写给大忙人的模电复习资料(001)

一、半导体的基础知识

  1. 本征半导体:完全纯净的、结构完整的半导体晶体。
  2. 本征激发:本征半导体在升高温度或光照的条件下产生本征激发,导致自由电子数 = 空穴数。但在绝对零度时无本征激发。
  3. 本征激发产生了空穴,空穴的出现是半导体区别于导体的一个重要特点。
  4. 杂质半导体
  • N型半导体:在半导体中加入少量的例如五价元素磷,导致其失去电子,使得半导体中多子为自由电子。此处磷称为施主元素(施出电子)。
  • P型半导体:在半导体中加入少量的例如三价元素硼,导致其吸收自由电子,使得半导体中多子为空穴。此处硼称为受主元素(接受电子)。

二、PN结

百度百科上的这个图很详细:
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  1. PN结 = 阻挡层 = 耗尽层
  2. 基本特性:单向导电性
  3. 形成一个由N区指向P区的内电场
  4. 漂移电流:内电场使得载流子运动产生的电流
    扩散电流:载流子由高浓度向低浓度扩散产生的电流
  5. PN结的伏安特性
    i D = I S ( e V D V T − 1 ) i_{D}=I_{S}\left(e^{\frac{V_{D}}{V_{T}}}-1\right) iD=IS(eVTVD1)
    这个公式,你嫌麻烦可以不用记,在用的时候找一下就行。但是里面的这些变量的含义你要知道,这在后面经常用到:
    i D i_{D} iD:二极管的电流
    I S I_{S} IS:反向饱和电流(少子形成)
    V D V_{D} VD:外加的电压
    V T V_{T} VT:与温度有关,一般取26mv
    上面的含义,你可以改变外加电压的大小,自己体会一下。
    r d r_{d} rd:交流电阻,与温度有关
  6. 二极管必须在击穿电压的 2 3 \frac{2}{3} 32以下使用
  7. 雪崩击穿:形成原因:载流子运动路程长,则动能就大,撞击下一个载流子时更容易引起产生新的空穴和自由电子。因此温度升高时,载流子运动的路程变短,需要较高的电压才能击穿,即具有正温度系数。
    齐纳击穿:形成原因:载流子浓度大,且阻挡层较薄。升高温度时,载流子躁动不安,更容易引起碰撞产生新的空穴和自由电子,只需较低电压即可击穿,即具有负温度系数。
    以上两种击穿是可逆的!
  8. 特殊的二极管
  • 最常考:稳压二极管:工作在反向电压下,在反向击穿时电压变化量较大,但是电流变化较小。
  • 选频:变容二极管:控制直流电压进而控制二极管的结电容进而控制谐振频率。
  • 肖特基二极管:电容效应较小,工作速度快,适用于开关状态。
  • 光电二极管

三、双极结型晶体管及放大电路

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  1. 双极:两种载流子
  2. 一般都是分析左边的NPN型
  3. 放大电路:一般分析共射极,如下图所示
    判断方法:看输入输出分别连的是哪一极,那么剩下的那一极就是共有的。
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  4. 画交流通路(与小信号等效模型不同)
  • 直流电压源:短路
  • 直流电流源:开路
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  1. 三极管交流小信号模型
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    r b e = 200 Ω + ( 1 + β ) 26 m v I e r_{be} = 200\Omega + (1 + \beta)\frac{26mv}{I_{e}} rbe=200Ω+(1+β)Ie26mv
    i c = β i b i_{c} = \beta i_{b} ic=βib
  2. 放大电路的静态工作点稳定的问题
    以下面这个共射放大电路为例
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    当温度升高时 I Q I_{Q} IQ上升,导致 I E Q I_{EQ} IEQ,进而导致 V E V_E VE上升,故 V B E Q V_{BEQ} VBEQ减小,导致 I B Q I_{BQ} IBQ降低,最终又导致 I Q I_{Q} IQ降低。
    其电压增益为 A V = − β R L ′ r b e + ( 1 + β ) R E A_V=- \frac {\beta{R^{'}_{L}}}{r_{be} + (1+\beta)R_E} AV=rbe+(1+β)REβRL
    输入电阻为 R i = R B 1 / / R B 2 / / [ r b e + ( 1 + β ) R E ] R_i = R_{B1}//R_{B2}//[r_{be}+(1+\beta)R_{E}] Ri=RB1//RB2//[rbe+(1+β)RE]
    输出电阻为 R o = R C R_o = R_C Ro=RC
  3. 共集电极放大电路(射极跟随器)
    电压增益约为1,输入电阻大,输出电阻小
  4. 共基极放大电路
    输入电阻小,输出电阻大,频率特性好(高频时,或者宽带电路都可以使用)
  5. 组合放大电路
    共射-共基放大电路,共集-共极放大电路等;
    重点 :管型与第一个管型相同
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