第二章:常用半导体器件原理

本征载流子浓度：n_i = p_i = A₀ T^3/2 e^-Eg0/2kT

势垒电容： C_T = $\frac{\Delta Q}{\Delta u}$ = $\frac{\epsilon S}{d}$

扩散电容： C_D = $\frac{\Delta Q}{\Delta u}$ = KI

肖特基二极管：肖特基二极管是依靠多数载流子工作的器件 ，无少子存储效应，高频特性好，而且导通电压和反向 击穿电压均比PN结二极管低

晶体管工作状态：发射结正偏，集电结反偏 , NPN : u_B > U_E U_C >U_B , PNP : U_B <U_E U_B < U_C

放大区 :发射结正偏,集电结反偏

饱和区 :反射结正偏,集电结正偏

截止区 :发射结反偏,集电结反偏

晶体管电流方程:i_E = i_CN = i_c =I_S exp(u_BE /u_T)s (约等于)

轻掺杂PN结空间电荷区较宽，重掺杂PN结空间电荷区较窄

漂移电流 ：在电场的作用下，自由电子会逆着电场方向飘移，而空穴则顺着电场方向飘移，这样产生的电流称为~

扩散电流 ：半导体中载流子浓度分布不均匀时，载流子会从高浓度区向低浓度区扩散，从而形成~

正偏：耗尽区变窄，扩散电流>漂移电流， 齐纳击穿（隧道击穿），扩散电容，P区电压>N区电压

反偏：耗尽区变宽，扩散电流<漂移电流 , 雪崩击穿 ，势垒电容，P区电压<N区电压

NPN: U_BE > U_BEon 导通，放大区或者饱和区，U_BE < U_BEon 截至

PNP: U_BE < U_BEon 导通，放大区或者饱和区，U_BE > U_BEon 截至

栅极和源级之间的栅源电源U_GS 为0时，导电沟道最宽，I_D 最大，记作I_DSS

当|U_GS 足够大时，PN结的扩张导致导电沟道完全被夹断，结果I_D 减小到0，此时的U_GS 称为夹断电压，记为 U_GS(off) U_GS 的改变能够控制I_D 的大小

场效应管

恒流区:|U_GS |<|U_GS(off) |,同时|U_DG |=|U_DS -U_GS |>|U_GS(off) |时,工作点工作在恒流区

当|U_DG |>|_GS(off)|时,靠近漏极处,因为PN结变厚,局部导电沟道被局部夹断,称为预夹断

可变电阻区 :|U_GS |<|U_GS(off) |,而|U_DG |<|U_GS(off) |,工作点进入可变电阻区

截止区 : |U_GS |>|U_GS(off) |,此时导电沟道被全部夹断,i_D =0

i_D 与U_GS的关系称为场效应管的转移特性: i_D = I_DSS (1- $\frac{UGS}{UGSoff}$)^2

U_GS(th) :称为开启电压或者阈值电压

绝缘栅场效应管

恒流区:|U_GS |>|U_GS(th) |,同时|U_DG |<|U_GS(th) |时,工作点工作在恒流区,U_A :厄尔利电压,曲线延长交与横轴上的一点

可变电阻区 :|U_GS |>|U_GS(th) |,而|U_DG |>|U_GS(th) |,工作点进入可变电阻区

截止区 : |U_GS |<|U_GS(th) |,此时导电沟道尚未形成,i_D =0

晶体管的低频小信号

管子的输入电阻:r_be =(1+ $\beta$)r_e =(1+ $\beta$) $\frac{26mV}{ICQmA}$

电流放大倍数: $\beta$

管子的输出电阻:r_ce = $\frac{UA}{ICQ}$

晶体管的跨导:g_m = $\frac{ICQmA}{26mV}$

基区体电阻:r_be = r_bb’ +r_b’e =r_bb’ +(1+ $\beta$ )r_e

场效应管的低频小信号

工作点的跨导:g_m = $\frac{diD}{duGS}$ |_Q -------->表示栅源电压u_GS 对漏极电流i_D 的孔子能力,即场效应管转移特性在Q点的斜率

输出电阻:r_ds = $\frac{dUDS}{diD}$ |_Q= $\frac{UA}{IDQ}$ ------>U_A 为场效应管输出特性的厄尔利电压,I_DQ 为工作点的漏极电流

第三章:双极型晶体管和场效应管放大器基础

电压放大倍数Au= $\frac{Uo}{Ui}$

电流放大倍数Ai= $\frac{Io}{Ii}$

互阻放大倍数Ar= $\frac{Uo}{Ii}$

互导放大倍数Ag= $\frac{Io}{Ui}$

放大器的主要指标

1. 电压放大倍数Au

   放大器输入阻抗越大，输出阻抗越小，则增益损失越小

2. 输入电阻Ri

   Ri= $\frac{Ui}{Ii}$

3. 输出电阻Ro

   Ro= $\frac{Uo}{Io}$ |_us=0,RL=inf (电压源置0，负载电阻开路 )

4. 频率响应与带宽

   Au(j $\omega$)= $\frac{Uo(j\omega)}{Ui(j\omega)}$ =|A(j $\omega$)|∠ $\phi$ (j $\omega$ )

   分为幅频特性和相频特性

   BW=f_H -f_L ----->通频带

5. 总谐波失真系数（非线性失真系数）THD

   管子进入非线性区（饱和区或者截止区），从而引起了放大信号产生失真，这种失真称为“非线性失真”

三种组态的放大电路

• 不能从集电极输入，不能从基极输出
• 待放大的信号必须加到晶体管的发射结，因为u_BE =u_B -u_E
• 必须有一个或者两个直流电源，保证发射结正偏集电结反偏，设置合适的工作点，在信号的整个变化范围内让晶体管工作在放大区，以保证非线性失真最小
• 在信号的输出回路要有适当的电阻R_C 或R_E ,将变化的电流转换成电压输出

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