模电总结(一)「建议收藏」

模电总结(一)「建议收藏」本总结用于个人复习、考研需要,也可供其他小伙伴学习、借鉴。基于GAY电期末引导,先粗略基于gay电期末写五篇。所以只为建立系统,对细节并没有深挖。第一章半导体及其器件个人概述——这一章我们学什么呢?学半导体的基本知识,pn结是什么,二极管的构造与特性,如何分析二极管的基本电路。(具体如下)但是,因为这里是现初步建立体系,我们在这讨论的是一些枝干,对部分知识忽略。gay电在此考的是半导体的基本知识和pn结和二极管基本电路。这一章我们就讲这个。首先,我们要了解半导体器件是什么?..

大家好,又见面了,我是你们的朋友全栈君。

吐槽:我十一月份痛苦地开始了期末复习之后,我想到我好像都是期末速成的,而速成容易忘…….模电作为专业基础课,忘了的话以后就没公司要我了,考研也等同于重开………心之惶恐,故打算寒假伊始,趁吾未忘完期末知识,于是作文以备。

本总结用于个人复习、考研一轮需要,也可供其他小伙伴学习、借鉴。基于GAY电期末引导,先粗略基于gay电期末写五篇。所以只为建立系统,对细节并没有深挖。

第一章 半导体及其器件

这一章我们学什么呢?学半导体的基本知识,pn结是什么,二极管的构造与特性,如何分析二极管的基本电路。(具体如下)

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由于此文章讲述的是模拟电路,而非半导体物理,所以只抓住一些枝干。

gay电在此考的是半导体的基本知识和pn结及二极管电路。这一章我们就讲这个。

   半导体器件:构成电子电路的基本元器件。

  本征半导体: 纯净的具有晶体结构的半导体。(考点这不就来了吗?)

  杂质半导体:

       物质的导电性取决于原子结构。导体一般是低价元素,他们的最外层电子就很容易挣脱原子核束缚成为自由电子;而高价元素的最外层电子受原子核束缚性强,很难成为自由电子,故导电性差。而半导体材料(Si、Ge)的导电性就是在此之间,通过再人为的掺杂特定的杂质元素,便使半导体导电性具有了可控性。而我们学习这章,就是要粗浅地认识半导体内部是如何导电的。


半导体内部是怎么导电的呢

        半导体中有两种载流子——空穴和自由电子。原子的最外层电子受某种情况挣脱了原子核的束缚就叫做自由电子,那么空穴是什么呢?

       在晶体中,极少数的价电子由于热运动(热激发)获得能量而挣脱了共价键的束缚成为自由电子,此时在共价键中流下的空位置——就叫空穴。)

       在本征半导体中,自由电子与空穴是成对出现的,即  自由电子与空穴数目相等(考点这不就来了吗?)

        载流子自由电子或者空穴,是携带负电荷或正电荷的可移动粒子。

       本征激发半导体在热激发下产生自由电子和空穴对的现象。

       自由电子在运动过程中如果与空穴相遇就会填补空穴,使两者同时消失,这种现象叫做复合。在一定温度下,本征半导体中的载流子浓度是一定的。因为一定温度下,本征激发所产生的自由电子和空穴对,与复合的自由电子与空穴对数目相等,达到动态平衡,故会让其载流子浓度相等。

       好了,我们目前把半导体的部分内容已经大致讲了一下,接下来我们该讲讲人为掺杂的半导体会有怎么样的特定的功能了。


       我们的主角:N型半导体、P型半导体即将登场!  

  N型半导体(Negative)

        在纯净的硅晶体中掺入五价元素(如磷),使之替代晶格中硅原子的位置,就形成了N型半导体。在N型半导体中,自由电子浓度大于空穴浓度,故称自由电子为多数载流子(简称多子),空穴为少数载流子(简称少子)。主要靠自由电子导电,掺入的杂质越多,多子浓度越高,导电性越强。

  P型半导体(Positive)

       在纯净的硅晶体中掺入三价元素(如硼),使之替代晶格中硅原子的位置,就形成了P型半导体。P型半导体中,空穴为多子,自由电子为少子。主要靠空穴导电,掺入的杂质越多,空穴浓度越高,导电性越强。

      


                 讲完了n、p型半导体,我们就要讲PN结了!

       把P型半导体和N型半导体制作在同一块硅片上,他们交界之处就形成了PN结。pn结具有单向导电性。利用此性质,我们可以制作二极管、三极管等。

          在此,我们需要再学习几个概念:(超高频,千万不要记错了!)

          漂移运动:在电场力的作用下,载流子的运动

         扩散运动 :物质从高浓度向低浓度的地方运动。(补充:当把P型半导体和N型半导体制作一起时,在他们交界面两种载流子浓度相差大,P区的空穴必然向N区扩散,N区的自由电子必然也向P区扩散)

         正向偏置:电源正极接PN结P端,负极接PN结N端。(也称PN结外加正向电压),此时扩散电流大于漂移电流,PN结变窄,导通。

下边的图方便记忆

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接下来,我们就要讲二极管了!

二极管

            一个二极管由一个PN结构成,故二极管的性质等同于PN结的性质,其具有单向导电性。(只需知道特性曲线的大概形状即可)

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 反向击穿:因为二极管是正向导通的,二极管两端加反向电压时,电子不能通过二极管,使得二极管相当于断路,但是这个断路取决于把二极管反向接时,二极管两端的电压(即反向电压)。如果这个反向电压足够大,二极管就被击穿了。

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二极管常用模型

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 练练题:

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假设VD1导通,然后根据恒压降模型得出U0=3.6+0.7=4.1V,这样一来第二个和第三个二极管就应该能导通,但是第二个和第三个二极管两端电压不等于0.7V,不符合恒压降模型,所以假设不成立。同理假设VD2导通,得出U0=1.4V+0.7V=2.1V,第三个二极管就应该能导通,但第三个二极管两端电压不等于0.7V,所以假设不成立。同理可知只有第三个二极管导通时,U0=0.3V+0.7V=1.0V,此时第一和第二个二极管都不导通,才满足恒压降模型的特点。

再练练:

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 在此只分析三道题
第一题,假设二极管导通,那么其两端电压就是0.7V,电流方向为从电源正极到负极,假设成立,则电阻两端电压为1.3V。

第三题,假设二极管导通,二极管下端电压是-2V,那么上端电压就是-1.3V,电阻两端电压就是2-(-1.3)=3.3V>0V,电流方向为从电源正极到负极,假设成立。所以Uo3=-1.3V

第六题,假设二极管导通,二极管上端电压是2.7V,电阻R的下端电压是-2V,此时电流方向就应该是顺时针的。但是,再跳出来看整个电路,二极管的反向端在下边,说明电流应该是在二极管支路上是从上到下的,应该是逆时针才是。假设与现实不符合,假设不成立。二极管不导通,回路无电流,Uo6两端电压是 -2V

 稳压二极管

      稳压管是一种硅材料制成的面接触型晶体二极管。稳压管在反向击穿时,在一定电流范围内(或是说一定功率损耗内),端电压几乎不变,这就是稳压特性。

二极管的运用

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正常工

作状态

主要参数

电路

模型

应用

普通

二极管

正向导通或反向截止

最大平均整流电流 IF

最大反向工作电压 VR

反向饱和电流 IS

最高工作频率 fmax

线性模型;

交流小信号模型

整流

限幅

钳位

检波

稳压

二极管

反向(电)击穿状态

稳定电压UZ

最大稳定工作电流IZmax

最小稳定工作电流IZmin

动态电阻rZ

内阻为rZ的恒压源

稳压

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 gay电考试考这个:(双向限幅电路)

      (补充知识)二极管最基本的工作状态是导通和截止两种,利用这一特性可以构成限幅电路。所谓限幅电路,就是指限制电路中某一点的信号幅度大小。

     当信号幅度大到一定程度时,不让信号的幅度再增大;当信号的幅度没有达到限制的幅度时,限幅电路不工作。具有这种功能的电路称为限幅电路,利用二极管来完成这一功能的电路称为二极管限幅电路。

双向偏压限幅是两个二极管加两个偏置电压,正半周大于等于某V时,D1导通,超出部分被钳位在某V;负半周小于等于-某V时,D2导通,超出部分被钳位在 负某V。
 

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 这个限幅电路怎么看的呢?

V1信号源输入正弦波,正半周的信号在D2处不能通过,D2处截止,但在D1处能通过,由于二极管特性,当信号的电压大于等于V2 + 0.7v时,二极管导通,Vo被钳位,即是一条直线。

其负半周的信号在D1处截止,D2处导通,即 当信号的负半周电压小于等于  -0.7V – V3 时,二极管导通,Vo被Vo被钳位,即是一条直线。


好了,现在我们介绍完二极管了,也该到三极管了

三极管(BJT)超级超级重点!!!!!!

三极管,是一种控制电流的半导体器件。其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号,也用作无触点开关。

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三极管具有电流放大作用,是电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结,两个PN结把整块半导体分成三部分,中间部分是基区,两侧部分是发射区和集电区,排列方式有PNP和NPN两种。

(补充:三极管其实是分为两种:双极型三极管(Bipolar Junction Transistor)(说白了就是 有两种极性的载流子参与导电)和 单极性三极管(Field  Effect  Transistor)(说白了就是 只有一种极性的载流子参与导电)。但在此处,我只讨论BJT)

BJT类型

按工作频率分:高频管、低频管

按功率分:小、中、大功率管

按材料分:硅管、锗管

按结构分:NPN型、PNP型

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 三极管的三种状态

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 放大状态下的BJT

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来练一道题

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 这道题的思路是:

BJT放大电路必须满足集电极反偏,发射结正偏,所以发射结的电压必须是0.7V或者是0.3V,故图中B和E必然组成发射结,且B和E有一个是基极,另外一个是发射极。所以C就是集电极,由于VBC和VEC都大于0,所以若要满足集电结反偏,C极必定是P极,集电结对应的基极是N极,故该三极管是PNP型。所以B是基极,E是发射极,C是集电极。

完结。

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