模电考研《模拟电子技术基础》童诗白考研复习考点总结.docx
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模电考研《模拟电子技术基础》童诗白考研复习考点总结
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第1章常用半导体器件
1.1复习笔记
本章首先介绍了半导体的基础知识,随后重点阐述了半导体二极管、晶体管(BJT)和场效应管(FET)的工作原理、特性曲线以及主要参数。
半导体器件是组成电子电路的核心元件,因此本章内容是整本书学习的重要基础。
通过本章的学习,应能熟练掌握常用半导体器件的工作原理、夕卜特性和主要参数,并熟悉半导体相关基础知识,最后需要了解半导体器件的选用原则,为今后的模拟电路分析和设计打下基础。
_、半导体基础知识
半导体器件是构成电子电路的基本元件,所用的原料是经过特殊加工且性能可控的半导体材料,所以在学习半导体器件之前,需要了解一些半导体的基本名词术语(见
表I-I-I)o
表1-1-1半导体基本名词术语
要点
概念
本征半导体
纯净晶体结构的半导体
共价键
晶体中原子排列成整齐的点阵,相邻原子的最外层电子成为共用电子,称为共价键
自由电子和空穴
热运动下,价电子挣脱共价键的束缚,成为自由电子3共价键中留下的空位蚤称为空穴
载流子
能够运载电荷的粒子称为载流子。
自由电子和空穴均为载流子。
导体导电只有自由电子一种载流子,而半导体两种载流子都蔘与导电
杂质半导休
在本征半导体中参入某些微量的杂质,会使原半导体的导电性能发生显著变化,杂质半导体主要依靠多数载流子导电
N型半导体和
P型半导休
通过扩散工艺,在本征半导体中掺入五价元素就形成了N型半导体,自由电子为多数载济子,蔘入三价元素就形成了P型半导体,空穴为其多数载流子
扩散运动、漂移运动和PN结
将两种杂质半导体制作在同一个硅(错)片时,它们的交界处,两种载'流子有序的运动,因浓度差而差生的运动称为扩散运动:
因电位差产生的运动称为漂移运动&两种运动动态平衡时'形成了PN结。
PN结具有单向导电•性,正向导通’反向截止
PN结的电容效应
空间电何区宽窄变化所等效的电谷称为势垒电谷,扩歆运动区域內载流子浓度娈化所等敷的电容称为扩散电容,PN结的等敕电容等于它们之和
二、半导体二极管
1二极管的结构和分类(见表1-1-2)
表1-1-2二极管的结构和分类
要点
主要内容
组成
由一个PN结加上相应的电扳引线及管壳封装而成
电极
①阳极:
由PIK引出的电极;②阴极:
由N区引出的电极
电流方向
由阳极通过管子內部流向阴极
分类
按材料分
硅管.错管
按用途分
普通二极管.整流二极管.稳压二极管等
按结构分
1接触型:
适用于高频电踣的检波或小电流整流,也可用作数字电路的幵关兀件;
2适用于低频整流,
3适用于脉冲数字电路做开关管
2二极管的伏安特性
与PN结一样,二极管具有单向导电性,但由于二极管结构上的不同,具体的伏安特性与PN结又有区别(见表1-1-3)。
表1-1-3二极管的伏安特性
要点
主要內容
伏安特性方程
i=Is(eulLrT-V)
伏安特性曲线
•9I
½RR)1
80oC200C
O5M
实际特性
正向特性
正向电压超过一定值,正向电流才从零随端电压按指数规律増犬,此临界电压称为开启电压U。
"一般硅管在0.5V左右,导通压降0.6-0.8V,错管在(HV左右,导通压降(H〜03V
反向特性
当二极管加反向电压足够大,反向电流为并保持基本恒定
反向击穿特性
反向电压过大将使—极管击穿,不同型号—极管击穿电压差别很大'从几十伏到几千伏
温度对二极管伏安特性的影响
环境温度升咼时〉—极管的正向特性将左移〉反向特性曲线将下移〉如—极管伏安特性曲线團中虚线所示
3二极管的主要参数
为描述二极管性能,常引用以下几个主要参数(见表1-1-4)O
表1-1-4二极管主要参数
要点
概念
最大整流电济IF
—极管长期运行允许通过的最大正向平均电流,大小与PM结面积助卜部散热条件等有关
最高反向工作电压UR
二极管工作允许外加的最大反向电压,超过则可能因反向击穿而损坏
反向电流IR
二极管未击穿时的反向电流。
IR越小,单向导电性越好
最高工作频率‰
二极管工作的上卩艮截止频率,若超过此值J由于结电容的作用二极管将不能很好体现单向导电性
4二极管的等效电路
二极管的伏安特性具有非线性,这给二极管的应用和分析带来了一定的困难。
为了便于分析,常在一定的条件下,用线性原件构成的电路来模拟二极管的特性,并取代电路中的二极管,称为二极管的等效电路,也叫等效模型(见表1-1-5)O
+H
J
。
T
⅛底
≡∣Dlr
I
二
A旦
α
、、
\
一、、
■\
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55器玮-ff
塑
II顋EIl
≡
≡
旧
IDDl
折线模型
伏安特性和
等效电路
二极管正向电压U大于Ug后I与U呈线性关系,斜率为1⅛,特征rc=ΔU∕ΔI,截止时反向电流为零J用理想二极管串联电压源
Ug和电阻Fd表示
在Q点基础上外加微小变化矍可以利用以Q点为切点的直线来近似黴小变化时的曲线,即将二极管等效成一个动态电阻Td丿Γd=∆ΛlDAip
5稳压二极管
稳压管在反向击穿时,在一定的电流范围内(或者说在一定的功率损耗范围内)t
端电压几乎不变,表现出稳压特性。
关于稳压二极管见表l-l-6o
表1-1-6稳压二极管
要点
主要內容
伏安特性
伏安特性图和等效电路
i
%
I%
J阴极Kl阳极
r
U
h.DI
Ld
C
!
i
L
Il
1^1I1I1t-j
特征
当外加反向电压丈到一定值时'—极管被击穿,击穿区曲线几乎平行于纵轴,这里体现稳圧特性
主要
参数
稳定电压UZ
规定电流下稳压管的反向击穿电压
稳定电流IZ
稳压管工作在稳压状态时的参考电流
额定功耗PzM
等于稳定电压Uz与最大稳定电流IZW的乘积
动态电阻IZ
工作在稳压区时,端电压变化量与其电流娈化量之比,即Iz=AUzAI2
温度系数tt
表不温度毎变化IoC稳压值的变化量,即α=ΔUzΔT
三、晶体三极管
1晶体管的结构
晶体管是由两个PN结组成的元器件,分为PNP和NPN两种类型,它的三端分别称为发射极e、基极b和集电极c。
2晶体管的电流放大作用
使晶体管工作在放大状态的外部条件是发射结正向偏置且集电结反向偏置。
晶体管的电流分配关系:
IE=alc,IC~PIAlE=【c+=(1+0)1B
发射区中多数载流子由于扩散运动而大量注入基区,其中仅有很少部分与基区的多数载流子复合,形成基极电流,而大部分在集电结外电场作用下形成漂移电流Ic,这里体现出iB对ic的控制作用。
3晶体管的共射特性曲线及其工作区(见表1-1-7)
表1-1-7晶体管的共射特性曲线及其工作区
王要內容
输入.输出
特性曲线
4晶体管的主要参数
在计算机辅助分析和设计中,根据晶体管的结构和特性,要用几十个参数全面描述。
这里只介绍近似分析中最主要的参数(见表1-1-8)O
表1-1-8晶体管的主要参数
分类
主要內容
直流
共射直流电流
放大系数0
β^1C~1CEQJC
共基直流电'流
放大倍数云
a‰√cJIE
极间反向电流
IcBo和IcEO
1口。
是发射极开路时集电结的反向饱和电流门CEO是基极幵路时集电结与发射结间的穿透电流,二者越小越好
交济参数
共射交流电流放大系数β
近似分析中可认为β≈βΓce=⅛⅛:
共基直流电流放大倍数α
区E
近似分析中可认为
BCff=常敖
特征频率fτ
使共射电流放大系数的数值下降到1的信号频率
极限参数
鞍大集电极耗散功率
PCM决上于晶体管的温升,对于确定型号的晶体管'P⑶是一个确定的值,所以要确保安全工作,就要保证PGl>ig
販大集电极电流ICM
ic在相当大范围内β值保持不变,当趾的数值大到一定程度β幵始减小,使P明显减小的ic即为Ial
极间反向击穿电压
晶体管某一电极开路时,另外两个电极间所允许加的最高反向电压称为极间反冋击穿电压丿超讨时管子会发生击穿现象
5溫度对晶体管参数的影响
(1)温度对Icbo的影响:
温度每升高IOOCfICBo增大一倍。
(2)溫度对B的影响以25。
C时测得的B值为基数,温度每升高IoC,0增加约(0.5~l)%o
(3)温度对发射结电压UBE的影响:
温度每升高IOC,UBE约减小2~2.5mVo
四、场效应管
场效应管是利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件,它仅靠半导体中的多数载流子导电,又称单极性晶体管。
1结型场效应管(见表1-1-9)
表1-1-9结型场效应管
恒流区电流方程
Id=Idss(I-UG^UGSbss⅛UGS=O时的漏极电流,称为漏极饱
和电流
2绝缘栅型场效应管
(1)特性曲线:
与结型场效应管一样rMOS管也有可变电阻区.恒流区和夹断区
三个工作区域f如图所示。
(2)恒流区电流方程:
与结型场效应管相类似,iD与UGS的近似关系式为:
3场效应管的主要参数(见表I-I-IO)
表1-I-IO场效应管的主要参数
分类
主要內容
直济参数
幵启电压UGS皿
在UDS为一常值时〉使比大于零所需的最小IUGSl值
夹断电压UGSCOffi
在l⅛S为一常值时,⅛3为规定的黴小电济时的WS
饱和漏极电流IDSS
UGS=OV情况下产生预夹断时的漉极电流
直流输入电阻RGSCDC:
等于栅-源电压与栅极电流之比
交流参数
低频跨导&
管子工作在恒流区且UD助常量的条件下'AiD⅛ΔugsZ⅛,表示UG、对i控制作用的强弱
极间电容
场效应菅二个极之间存在的电谷敕应,在咼频电路中,应考虑极间电容的彩响
极限
参数
最大漏极电流IDM
管子正常工作漏极电、流的上限值
击穿电压
管子进入恒流区后,使①骡然増大的UI^超过此倩,管子会被击穿
最大耗散功率PEM
决定于管子允许的温升,此参数用来确定管子的安全工作区
4场效应管与晶体管的比较(见表I-I-II)
表I-I-II场效应管与晶体管的比较
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