模电复习资料和经典例题

第一章

第一节

1半导体三大特性

搀杂特性

热敏特性

光敏特性

2本征半导体是纯净（无杂质）的半导体。

3载流子（Carrier）指半导体结构中获得运动能量的带电粒子。

有温度环境就有载流子。

绝对零度（-27300时晶体中无自由电子。

4本征激发（光照、加温度q）,会成对产生电子空穴对

自由电子（FreeElectron）

空穴（Hole）

5N型半导体：电子型半导体

多子（Majority）：自由电子（FreeElectron）

少子（Minority）：空穴（Hole）

自由电子数=空穴数+施主杂质数

6P型半导体：空穴型半导体

多子（Majority）：空穴（Hole）

少子（Minority：自由电子（Free）

空穴数=自由电子数+受主杂质数

7对N型半导体

Nn•Pn=ni平方

其中：nn为多子，Pn为少子

ni2为本征载流子浓度

同理，P型半导体

8结论

♦杂质半导体少子浓度

-主要由本征激发（Ni2）决定的（和温度有关）

♦杂质半导体多子浓度

-由搀杂浓度决定（是固定的）

9本征半导体中电流

♦半导体中有两种电流

-漂移电流(DriftCurrent)

-是由电场力引起的载流子定向运动

-I=In+Ip

♦其中In为电子流，Ip为空穴流

♦In和Ip的方向是一致的。

-扩散电流(DiffusionCurrent)

-是由于载流子浓度不均匀(浓度梯度)所造成的。

由上式可见扩散电流正比于浓度分布线上某点处的斜率dn(x)/dx或

dp(x)/dxo

-扩散电流与浓度本身无关。

第二节PN结

1PN结是指使用半导体工艺使N型和P型半导体结合处所形成的特

殊结构。

PN结是构成半导体器件的核心结构。

■空间电荷区耗尽层自建电场势垒区阻挡层。

2PN结形成“三步曲”

(1)多数载流子的扩散运动。

(2)空间电荷区和少数载流子的漂移运动。

(3)扩散运动与漂移运动的动态平衡。

3势垒区PN结建立在N型和P型半导体的结合处，由于扩散运动，失空

穴和电子后形成不能移动的负离子和正离子状态，这个区域称为空间电荷区

(耗尽层)。

PN结又称为

-自建电场、

-阻挡层。

4当外加电压时，PN结的结构将发生变化(空间电荷区的宽窄变

化)

正向偏置

P接电源正，N接电源负

•外电场与内电场方向相反(削弱内电场)，使PN结变窄。

•扩散运动)漂移运动。

•称为“正向导通”。

反向偏置

P接电源负，N接电源正

•外电场与内电场方向相同(增强内电场)，使PN结变宽。

•扩散运动〈漂移运动

•称为“反向截止”

5PN结伏安特性

•单向导电性

正向导通开启电压

反向截止饱和电流

6PN结电阻特性

两种电阻

（1）静态电阻（直流电阻）

R=V/I

（2）动态电阻（交流电阻）

r=△v/△I

7PN结电容特性

•PN结呈现电容效应

•有两种电容效应

势垒电容（和反向偏置有关）CT

•PN结外加反向偏置时，引起空间电荷区体积的变化（相当电容的极

板间距变化和电荷量的变化）

扩散电容（和正想偏置有关）CD

PN结外加正向偏置时，引起扩散浓度梯度变化出现的电容

（电荷）效应。

•两者是并联关系：

-正向时，电阻小，电容效应不明显。

-反向时.，电阻大，电容效应明显。

•故电容效应主要在反偏时才考虑

8反向击穿当对PN结外加反向电压超过一定的限度，PN结会从反向

截止发展到。

•反向击穿破坏了PN结的单向导电特性。

•利用此原理可以制成稳压管.

•电击穿有两种机理机理可以描述：

雪崩击穿低掺杂，（少子，加速）

PN结宽，

-正温系数，

-常发生于大于7伏电压的击穿时（雪崩效应）

齐纳击穿高掺杂，，强电场拉出电Y-）

PN结窄，

-负温系数，

-常发生于小于5伏电压的击穿时（隧道效应）

9二极管是由管芯（PN结）力口电极引线和管壳制成。

平面型二极管：

面接触型二极管：适合整流，低频应用（结电容大）

点接触型二极管：适合检波，可高频应用（结电容小）

10主要参数

・最大整流电流IF

管子稳定工作时，所允许通过的最大正向平均电流。

■最大反向工作电压VR

指工作时允许所加最大反向电压•（通常取击穿电压V（BR）的作

为VR）

・反向电流IR

是指击穿前的反向电流值。

此值越小表示管子单向导电性能越好。

与IS有关（再加上表面漏电流），故与温度有关。

■最高工作频率fm

是由管子的结电容所决定的。

Fm越大频率特性越好。

Fm大说明管子结电容小。

■直流电阻和交流电阻

直流电阻R

■是二极管所加直流电压V与所流过直流电流I之比。

交流电阻r

■是其工作状态（I,V）处电压改变量与电流改变量之比。几何意义

是曲线Q点处切线斜率的倒数。

・阈值电压（又称为导通电压、死区电压等）

二极管半波整流电路

二极管限幅电路

二极管电平选择电路

稳压二极管及稳压电路

稳压二极管主要参数

■稳压电压VZ指管子长期稳定时的工作电压值。

・额定功耗Pz使用时不允许超过此值。

■稳定电流Iz工作电流小于此值时稳压效果较差，要求大于此值才

能正常工作。

■动态电阻rz是在击穿状态下，管子两端电压变化量与电流变化量的

比值。

（越小越好）。

■温度系数a大正小负

指管子受温度影响的程度。

>7V是正温系数（雪崩击穿）;

<5V是负温系数（齐纳击穿）;

5〜7V温度系数最小。

稳压电路

第三节

发射极电流

lE^IEn

基极电流

IB&IBn-ICBOICBO--反向饱和漏电流

集电极电流q

IC=Icnl+ICBO

2晶体管放大（正向受控）的两个重要条件：

⑴内部条件：e区i高掺杂，

b区很窄。

⑵外部条件：eb结正偏置,

cb结反偏置。

信号流向：

CE:进C出,(E)接地

CC:进e出,(C)接地

CB:e进C出,(B)接地

3输入特性曲线（图）

■VCE增大时，曲线略有右移，到一定程度则不再变化。

•这是管子的基调效应。

输出特性曲线（图）

饱利区

■eb结和cb结均为正偏。

・管子完全导通，其正向压降很小。

■相当一个开关“闭合（Turnon）

工作区

aeb结正偏，cb结反偏。

・这是管子的正常放大状态。

■此时具有“恒流特性

截止区

■eb结和cb结均为反偏。

■管子不通，相当于一个“开关”打开（Turnoff）。

■管子的cb结承受大的反向电压

击穿区

■管子被反向电压（太大）击穿。

■管子的PN结特性破坏。

■厄利电压

■和输出阻抗有关

・基调效应

■基区调制效应

管子参数

1电流放大参数用以衡量管子的放大性能。

共基直流电流放大参数

共射，共集直流电流放大参数

2极间反向电流是指管子各电极之间的反向漏电流参数。

C、B间反向饱和漏电流

管子C、E间反向饱和漏电流

・此值与本征激发有关。

・取决于温度特性（少子特性）。

3极限参数

①集电极最大允许电流/CM

指B下降到额定值的2/3时的IC值。

②集电极最大允许功耗PCM

③反向击穿电压

1（BR）CBOI{BR）CEOT{BR）EBO（注意）

I第二章

模拟集成单元电路

第一节

1失真

•线性失真

-信号引起频率失真

•非线性失真

-器件造成非线性失真

2直流能量（电源）IJ交流能量（输出信号）

受输入信号控制

•输入阻抗越大越好

•输出阻抗表征放大器输出信号带动负载的能力.

•输出阻抗越小越好.

理想放大器条件

ri»RS

RL>>rO

理想电流放大的条件

x,二0

第二节基本放大电路

简单共射放大电路

❖要保证两个基本方面的工作：

❖直流

❖交流

♦:♦放大器将存在两种状态

❖静态（由电源引起）

❖动态（由信号源引起）

两种状态的区别

❖“直流是条件”

❖“交流是目的“

❖如何得到直流电路

❖电容开路

❖电感短路

❖--可得到直流电路

❖如何得到交流电路

❖电容短路

❖电感开路

❖电流源开路（内阻大）

❖电压源短路（内阻小）

放大电路中各个量的表示：

静态值主字母大写，脚标大写。

交流（瞬时值）主字母小写，脚标小写。

交流有效值主字母大写，脚标小写。

总瞬时值主字母小写，脚标大写。

第三节放大器图解分析法

1放大器的分析方法有两种

❖图解法

❖直观，便于分析失真；

❖可进行大信号分析。

❖微变等效分析法

便于交流参数计算，适用于小信号状态。

放大器静态分析

作直流负载线

得出：输入特性曲线和负载线

输出回路方程

做直流负载线

得出输出特性和直流负载线

放大器动态分析（交流状态）

注意;

❖放大器加入交流信号后，将同时存在直流和交流两种物理量。

❖交流是依存直流而存在的。

❖此时各值均为交直流共存（为总瞬时值）

信号和输入量表示

电路图

输入回路

ib=fGQ

输入特性曲线

vBE—VBEQ=Uim。sinwt输入交流负载线的做法

，一/」&//&）输出回路方程

做输出交流负载线

4b>金*/圉、

>nea“江”MX#海彩注意：Ube和Ic相位相反

♦:♦饱和失真（工作点太高）

♦:♦截止失真（工作点太低）

❖最大不失真输出电压幅度（截止限制）

♦最大不失真输出电压幅度（饱和压降）

取二者的最小值

放大器参数改变的影响

♦：♦①改变IB（RB）

Q点沿交流负载线上下移动

②改变RC

改变负载线（直流和交流）的斜率

③改变VCC

负载线左右平移

第四节放大器微变等效电路分析法

通过实例分析放大器参数

■分析步骤如

■画出直流和交流等效电路图

■求静态工作点

■进行动态分析

■求输入阻抗

■求电压增益

■求输出阻抗

■求源电压增益

■求电流增益

第五节静态工作点稳态电路

使Q点不稳定的因素

温度Icq升高

CE组态

•AV大（反相）

•Ai大

,AP最大

•Ri中

•Ro大

CC组态

•AV小于约等于1（同相）

•Ai大

•AP中

,ri最大

,ro最小

CB组态

•AV大（同相）

•Ai小于约为1

•AP中

,ri最小

•ro最大

三种组态的一般用途

•CE中间放大级

•CC输入或输出级

•CB宽频带放大（高频应用）

第四节场效应晶体管

场效应晶体管（FieldEffectTransistor）简称FET

BJT双极型晶体管

工作机理不同

*双极型晶体管（BJT）

♦有两种载流子（多子、少子）

♦场效应管（FET）

♦有一种载流子（多子）

控制方式的不同

*双极型晶体管（BJT）

*电流控制方式h------

*场效应管（FET）

-F

*电压控制方式

场效应管分类

*结型场效应管（JFET）

JFET分为两类：

N沟道JFET

P沟道JFET

*绝缘栅场效应管（IGFET）

MOSFET分为：

N沟道MOSFET

N沟道MOS又分为

N沟道增强型（Enhancement）

-------------ENMOSFET

N沟道耗尽型（Depletion）

.........DNMOSFET

P沟道MOSFET

P沟道MOS又分为

P沟道增强型（Enhancement）

........EPMOSFET

P沟道耗尽型（Depletion）

-------DPMOSFET

MOS场效应管（MOSFET）Metal—Oxide—Semiconductor金属一氧化物一

半导体

故称为MOSFET,简称MOS器件。他属于绝缘栅场效应管

JFET结型场效应管利用反向PN结（加反压）耗尽层宽窄控制沟道

工作原理N沟道）

外加偏置

♦管子工作要求外加电源保证静态设置：

VDS漏极直流电压-----加正向电压

VGS栅极直流电压……加反向电压

VGS栅极直流电压的作用

看VGS的作用（不加VDS）

*横向电场作用

♦IVGS|t-PN结耗尽层宽度t

f沟道宽度I

VDS漏极直流电压的作用

这里面：Ugs是负电压，相当于两个相加

Ugs和Uds的作用效果是相同的，都是使沟道变窄。

看VDS的作用（不加VGS）

♦纵向电场作用

*在沟道造成楔型结构（上宽下窄）

楔型结构

*a点（顶端封闭）

【三，

IDS-GSIGS——预夹断

*b点（底端封闭）

“GS-7GS（off）——全夹断（夹断）

说明

*随沟道宽窄变化，使通过的载流子数量发生变化，即iD变化.

*VGS对iD的控制作用。

特性曲线

*有两种特性曲线：

♦转移特性（思考为何不叫输入特性？）

♦输出特性

转移特性

Idss为Vgs为0时的电流

Vgs为Id为0时电压

输出特性

MOS绝缘栅型场效应管

MOS管是绝缘栅管的一种主要形式

N沟道增强型（E型）MOSFET

结构与符号

外加偏置

*VGS:所加栅源电压

*垂直电场作用（注意为“十”）

♦VDS：所加漏源电压

♦横向电场作用（注意也为“+”）

工作原理

*两种电场的作用：

♦垂直电场作用

♦横向电场作用

VGS垂直电场作用（向下）

•一吸引P衬底中自由电子向上运动

•一形成反型层（在P封底出现N型层）

•f从而连通两个N+区（形成沟道）

VDS横向电场作用

•使沟道成楔型（左宽右窄）

•VGS<VGS（th）

-------------iD=0

VGS>VGS（th）

-------------iD>0

•其中VGS（th）为开启电压。

iD表达式

•cox-一一单位面积栅极电容

•gn——沟道电子的迁移率

•W..............沟道宽度

•L-------------沟道长度

•W/L---------MOS管宽长比

特性曲线

♦特性曲线也是两种：

♦转移特性

*输出特性

转移特性

输出特性

N沟道耗尽型MOSFET

结构特点

♦SiO2中掺有钠离子，可以形成正电场，从P衬底中吸引电子向上运动，

形成反型层(原始就有)。

♦加VGS(可正可负)后，可改变沟道宽窄，

VDS压降使沟道形成楔形。

特性曲线

♦有两种特性曲线

*转移特性曲线

♦输出特性曲线

场效应管主要参数

特性参数可分直流参数和交流参数

直流参数与管子的工作条件有关

♦夹断电压

•开启电压

*漏极饱和电流

♦直流输入电阻

夹断电压VGS(OFF)

*适用于JFET和MOSFET(耗尽型)

*当|VGS|>|VGS(OFF)|时，iD=0

开启电压VGS(TH)

*适用于增强型MOSFET(增强型)

*当VGS>VGS(th)时，iDWO

漏极饱和电流IDSS

«当VGS=0时(VDS>VGS(off)),ID=IDSS

♦适用于耗尽型MOSFET(耗尽型)和JFET

直流输入电阻rGS

♦对JFET：rGS大约108〜109Q

♦对MOSFET：rGS大约1011~1012。

♦通常认为rGSf8

极限参数

*漏极击穿电压V(BR)DS

漏源击穿电压

♦栅源击穿电压V（BR）GS

栅源击穿电压

•最大功耗PDM

管子的最大耗散功率

PDM=IDMVDS

交流参数

♦跨导gm

反映VGS对ID的控制能力

是转移特性曲线上Q点的斜率值

对于JFET（结型）和MOSFET（耗尽型）

对应工作点Q的gm为

式中IDQ为直流工作点电流，增大IDQ可提高gm

*对于增强型MOSFET

可见增大场效应管的宽长比和工作电流可提高gm

*输出电阻

♦表达式

*输出电阻rds反映了VDS对iD的影响。

*是共源输出特性曲线某一点切线斜率的倒数。

恒流特性

iD几乎不随VDS变

♦极间电容

*栅源电容CGS

*栅漏电容CGD

♦漏源电容CDS

*由封装和引线电容组成（约1〜10PF）

各种FET管子符号

Vgs负电压Vds正电压

Vgs正负均可Vds正电压

符号中，N沟道，都是指向里的，方向

场效应管和双极型晶体管比较

BJT

♦导电机构：多子、少子（双极型）

♦工作控制方式：流控至

♦输入阻抗：102〜103

♦放大能力：p大

♦工艺：复杂

♦使用：C—E不可置换

♦辐射光照温度特性：不好

♦抗干扰能力：差

FET

♦导电机构：多子（单极型）

・工作控制方式压控嬴》看

♦输入阻抗：108〜1012

♦放大能力：gm小

♦工艺：简单，易集成

♦使用：D—S可置换

*辐射光照温度特性：好

♦抗干扰能力：好

第八节场效应管放大器

gm称为跨导（单位S）,表明栅源电压对漏极电流的控制能力

场效应管必须工作于恒流区才能正常放大

共源（CS）

共漏（CD）

共栅（CG）

看书P83

第10节放大器的级联

放大器的耦合方式

阻容耦合阻容耦合多级放大器的级与级之间，采用电阻、电容耦合的方式。

可以看出第二级的输入阻抗ri是第一级的负载

只要求一个第二级的输入阻抗作为第一级的负载即可以。

输入电阻是第一级的输入电阻

输出电阻是第二级的输出电阻

多级放大器分析的关键

・关键是先将级与级之间进行划分（断开）。

•再将后级的输入阻抗做为前级的负载，可以求出前级

的增益（电流或电压增益）。

・最后求总增益。

直接耦合放大缓慢变化的信号

存在问题

•（1）前、后级静态工作点会相互有影响。（负反馈电路、电流源电路）

解决

•（2）采用同一极型晶体管，集电极电平将逐渐抬高（或降低）

（电平位移电路）解决

•（3）温度变化引起工作点变化和零点漂移。（差动放大器和负反馈解

决）

组合放大器双管组成的直接耦合多级放大电路

♦共集…共集（CC-CC）组合电路“达林顿电路”

（cc-cc）组合电路特点提高晶体管电流增益和输入电阻

4共集…共基（CC-CB）组合电路

具有CC电路和CB电路的共同优点。

・共射…共基（CE-CB）组合电路

具有CE电路和CB电路的优点

♦其它组合电路

复合管的组成原则（以两管为例）

•（1）应保证前级晶体管（输出电流）和后级晶体管（输入电流）方向

一致。

♦（2）外加电压极性应保证前后两个晶体管均为发射结正偏置，集电结

反偏置。

•（3）要求是第一个晶体管的C-E连接第二个晶体管的C-B。

•（4）合理组合后形成的复合管的类型和极性与前一个晶体管相同

第9节放大器的功率输出级

功率放大器的特点及分类

电压放大器

■一般电压放大器为小信号放大器。

■以获得电压增益为主。

■主要考虑通频带等参数。

功率放大器

■为大信号放大器（单级）。

■以获得功率增益为主（大电压大电流）。

■主要考虑输出功率，非线性失真，安全保护等参数。

功率放大器的特点：

■（1）考虑获得信号足够大，能够给负载提供足够大的功率（大电压、

大电流）；

■（2）分析方法以图解法为主；

■（3）考虑非线性失真；

■（4）考虑如何提高效率；

■（5）考虑功率器件的安全保护问题

■要求是：

■在功率高、非线性失真小、安全工作的前提下，向负载提供足

够大的功率。

功率放大器的分类

工作状态（Q点不同设置）来分类。

甲类（A类）

■乙类（B类）

■甲乙类（AB类）

■丙类（C类）

■丁类（D类）

（1）甲类（A类）

管子导通角0=360=2兀

（2）乙类（B类）

管子导通角0=180=兀

（3）甲乙类（AB类）

管子导通角180<0<360

（4）丙类（C类）

管子导通角0<180

■甲类：效率低，管耗较大（无信号时，直流功耗Icq）单管全波波形。

■乙类：效率高，有非线性失真（交越失真），只有半波，需两管推挽获

得全波波形。

■甲乙类：效率较高，分析同乙类，但可改善非线性失真（Q点升高）。

■丙类：效率高，但需要滤波网络方可取出基波波形。

功率放大器的主要技术指标

■输出功率Po

vT

1oM1oMom1oM

Vom和lom分别为功放的输出电压和输出电流

幅值。

■效率

7=

P。为输出交流功率；PD为电源提供直流功率

■非线性失真系数THD

一般只在大信号工作时才考虑THD指标。

■晶体管功率损耗

互补对称功率放大电路

■当前最常用的功放电路形式。常应用于分立器件功放和集成电路的功

放级

■有两大类：

■OCL电路

■OTL电路

一、OCL电路

■无输出电容器（OutputCapactitorless）功放电路。

结构特点

■双电源+Vcc、-Vcc

■输出端直耦（0电位）

互补对称的概念

■互补：VT1是NPN,VT2是PNP

■对称：VT1与VT2参数一致（「、VBE、ICEO）

注意到VT1VT2均为CC电路（射随器）

工作原理

■在Vi处加入正弦波

■当Vi为正时，VT1导通，VT2截止；电流流向（流过RL）——上

正下负。

■当Vi为负时，VT2导通，VT1截止电流流向（流过RL）-

上负下正。

■两管轮流导通（为乙类状态）“推挽”合成正弦波。

乙类功放的交越失真问题（图）

解决交越失真的甲乙类电路（图）

解决交越失真的VBE扩展电路

二.OTL功放电路

Outputtransformerless（无输出变压器）

电路特点

■电路互补对称。

■互补（NPN、PNP）

■对称（参数一致）

■管子组态为CC（射随器）

OTL电路特点

■1.单电源（+Vcc）。

■2.输出端接有大电容C耦合（相当负电源作用）。

■3.静态输出端（C内侧为VCC/2）。

工作原理

■输入端加正弦信号。

■输入为正时，VT1导通、VT2截止，+Vcc供电，通过C（充电），

与RL形成回

路（上正下负）。

■输入为负时，VT2导通VT1截止，C放电（Vc）经RL形成回路（上

负下正）。

■两管轮流导通（推挽），在负载上合成正弦波。

三.利用复合管做互补输出级

■全互补管：

■两个互补管类型、极性一致。

■准互补管：

■两个互补管类型、极性不一致。

■两种类型的B一致，而rbe不一致。

章节小结！！（对前面的两章）

第三章集成运算放大器

集成电路（IC）

♦三大类

♦数字集成电路

♦模拟集成电路

♦数/模混合集成电路

§

通用型模拟集成运算放大器

模拟集成电路特点

制造工艺

■采用直接耦合的电路结构（不宜做大电容和电感）；

■输入级（及其它）常用差动电路（利用对称性做补偿）；

■大量采用恒流源电路（偏置和