半导体器件思维导图

U530923655

2023-04-05

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半导体器件

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思维导图大纲

半导体的基本知识

本征半导体

载流子

物质内部运载电荷的粒子称为载流子。物质的导电能力决定于载流子的数目和运动速度。本征半导体在热力学温度为0K时，如果又无光照可成电磁场等外界影响，价电子摆脱不了共价键的束缚，不能成为为自由电子。这时本征半导体内没有载流子，它相当于绝缘体。

自由电子

理论证明，在室温(300K)时，硅晶体中的价电子必须获得大于电离能E=1.1eV(对于锗,E=0.72 eV)的能量,才能摆脱共价键的束缚成为自由电子。

空穴

在价电子变为自由电子的同时，就在原来共价键处留下一个空位，这个空位称为空穴。

杂质半导体

N型半导体

P型半导体

PN结

PN结的形成

在P型半导体中,多子为空穴,少子为电子;而N型半导体中则相反，多子为电子,少子为空穴。尽管如此,无论是P型半导体还是 N型半导体,就其整体来说都是呈电中性的。当两种类型的半导体结合在一起时，P区区的空穴浓度高于N区,于是空穴将越过交界面由P区向N区扩散;同理,N区的电子浓度高于P区,电子将越过交界面由N区向P区扩散。如图1.1.4(a)所示,多子由一区扩散到另一区时,成为另一区的少子并与该区的多子复合，因此，在交界面的左侧留下带负电荷的受主离子，右侧留下带正电荷的施主离子，于是在交界面的附近形成一个空间电荷区，这就是PN结。

PN结的特性

外加正向电压

外加反向电压

PN结的单向导电性

PN结加正向电压时，耗尽层变窄,能产生较大的扩散电流，也就是说，PN结呈现较小的正向电阻,正向电流较大;加反向电压时,耗尽层变宽，只能产生非常小的漂移电流，也就是说,PN结呈现较大的反向电阻,反向电流很小。PN结的这种正向导电性能好而反向导电性能差的特性，称为PN结的单向句导电性。

二极管

基本结构

伏安特性

PN结的伏安特性

实际二极管的伏安特性

正向特性

图1.2.3(a)中OA一段为正向特性,由图可见，当正向电压较小时,由于外电场还不足以克服内电场对载流子扩散运动所造成的阻力，故正向电流仍然很小。当正向电压超过一定的数值V后,内电场被显著削弱,电流才随电压迅速增加。电压V称为二极管的门限电压或开启电压,硅二极管的V约为0.5V,锗管的V约为0.1V。

反向特性

反向电流IR(sa1)很小，但随温度的升高急剧增加。在常温下，小功率二极管的IR（sa1）,硅管小于0lμA,锗管小于0.lmA,硅管的反向特性如图1.2.3(a)的0B段,反向电流基本不随反向电压改变。锗管的反向特性不呈水平,见图1.2.3(b)。

反向击穿特性

反向击穿特性如图1.2.3(a)中的BC段。反向击穿电压一般在几十伏以上(高反压管可达几千伏)。然而，当二极管处于反向击穿时，由于反向击穿电流较大，导致PN结晶体结构的破坏,致使二极管烧毁，所以，除了稳压二极管外，大多数二极管应避免工作在其反向击穿特性。

理想二极管的特性

主要参数

最大正向直流电流IFM

它是二极管长期工作时允许通过的最大正向平均电流。其大小决定于PN结的面积、材料和散热条件。因电流通过管子时，PN结要消耗一定的功率而发热,电流太大将使PN结过热而烧毁。因此，使用时不要超过IFM值。

反向峰值电压VRM

当反向电压增加到击穿电压VBR)时，反向电流剧增,二极管的单向导电性被破坏,甚至因过热而烧毁。为了保证管子安全工作，VRM值通常取击穿电压的一半。

反向直流电路IR

反向直流电流IR是管子未击穿时反向直流电流的数值。IR愈小,管子的单向导电性能愈好。

最高工作频率fM

它是二极管具有单向导电性的最高工作频率。其值主要由管子的势垒电容和扩散电容的大小决定。

稳压二极管

二极管应用举例

限幅电路

稳压电路

双极性晶体管

基本结构

放大原理

晶体管内载流子的传输过程

发射区向基区注入载流子

电子在基区扩散和复合

集电极收集电子

共发射极直流电流传输方程

共集电极直流电流传输方程

特性曲线

输入特性曲线

输出特性曲线

主要参数

共发射极直流电流放大系数

极间反向电流

集电极-基极反向饱和电流

穿透电流

频率参数

共发射极截止频率

特征频率

极限参数

集电极最大允许电流

集电极最大允许消耗功率

反向击穿特性

场效应管

结型场效应管

结构及符号

在本征半导体中有两种载流子，即自由电子和空穴。而通常的导体中只有自由电子，没有空穴。思维导图模板大纲

输出电压Vo基本不变思维导图模板大纲

发射结正偏，集电极反偏思维导图模板大纲

思维导图模板大纲

基本放大线路思维导图模板大纲

放大电路的组成及工作原理

放大电路的基本组成

共发射极基本放大电路

放大电路的性能指标

电压放大倍数Av

Av=Vo/Vi

输出电阻Ro

Ri=Vi/ Ii

通频带BW

BW=fH-fL

非线性失真系统D

放大电路的图解分析法

用图解法确定静态工作点Q

vBE=vBB-iB RB

vCE=Vcc-iC Rc

用图解法分析动态工作情况

根据Vi在输入特性上绘出iB的波形

根据iB的摆动范围绘出iC和vCE的波形

接RL时，放大电路输出回路的图解分析

计算放大电路的电压放大倍数

Av=Vo/Vi=-Vom/Vim

用图解法分析放大电路的非线性失真

放大电路的等效电路分析法

晶体管的h参数及其小信号等效电路

用h参数小信号等效电路分析基本放大电路

带RE的共发射极放大电路的分析

放大电路工作点的稳定

固定偏置基本放大电路

分压式偏置稳定电路

共集电极放大电路

多级放大电路

阻容耦合

直接耦合

零点漂移

正常工作条件下的放大电路有合适的静态工作点,但是环境温度、电源电压等因素发化或更换晶体管引起晶体管特性的改变,会使静态工作点偏离合适的位置,这种现象称为零点漂移。阻容耦合放大电路中,虽然也存在零点漂移问题,但因耦合电容的隔直作用这种漂移信号不会耦合到下一级去,而它又不足以影响本级的正常工作,因而可不必考虑零点漂同题。但是在直接耦合放大电路中,前级的漂移电压将耦合到后级，并被逐级放大，致使大电路的输出端产生较大的漂移电压,甚至可能将有用的输出信号“淹没”在漂移电压之中这样,对的放大没有实际意义了。显然,第级所产生的漂移影响最大,放大电路级数愈多,放大倍数愈大,零点漂移的影响愈严重。

差分放大电路

差模放大倍数

共模放大倍数

共模抑制比

单端输入差分放大电路

带恒流源的差分放大电路

要进一步提高共模抑制比,就要采用阻值很大的射极电阻RE。RE增大后,增加了其上的直流压降,为了保证两放大管有合适的静态工作点,就必须增大电源电压VEE，从而增加了电路的功耗。另一方面RE太大不便于集真成。因此，RE的进一步提高是困难的。如果采用晶体管恒流源来代替RE,可使这一困难迎刃而解。晶体管恒流源的直流电阻小，因而其上的直流压降不大,而它的交流电阻(动态电阻)较大,从而提高了电路的共模抑制比。

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