测控电路复习要点总结

第三章半导体二极管及基本电路3.1 半导体的基本知识3.1.1 半导体材料导体(conductor)：自然界中很容易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，它的导电能力明显变化。

往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变。

3.1.2 本征半导体和杂志半导体本征半导体：完全纯净的、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渐加宽，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衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。

3.2.2PN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况的电子（空穴）浓度，这种超量的浓度可视为电荷存储到PN结的邻域；势垒电容，势垒区是积累空间电荷的区域，当反向偏置电压变化时，就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化，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，允许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(barrier（depletion）capacitance)CB和扩散电容(diffusion capacitance)CD。

微变电阻rd: rd 是二极管特性曲线上工作点Q 附近电压的变化与电流的变化之比.第四章双极型三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的电流分配和放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：VB>VE（EB来实现）集电结反偏：VC>VB （EC 来实现）即VC>VB>VE。

PNP管发射结正偏，VB<VE集电结反偏VC<VB即VC<VB<VEBJT的特性曲线4.1.2 BJT的电流分配和放大原理1. 输入特性曲线（以共射极放大电路为例）iB=f (vBE) vCE=常数(1) 当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。

(2) 当vCE≥1V时，vCB= vCE - vBE>0，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，基区复合减少，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: ①死区②非线性区③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=βiB ，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，晶体管工作于放大状态。

（2截止区iB ＝0 以下区域为截止区，有iC =ICEO≈0 。

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vCE≤ vBE时，晶体管工作于饱和状态。

在饱和区，βIB ≥IC，发射结处于正向偏置，集电结也处于正偏。

深度饱和时，硅管vCES ≈ 0.3V，锗管vCES ≈ 0.1V。

输出特性三个区域的特点:(1) 放大区：Je正偏，Jc反偏；IC=βIB , 且D iC = β D iB；VC>VB>VE。

(2) 饱和区:Je正偏，Jc正偏；即vCE<vBE ，vCE≈0.3V ；iC < βiB 。

(3) 截止区:Je反偏或零偏，VBE< Vth≈ 0，iB=0 ，iC=ICEO ≈04.1.4 主要参数1. 电流放大系数β2. 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. 集电极最大允许电流ICM2. 集-射极反向击穿电压U(BR)CEO3. 集电极最大允许耗散功耗PCM4. 2 放大电路的基本知识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。

从端口特性来研究放大电路，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. 直流通路和交流通路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 .动态工作情况分析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(1)BJT的H参数及小信号模型(2). BJT的小信号模型引出⑶. 模型的简化⑷. 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定问题1.温度对工作点的影响2.放大电路指标分析①静态工作点②电压增益③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：v GS=0，i D ≠ 0增强型：v GS=0，i D＝02. 工作原理（N沟道增强型）（1）v GS对沟道的控制作用(v DS一定) ：当v GS=0时；当0<v GS <V T 时；当v GS≥V T 时。

（2）v DS对沟道的控制作用(v GS一定) ：v DS较小时；当v DS增加到使V GD=V T时；当v DS增加到V GD V T时。

（3）v DS和v GS同时作用：v DS一定,v GS变化时,i D –v GS曲线。

3. V -I 特性曲线及大信号特性方程（1）输出特性及大信号特性方程：const.DS D GS )(==v v f i ① 截止区；② 可变电阻区；③ 饱和区（2）转移特性：const.GS D DS )(==v v f i5.1.2 N 沟道耗尽型MOSFET 1. 结构和工作原理简述（N 沟道）2. V-I 特性曲线及大信号特性方程5.1.3 P沟道MOSFET5.1.4 沟道长度调制效应实际上饱和区的曲线并不是平坦的5.1.5 MOSFET的主要参数一、直流参数①开启电压V GS(th) (或V T)②夹断电压V GS(off) (或V P)③饱和漏极电流I DSS④输入电阻R GS二、交流参数低频跨导g m三、极限参数1. 最大漏极电流I DM2. 最大耗散功率P DM= V DS I D决定，与双极型三极管的P CM相当。

3. 最大漏源电压V（BR）DS4. 最大栅源电压V（BR）GS5.2 MOSFET放大电路5.2.1 MOSFET放大电路1. 直流偏置及静态工作点的计算（1）简单的共源极放大电路（N沟道增强型）（2）带源极电阻的NMOS共源极放大电路（3）电流源偏置共源极放大电路由于负载开路，交流负载线与直流负载线相同（1）模型（工作在饱和区）（2）放大电路分析（例5.2.5 共源电路）小结：交流参数归纳如下 共源极电路（对应共射电路）①电压放大倍数：L m io'R g v v A v -==L m io'R g v v A v -==②输入电阻：R i =R g1//R g2 或 R i =R g +(R g1//R g2) ③输出电阻 ：d ds d o //R r R R ≈=共漏极电路（对应共集电路）①电压放大倍数：Lm Lm i o '1'R g R g v v A v +==②输入电阻 ：R i =R g +(R g1//R g2) ③输出电阻 ：mm ds o 1//)/1//(//g R g r R R ≈= 共栅极电路（对应共基电路）①电压放大倍数： L m L d m gs Ld gs m i o ')//()//(R g R R g V R R V g v v A v ==--== ②输入电阻 ：mm gsm gs gs i 1//11g R g Rv g R v v R =+=---=③输出电阻 ：R o ≈R d*5.2.2 带PMOS 负载的NMOS 放大电路 本小节不作教学要求，有兴趣者自学 5.3 结型场效应管（JFET ） 5.3.1 JFET 的结构和工作原理 1. 结构2. 工作原理（以N 沟道JFET 为例） ① v GS 对沟道的控制作用（V DS 不变）：当V GS =0时；当V GS ＜0时 ② v DS 对沟道的控制作用：当v GS =0时， ③ v GS 和v DS 同时作用时5.3.2 JFET 的特性曲线及参数5.3.3 JFET 放大电路的小信号模型分析法 1、直流分析对于JFET 放大电路，除了可采用MOS 管放大电路的偏置电路外，还可采用自偏压电路。