中某种载流子占少数，导电中起到次要作用，则称它为少子

·

多数载流子

半导体材料中有电子和空穴两种载流子。如果在半导体材料中某种载流子占大多数，导电中起到主要作用，则称它为多子

空穴

在P型半导体中，空穴是多数载流子,电子是少数载流子

电子

在N型半导体中,空穴是少数载流子，电子是多数载流子

杂质半导体

在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。

掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。

制备杂质半导体时一般按百万分之一数量级的比例在本征半导体中掺杂

本征半导体

完全不含杂质且无晶格缺陷的纯净半导体称为本征半导体

本征半导体一般是指其导电能力主要由材料的本征激发决定的纯净半导体。

通俗地讲，完全纯净的、不含杂质的半导体称为本征半导体或I型半导体。

代表：硅、锗

PN结

PN结的单向导电性

PN结的反向击穿性

三极管

三极管是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件

三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结

两个PN结把整块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种

NPN型

PNP型

发射极（e）、基极（b）和集电 极（c）

判断三极管三个管脚的方法

将三极管平滑光整的正方形一面正对自己，三个管脚往下，用手拿着

从左往右三个管脚分别是E,B,C

E代表发射极，B代表基极，C代表集电极

三个管脚之间的电流关系

三极管内部载流子的运动规律

三极管的伏安特性曲线

温度对伏安特性的影响

三极管工作区域分析

二极管分析方法

假设二极管截止

二极管的应用

所谓正偏就是P结点电势高,N结点电势低.反偏就相反.

放大

饱和

截止

工艺制作

辨别方法

压降

三极管非门电路

场效应管

电压控制器件

小信号放大，也可以作为电子开关使用

具有体积小、噪声低、稳定性好、制造工艺简 单、易于集成等优点

如何分类

三个电极

判断方法

主要参数

判断工作区域

Ugs<开启电压

Ugs>开启电压

逻辑电路

与非门

或非门

非门

放大电路

共射放大电路

实质

组成

工作原理

画法

放大电路的输出电阻与负载无关

三极管偏置电路分析方法

发射极（e）、基极（b）和集电极（c）

具有体积小、噪声低、稳定性好、制造工艺简单、易于集成等优点

共源共射

共漏共集

共栅共基