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1、长安大学考研 813 电子技术基础命题规分析及复习要点精讲主讲：尹其畅老师要点精讲和复习思路第六章 半导体二极管，半导体三极管，基本放大电路, 场效应管1、本章考情分析本章主要介绍了二极管和三极管的基本特性，以及三极管的基本放大电路。每年都要出一至二道小题（填空，选择，问答）和一道大题，但是小题考的知识点很简单，主要是二极管和三极管的基本概念题；大题方面是三级管的基本放大电路或者是多级放大电路，题型简单，但是计算不容易，因此考生要注意计算能力培养；本章是模电的四个重点之一，因此掌握本章内容显得尤为重要。2、本章框架结构本章首先介绍了半导体的基本知识，然后 PN 结的形成和特性，半导体三极管的基
2、本结构；最后介绍基本放大电路。3、本章考点预测小题是写出二极管的特性，和三极管三个极的概念和电流的关系。大题是基本放大电路或者是多级放大电路，差分放大电路在历年考研中并未出现，但是还是要注意一下。4、本章要点精讲要点一：电子技术的发展与应用概况 第一代电子器件是电子管；第二代电子器件是晶体管；第三代电子器件是集成电路；第四代电子器件是大规模集成电路；第五代电子器件是超大规模集成电路。随着电子技术的发展，新的电子器件也在不断地出现。课程的研究对象 电子技术就是应用电子元器件来达到某种特定目的或完成某项特定任务的技术。电子技术研究的对象是电子元器件和由电子元器件构成的各种基本功能电路，以及由某些基
3、本功能电路所组成的有各种用途的装置或系统。电子技术按照其处理信号的不同分为模拟电子技术和数字电子技术两部分。要点二：半导体的特性1. 导体：电阻率 109 cm 物质。如橡胶、塑料等。3. 半导体：导电性能介于导体和半导体之间的物质。大多数半导体器件所用的主要材料是硅(Si) 和锗(Ge)。硅原子结构最外层电子称价电子，最外层只有四个电子，不稳定。锗原子也是 4 价元素4 价元素的原子常常用+ 4 电荷的正离子和周围 4 个价电子表示。要点三：本征半导体 概念：完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导体称为本征半导体。将硅或锗材料提纯便形成单晶体，它的原子结构为共价键结构。当温度 T =
4、0 K 时，半导体不导电，如同绝缘体若 T ，将有少数价电子克服共价键的束缚成为自由电子，在原来的共价键中留下一个空位 空穴。自由电子和空穴使本征半导体具有导电能力，但很微弱。空穴可看成带正电的载流子。1. 半导体中两种载流子 带负电的自由电子和带正电的空穴 2. 本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现，称为 电子 - 空穴对。3. 本征半导体中自由电子和空穴的浓度用 ni 和 pi 表示，显然 ni = pi 。4. 由于物质的运动，自由电子和空穴不断的产生又不断的复合。在一定的温度下，产生与复合运动会达到平衡，载流子的浓度就一定了。5. 载流子的浓度与温度密切相关，它随着温度的升高，基本
5、按指数规律增加。要点四：杂质半导体杂质半导体有两种 N 型半导体 P 型半导体一、 N 型半导体在硅或锗的晶体中掺入少量的 5 价杂质元素，如磷、锑、砷等，即构成 N 型半导体(或称电子型半导体)。常用的 5 价杂质元素有磷、锑、砷等。本征半导体掺入 5 价元素后，原来晶体中的某些硅原子将被杂质原子代替。杂质原子最外层有 5 个价电子，其中 4 个与硅构成共价键，多余一个电子只受自身原子核吸引，在室温下即可成为自由电子。自由电子浓度远大于空穴的浓度，即 n p 。电子称为多数载流子( 简称多子)，空穴称为少数载流子( 简称少子)。二、 P 型半导体在硅或锗的晶体中掺入少量的 3 价杂质元素，如
6、硼、镓、铟等，即构成 P 型半导体。3 价杂质原子称为受主原子。空穴浓度多于电子浓度，即 p n。空穴为多数载流子，电子为少数载流子。说明：1. 掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度；温度决定少数载流子的浓度。2. 杂质半导体载流子的数目要远远高于本征半导体，因而其导电能力大大改善。3. 杂质半导体总体上保持电中性。要点五：半导体二极管一 PN 结及其单向导电性在一块半导体单晶上一侧掺杂成为 P 型半导体，另一侧掺杂成为 N 型半导体，两个区域的交界处就形成了一个特殊的薄层，称为 PN 结。 PN 结的形成二、 PN 结中载流子的运动1. 扩散运动电子和空穴浓度差形成多数载流子的扩散运动。2. 扩
7、散运动形成空间电荷区 PN 结，耗尽层。3. 空间电荷区产生内电场空间电荷区正负离子之间电位差 UD 电位壁垒； 内电场；内电场阻止多子的扩散 阻挡层。4. 漂移运动内电场有利于少子运动漂移。5. 扩散与漂移的动态平衡扩散运动使空间电荷区增大，扩散电流逐渐减小；随着内电场的增强，漂移运动逐渐增加；当扩散电流与漂移电流相等时，PN 结总的电流等于零，空间电荷区的宽度达到稳定。即扩散运动与漂移运动达到动态平衡。空间电荷区的宽度约为几微米 几十微米；电压壁垒 UD，硅材料约为(0.6 0.8) V, 锗材料约为(0.2 0.3) V。三 PN 结的单向导电性又称正向偏置，简称正偏1. PN 结外加正
8、向电压 (正偏)空间电荷区变窄，有利于扩散运动，电路中有较大的正向电流。在 PN 结加上一个很小的正向电压，即可得到较大的正向电流，为防止电流过大，可接入电阻 R。2. PN 结外加反向电压 (反偏)反向接法时，外电场与内电场的方向一致，增强了内电场的作用；外电场使空间电荷区变宽；不利于扩散运动，有利于漂移运动，漂移电流大于扩散电流，电路中产生反向电流 I ；由于少数载流子浓度很低，反向电流数值非常小。综上所述：当 PN 结正向偏置时，回路中将产生一个较大的正向电流， PN 结处于 导通状态；当 PN 结反向偏置时，回路中反向电流非常小，几乎等于零， PN 结处于截止状态。可见， PN 结具有
9、单向导电性。四半导体二极管的类型按半导体材料分：有硅二极管、锗二极管等。按 PN 结结构分：有点接触型和面接触型二极管。点接触型管子中不允许通过较大的电流，因结电容小，可在高频下工作。面接触型二极管 PN 结的面积大，允许流过的电流大，但只能在较低频率下工作。按用途划分：有整流二极管、检波二极管、稳压二极管、开关二极管、发光二极管、变容二极管等。五二极管的伏安特性在二极管的两端加上电压，测量流过管子的电流， I = f (U )之间的关系曲线。1. 正向特性当正向电压比较小时，正向电流很小，几乎为零。相应的电压叫死区电压。范围称死区。死区电压与材料和温度有关，硅管约 0.5 V 左右，锗管约
10、0.1 V 左右。当正向电压超过死区电压后，随着电压的升高，正向电流迅速增大。2. 反向特性二极管加反向电压，反向电流很小；当电压超过零点几伏后，反向电流不随电压增加而增大，即饱和；如果反向电压继续升高，大到一定数值时，反向电流会突然增大；这种现象称击穿，对应电压叫反向击穿电压击穿并不意味管子损坏，若控制击穿电流，电压降低后，还可恢复正常。3. 伏安特性表达式( 二极管方程 )IS ：反向饱和电流)1e(S TUIIUT ：温度的电压当量在常温(300 K)下，UT 26 mV结论：二极管具有单向导电性。加正向电压时导通，呈现很小的正向电阻，如同开关闭合；加反向电压时截止，呈现很大的反向电阻，
11、如同开关断开。从二极管伏安特性曲线可以看出，二极管的电压与电流变化不呈线性关系，其内阻不是常数，所以二极管属于非线性器件。六，二极管的主要参数1最大整流电流 IF是指管子长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。使用时正向平均电流不能超过此值，否则会烧坏二极管。2最大反向工作电压 URM最大反向工作电压 URM 是指二极管正常工作时，所承受的最高反向电压（峰值） 。通常手册上给出的最高反向工作电压是击穿电压的一半左右。3反向饱和电流 IR反向饱和电流 IR是指在规定的反向电压和室温下所测得的反向电流值。其值越小，说明管子的单向导电性能越好。七，二极管的电容效应当二极管上的电压发生变化时，PN 结
12、中储存的电荷量将随之发生变化，使二极管具有电容效应。电容效应包括两部分势垒电容和扩散电容1. 势垒电容是由 PN 结的空间电荷区变化形成的。2. 扩散电容 Cd是由多数载流子在扩散过程中积累而引起的。稳压管一种特殊的面接触型半导体硅二极管。稳压管工作于反向击穿区。 要点六：三极管半导体三极管是具有电流放大功能的元件三极管的结构如下1.三极管的结构与电路符号三极管的构成是在一块半导体上用掺入不同杂质的方法制成两个紧挨着的 PN 结，并引出三个电极。三极管有三个区：发射区 它是发射载流子的区域；基区载流子传输的区域；集电区 收集载流子的区域。各区引出的电极依次为发射极（极） 、基极（极）和集电极（
13、极） 。 为使三极管具有电流放大作用，在制造过程中必须满足实现放大的内部结构条件，即：（1）发射区掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度，以便于有足够载流子供“发射” 。（2）基区很薄，掺杂浓度很低，以减少载流子在基区的复合机会，这是三极管具有放大作用的关键所在。（3）集电区比发射区体积大且掺杂少，以利于收集载流子。2三极管的分类 三极管的种类很多，主要有下列 5 种分类形式：（1）按其结构类型分为 NPN 型管和 PNP 型管；（2）按其制作材料分为锗管和硅管；（3）按工作频率分为高频管和低频管；（4）按其工作频率分为大功率管、中功率管和小功率管；（5）按其工作状态分为放大管和开关管。3.三极管的电流
14、分配关系 BCE III BC II BE )1(II 要点七：三极管的放大作用1具有放大作用的基本条件 三极管实现放大作用的外部条件是：“发射结正偏，集电结反偏”。通常给 PN 结加正向电压称作正向偏置，简称正偏；加反向电压称做反向偏置，简称反偏。三极管放大电路不论采取哪种管型和哪种电路形式都要满足这个基本条件。2电流放大作用及电流分配关系 三极管在一定的外界电压条件下所具有的 IC受 IB控制且二者呈线性关系的特性称为三极管的直流电流放大作用，而 IC受 IB控制且二者呈线性关系的特性称为三极管的交流电流放大作用。三极管三个电流在数值上的关系称为三极管的电流分配关系。 3三极管放大的概念和
15、三种连接方式 放 大 器信号 负载输 入 端 输 出 端becu iu obecu iu obe cu i uo(a) (b) (c)（a） 是共射极放大电路（b） 是共集电极放大电路（c ） 是共基极放大电路4 三极管的特性曲线1输入特性曲线 当集电极与发射极之间的电压 UCE一定时，输入回路中的基极电流 iB与基- 射电压 uBE之间的关系曲线被称为输入特性。 用函数式可表示为： 常 数CEuBEBufi )(三极管的输入特性曲线是非线性的，输入电压小于某一开启值时，三极管不导通，基极电流为零，这个开启电压叫死区电压或叫阈值电压。对于硅管约为 0.5V，对于锗管约为 0.10.2V。当管子正常工作时，发射结压降变化不大，对于硅管约为 0.60.7V，对于锗管约为0.20.3V。5 三极管的主要参数及温度的影响 1主要参数 三极管的参数描述了三极管的性能，是评价三极管质量以及选择三极管的依据。常用的主要参数有：（1）电流放大系数电流放大系数的大小反映了三极管放大能力的强弱。
