模拟电子电路学习（一）

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一、半导体基础知识

1.基本概念

本征半导体： 化学成分纯净的半导体。它在物理结构上呈单晶体形态。
空穴： 共价键中的空位。
电子空穴对： 由热激发而产生的自由电子和空穴对。
空穴的移动： 空穴的运动是靠相邻共价键中的价电子依次填充空穴来实现的。
N型半导体： 掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。N型半导体中自由电子是多数载流子，它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子，由热激发形成。
P型半导体： 掺入三价杂质元素（如硼）的半导体。在P型半导体中空穴是多数载流子，它主要由掺杂形成；自由电子是少数载流子，由热激发形成。
漂移运动： 由电场作用引起的载流子的运动称为漂移运动。
扩散运动： 由载流子浓度差引起的载流子的运动称为扩散运动。

2. PN结的形成与特性

形成：

由于扩散运动，载流子会向低浓度的区域扩散，当P、N半导体接在一起时，P型半导体中的多数载流子空穴向N型半导体扩散，N型半导体中的多数载流子自由电子向P型扩散，最终达到动态平衡，在交界处形成一个空间电荷区（PN结），方向N→P。由于缺少多子，空间电荷区也称为耗尽层。

特性：

单向导电： 当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏；反之称为加反向电压，简称反偏。

PN结加正向电压时： 低电阻、大的正向扩散电流。
PN结加反向电压时： 高电阻、很小的反向漂移电流。

当PN结处于正向偏置时，多数载流子会由于扩散作用穿过PN结，在对方区域的PN结附近积累电荷。 这种电荷的累积量高于无偏置时的正常水平，且其大小取决于施加在PN结上的正向电压。当距离PN结越远时，由于空穴与电子之间发生复合作用，载流子的浓度会逐渐减小。
如果施加的正向电压增加了一个增量 Δ𝑉，那么在PN结附近，空穴或电子的扩散运动会导致一个对应的电荷增量 ΔQ 积累。扩散电容 Cd就是电荷增量与电压增量的比值，即：

Cd= ΔQ/Δ𝑉

扩散电容反映了PN结在正向偏置下，因载流子的扩散运动导致的电荷存储效应。

结构和种类

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。
面接触型二极管： PN结面积大，用于工频大电流整流电路。

二极管类型	主要用途	主要参数
`整流二极管`	整流电路	反向击穿电压 ( $V_R$ )，正向电压降 ( $V_F$ )，最大正向电流 ( $I_F$ )，反向恢复时间 ( $t_{rr}$ )
`齐纳二极管`	稳压、过压保护	齐纳电压 ( $V_Z$ )，最大反向电流 ( $I_R$ )，功率消耗 ($P)
`肖特基二极管`	高频整流、低压应用	正向电压降 ( $V_F$ )，反向泄漏电流 ( $I_R$ )，最大反向电压 ( $V_R$ )
`发光二极管 (LED)`	照明、显示、指示灯	正向电压 ( $V_F$ )，最大正向电流 ( $I_F$ )，光强度 ( $I_{v}$ )
`变容二极管`	调谐电路	电容范围 ( $C$ )，调谐比，反向击穿电压 ( $V_R$ )
`隧道二极管`	高频振荡、微波电路	峰值电流 ( $I_P$ )，谷值电流 ( $I_V$ )，负阻特性
`光电二极管`	光电探测、光通信	响应度，暗电流 ( $I_D$ )，响应时间

二极管静态工作点分析

负反馈曲线与电路中的电阻R和接入电压VDD有关。

二、BJT 三极管

三极管有两种类型： NPN型和PNP型。

1.BJT的工作原理

BJT导通的根本原因是：集电极与发射极的载流子浓度不同，发射极的载流子浓度远远大于集电极的载流子浓度，当基极通电时（以NPN为例），E极电子流向B的数目远远大于C极流向B极的数目，而B极含有的载流子很少，无法中和来自E极的所有载流子，从而流向了C极，从而形成了三级管电流。电流方向由C→E。

BJT正常工作时，发射极正偏集电极反偏。

2.载流子传输过程

发射区发射载流子，集电区收集载流子，基区作为媒介，控制载流子的传输。

3.电流关系

$I_E=I_B+I_C$
$I_C=I_{NC}+I_{CBO}$

$i_b是C→B的电流（I_{CBO}）I_B是BE导通电流$
$i_{b}=I_{CE}-I_{BE}$

Ⅰ.电流放大系数α

$α=\frac{传输到集电极电流}{发射极注入电流}$
则 $α=\frac{I_{NC}}{I_E}$
由于 $I_C>>I_{CBO}$
则有 $α=\frac{I_C}{I_E}$

$α$ 为电流放大系数。它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般 α = 0.9~0.99 。

Ⅱ. 电流放大系数 β
$β=\frac{α}{1-α}$

$I_{CEO}=(1+β)I_{CBO}(穿透电流)$

则 $β=\frac{I_C-I_{CEO}}{I_B}$

当 $I_C>>I_{CEO}$ 时， $β≈\frac{I_C}{I_B}$

可理解为 $I_E=I_B+I_C=I_B+βI_B=(1+β)I_B$

β 是另一个电流放大系数。同样，它也只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般 β >> 1 。

4. BJT的V—I特性曲线

Ⅰ. 输入特性曲线

当 $v_{CE}=0V$ 时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。当 $v_{CE}≥1V$ 时， $v_{CB}= v_{CE} – v_{BE}>0$ ，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 $v_{BE}$ 下 $I_B$ 减小，特性曲线右移。

Ⅱ.输出特性曲线

请参考：BJT详细介绍

5.放大电路的分析方法

Ⅰ.图解分析法
静态工作点的图解分析（采用该方法分析静态工作点，必须已知三极管的输入输出特性曲线。）

（1）首先，画出直流通路；
（2）列输入回路方程；列输出回路方程（直流负载线）；
（3）在输入特性曲线上，作出直线vbe = Vbb – ibRb ，两线的交点即是Q点，得到IBQ；
（4）在输入特性曲线上，作出直线 Vce = Vcc – icRc ，两线的交点即是Q点，得到IBQ。

动态工作情况的图解分析： 根据vs的波形，在BJT的输入特性曲线图上画出vBE 、 iB 的波形，根据iB的变化范围在输出特性曲线图上画出iC和vCE 的波形。

若静态工作点选择不当，可能会导致截止失真或饱和失真。

图解分析法的适用范围：幅度较大而工作频率不太高的情况。
优点： 直观、形象。有助于建立和理解交、直流共存，静态和动态等重要概念；有助于理解正确选择电路参数、合理设置静态工作点的重要性。能全面地分析放大电路的静态、动态工作情况。
缺点： 不能分析工作频率较高时的电路工作状态，也不能用来分析放大电路的输入电阻、输出电阻等动态性能指标。

Ⅱ.小信号模型分析法

6.三种放大电路的比较

信号由基极输入，集电极输出——共射极放大电路
信号由基极输入，发射极输出——共集电极放大电路
信号由发射极输入，集电极输出——共基极电路

共射电路：
$\color{red}既能放大电流，也能放大电压。$
输入电阻居三种电路中，输出电阻较大，通频带较窄。
通常作为低频电压放大电路的单元电路。

共集电路：
$\color{red}只能放大电流，不能放大电压。$
是三种接法中输入电阻最大，输出电阻最小的电路，并具有电压跟随的特点。
常用于电压放大电路的输入级和输出级，在功率放大电路中，也常常采用射极输出的形式。

共基电路：
$\color{red}只能放大电压不能放大电流。$
具有电流跟随的特点
输入电阻小，电压放大倍数、输出电阻与共射电流相当，是三种接法里高频特性最好的电路。
常作为宽频带放大电路。

余下请查看：模电知识点

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