模拟电子电路技术基础 | 常用半导体器件

发布于：2022-12-28 ⋅ 阅读:(717) ⋅ 点赞:(0)

基础知识

本征半导体

纯净

半导体

  1. 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

在这里插入图片描述
如图价电子无法导电

载流子

  1. 本征激发

热运动逃离束缚

在这里插入图片描述

  1. 自由电子
  2. 空穴

两者都是载流子

  1. 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

  1. 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

在这里插入图片描述

  1. 自由电子——多子
    温度对之影响很少，因为基数大

  2. 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

  1. 掺入硼B（3价）
  2. 其余类比

PN结

PN结的形成

在这里插入图片描述

  1. 扩散运动（a）
  2. 空间电荷区，耗尽层，阻挡层，PN结
  3. 漂移运动——少子的运动
  4. 对称结，不对称结

PN结单向导电性

  1. 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
在这里插入图片描述

  1. 加反向电压

在这里插入图片描述

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
在这里插入图片描述

i = I i = I i=Is ( e (e (e U U T \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

在这里插入图片描述

  1. 正向特性
    1. 死区
  2. 反向特性
    1. 反向击穿
      1. 雪崩击穿（链式反应）
        1. 掺杂浓度低——PN结比较宽==（？）==
        2. 外加电场足够大形成粒子加速器
        3. 粒子撞开价电子
        4. 温度越高，需要的击穿电压越高
          1. 温度高晶格振，粒子撞上晶格
      2. 齐纳击穿
        1. 掺杂浓度高
        2. 外加电场将价电子拉出
        3. 温度越高，需要的击穿电压越低
      3. 击穿后温度过高会烧毁PN结
      4. 有稳定电压作用——稳压二极管
      5. 控制掺杂浓度，调节反向击穿电压

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

  1. 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
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  1. 扩散电容

非平衡少子和电压之间的关系

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半导体二极管

外型

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常见结构

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伏安特性

  1. 伏安特性

在这里插入图片描述
区别
1. 由于体电阻存在，电流小些
2. 反向电流大些==？==

  1. 温度的影响

    1. 温度升高，正向左移，反向下移
    2. 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

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伏安特性折线化

  1. 二极管加正向电压的情况

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限伏电路
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整流

在这里插入图片描述
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电阻值的推导过程

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二极管的微变等效

  1. 直流—> ID
  2. rd = UT/ID
  3. 画等效电路，拿掉直流电源

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述在这里插入图片描述

稳压二极管

  1. 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

  2. 伏安特性

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  1. 主要参数自己看

    1. 温度系数 α 小于4v 温度系数－，大于7v温度系数+

  2. 使用

在这里插入图片描述

稳压的原理：注意一定要有限流电阻

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双极晶体管 BTJ

结构及类型

构成方式

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

  1. 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

在这里插入图片描述发射极正向偏置 --> 发射极正向导通

内部载流子的运动

  1. 发射极正偏
    在这里插入图片描述

发射区自由电子向基区扩散 Iep<<Ien

  1. 基区 薄 掺杂浓度低

    1. 继续扩散
    2. 复合
    3. 在基极继续产生电子

  2. 集电区收集电子

放大系数

直流放大系数在这里插入图片描述
交流放大系数
在这里插入图片描述

  1. ICEO穿透电流

基极开路时的IC

  1. ICBO

反向电流

  1. 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

在这里插入图片描述

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

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  1. 放大区 发射极正偏，集电极反偏 iB = βiC
  2. 截止区 双结反偏 ce 断路 基极电位小于发射极电位
  3. 饱和区 双结正偏 ce开关闭合 βIB>ICmax

没有很懂

主要参数

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自己看

温度影响

  1. 输入特性

在这里插入图片描述

  1. 输出特性

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光电三极管

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场效应管（FZT）

耗电量小

结型场效应管

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

工作条件

在这里插入图片描述

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

  1. 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

  1. 工作原理

在这里插入图片描述

  1. UDS = 0 UGS > 0 N沟道形成
  2. UGS 决定了Rds 压控电阻
  3. UGS > UGS（th）开启电压 保持不变 增强
  4. UDS变大
  5. UGS - UDS = UGS(th) 预夹断（没有真正夹断）
  6. 增加电压几乎都在抵抗增加的电阻，电流几乎不变
  7. 预夹断进入恒流区后UGS决定iD

在这里插入图片描述

N沟道耗尽型MOS管

在这里插入图片描述

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

  1. 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
在这里插入图片描述在这里插入图片描述

N沟道耗尽型MOS管转移特性曲线

在这里插入图片描述

  1. 输出特性曲线

在这里插入图片描述

放大工作思想

  1. 三极管
    直流状态下
    小信号控制IB
    IB控制IC

  2. 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

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

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参数

  1. 直流参数
    UGEth UGSoff IDSS RGSDC
  2. 交流参数（低频）
    1. 跨导
      在这里插入图片描述
      2. 极间电容
  3. 极限参数自己看

在这里插入图片描述

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