导图社区 模电思维导图
学电气的朋友看过来，模电是我们专业中最重要的课程之一了，我们在学习模电的过程中，前两章非常的重要，PN结等很容易搞糊涂。
包含质点运动学，质点动力学，刚体的定轴转动，气体动理论，热力学基础，真空中的静电场，静电场中的导体和电介质，真空中的稳恒磁场，磁场对电流和磁介质，电池感应和电磁场等
有利于大家期中、期末考试复习，还有工学的同志们考研用来简单过一遍，希望可以帮助到你！
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模电
第一章 半导体二极管及其应用
1.1 半导体基础知识
按照导电能力
导体
半导体
一种导电性可受控制，可从绝缘体过渡至导体的材料
独特性质
光敏性
热敏性
掺杂性
掺入少量杂质，导电能力增强
绝缘体
本征半导体
概念
完全纯净、不含杂质的半导体
常见有硅、锗
一些术语
自由电子
可导电
本征激发
在共价键中留下一个带正电的正穴
复合
自由电子和空穴在半导体中相遇时会重新结合然后消失
载流子
自由移动的电荷
只有载流子才能参与导电
漂移电流
在电场作用下，载流子定向移动形成
由此可见，半导体有两种载流子参与导电
本征激发产生的自由电子-空穴对的数目非常有限，所以载流子导电能力弱
空穴
杂质半导体
本征半导体掺入杂质元素后
导电能力增强
实质
就是电子数目增加
形成
掺入的元素主要是三价，或五价元素
三价：硼，铝，镓
五价：磷，砷，锑
分类
N型半导体
特点
电子带负电
自由电子一方面由参杂原子提供，另一方面由本征激发产生
又称：多数载流子（多子）
少数载流子（少子）
施主原子
为N型半导体提供电子
由于失去电子而成为不能移动的正离子
P型半导体
在本征半导体掺入微量的三价元素（硼），产生一个空位
多子
是空穴
少子
1.不论是N 型半导体还是P型，其中的多子和少子的移动都能形成电流 2.但主要导电的还是多子
PN 结
定义
在一块硅衬底（）上，采用不同的参杂工艺将N型半导体和P型半导体结合在一起
在其界面附近会形成空间电荷区
1. P 区，N 区的多子浓度差引起载流子扩散
浓度差
扩散
由于载流子的扩散运动
N 型的一部分电子扩散到P型半导体，与P型半导体中的空穴复合之后消失
p型的一部分空穴扩散到N型
2. 内建电场促使少子漂移
少子漂移（排斥）P~N
N区的少数载流子空穴向P区漂移
P区的少子电子向N区漂移
3. 多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡
最终在P型半导体和N型半导体的交界面两侧留下不能移动的离子
这个离子层形成的空间电荷区称为PN 结
方向
N区指向P区
PN结的单向导电性
正向导通，反向阻断
前提
PN结外加方向不同时
正向偏置
反向偏置
正向偏置（正偏）

组成
P区加高电压，N区加低电压
限流电阻R，防止PN 结中因电流过大烧坏
由于外电场方向和内建电场方向相反
PN结中总电场减弱
因为：内界电场和外界电场不同向
PN 结变薄
多子的扩散运动加强
少子的偏移运动减弱
电压到一定值时
形成正向电流
方向P区指向N区
PN结呈现低电阻
PN结处于导通状态
外电场从P 指向 N
正偏时，扩散电流远大于漂移电流，可忽略漂移电流影响
反向电流
又称：反向饱和电流
P区加低电压，N区加高电压
外场和内场方向相同
总电场增强
空间电荷区（PN结）变宽
相当于一个电阻
多子扩散减弱
少子漂移增强
PN 结反向击穿
雪崩击穿
齐纳击穿
发生在参杂浓度很高的PN 结
PN结 很薄
把共价键拉出来，产生大量空穴
导致反向击穿
一种场效应击穿（电场强）
热击穿
产生的热量太高，直接烧毁
1.2 半导体二极管的基本特性
1.2.1 二极管的结构
把PN结用管壳封装，然后在P区，N区 引出一个电极
P区：正极
N区：阴极
箭头表示正向电流方向
1.2.2 类型
点接触型
面接触型
1.2.2 伏安特性
伏安特性方程
二极管的参数一般加角标D
伏安特性曲线
曲线
正向特性区域
1.
死区电压
通常硅管=0.5V 锗管 = 0.1V
2.
正向导通性
反向特性区域
反向饱和电流（或 漏电流）
当二极管外加反向电压不超过一定范围
二极管反向电流会很小
二极管处于截止状体
用 Is 表示
击穿特性
反向击穿电压
当外加反向电压超过某一数值时，反向电流会突然增大
二极管被击穿
击穿的临界点
温度特性
温度升高，正向曲线左移，即减小
温度升高，反向特性曲线下移，反向电流增大
1.2.4 二极管参数
最大整流电流
整流
将交流变为反方向的直流
允许通过最大正向平均电流值
表示
最大反向工作电压
曲线左边，贴近x轴的部分
反向电流越小，管子的单方向导电性越好
直流电阻和动态电阻
二极管两端的直流电压与直流电流之比
二极管静态工作点Q附近电压的变化与相应电流变化量之比
最大工作频率
取决于PN结结电容的大小
应用
二极管整流电路
交流变直流
半波整流
全波整流
桥式整流
钳位
双向限辐
开关作用
正向相当于接通
反向相当于断开
1.2.5 特殊二极管
稳压管
电压几乎不变
子主题
注意事项
正负要结对
应有限流电阻
使用时，应反向接入电路
电源电压要高于稳压值
发光二极管
把电能直接转换为光能
符号
数码管
七段数码管
光电二极管
受到光线，会发电
无光时，反向电流极其微弱
有光时，迅速增大
整流管
用于大功率
第二章 半导体三极管及其应用
2.1 晶体管及其工作原理
结构
双极型三极管（BJT）
双极型
有电子和空穴两种载流子参与导电
三块半导体构成两个 PN 结
单极型
只有一种载流子参与导电
双极型晶体半导体
NPN型
符号及结构
PNP型
箭头方向为发射极电流方向
符号总是从 P 指向 N
有三个电极
两个PN 结把晶体管分成3部分
三块电极
发射区
用e表示
集电区
用c表示
基区
用b来表示
两个PN 结
发射结
集电结
工作原理
三个状态
1. 放大状态
放大作用
要实现电流放大作用的内部结构条件
参杂浓度很高
以便足够的载流子发射
做的很薄
减少
体积较大
可以顺利收集边缘载流子
要实现电流放大作用的外部结构条件
小信号控制大容量
原理图
概括
发射结必须“正向偏置”
P区的电压大于N区
集电结必须“反向偏置”
利于收集扩散到集电结边缘的多数扩散电子。收集到集电区的电子形成集电极电流ic
发射区的电子扩散到P区，称为P区的少子（空穴），因为，反偏使PN结变宽，有因为PN结促进漂移，阻止扩散，所以移到集电区
原理
电子向基区扩散，电流向下走
由于正偏导致集电结的浓度很大，所以必须快速抽走
集电结上侧为正，下侧为负
几个参数
由以上可得
共发射极直流电流放大系数
几个结论
2. 饱和状态
3. 截止状态
条件
发射结、集电结反偏
发射结很难向基区和集电区发射电子，各级电流近似为 0
晶体管三状态的条件与特点
2.1.3 晶体管的伏安特性及主要参数
共基
共射
ic和ib比
输入特性曲线
 1.0<Uce <1时，随着Uce的增大，曲线右移
输入特性
伏安电路图
研究iB 和uBE之间的函数关系
输出特性
放大区
放大系数
饱和区
饱和状态
相当于双结正偏
没有收集电子了
截止区
双结反偏
主要是将发射区反偏，相当于关了电源
晶体的主要参数
1. 电流放大系数
上面有横线的是直流，无的是交流
2. 极间反向电流
I. 该电流为基极开路时，从集电结到发射结的电流
II. 集电极-发射极反向饱和电流
III. 又称穿透电流
随温度变化而变化
I. 集电极-基极反向饱和电流
II. 该电流为发射极开路时
III. 在一定温度下，这个反向电流基本是个常数，很小
3. 晶体管的截止频率与特征频率
截止频率
电流增益下降为低频值得0.707时的频率称为截止频率
图线

特征频率
共射极电流增益下降为1时的频率称为特征频率，fT
4. 极限参数
最大集电极电流值
最大允许电流
最大集电极耗散功率
晶体管的输入电阻和输出电阻
输入电阻
基极b和发射极e之间的动态电阻
比较小
千欧姆左右
输出电阻
集电极c和发射极e之间的动态电阻
比较大
十几千欧欧
2.3 场效应管的工作原理及其基本应用
I. 场效应晶体管（FET）
简称：场效应管
单极型晶体管
1. 场效应管是电压控制电流型器件
2. 输入电阻很高，因此输入端电流极小，可以认定为 0
3. 因为只有一种载流子参与导电，温度的稳定性较好
4. 抗辐射能力强
5. 功耗小，噪声小
结型场效应管
N沟道
P沟道
MOS管
增强型
N
P
耗尽型
II. MOS管的结构和工作原理
增强型的结构
P型硅衬面
掺杂浓度较低
两块N区
高掺杂浓度
在半导体表面覆盖一层很薄的二氧化硅
引出两个电极
在二者之间的绝缘层上
示意图
表示符号
箭头指向N，所以为N沟道
输入回路
输出回路
处于夹断状态，D和S之间没有电流
I. 出现一个垂直于半导体表面且由栅极指向P型衬底的电场
II. 空穴被踢走，电子吸上来
3.
必须要大于此电压，才能形成沟道，进而有电流
两个N区之间形成一个沟道
也叫做：反型层
4. 转移特性曲线
1. 过程图
2. 流程
I.
II.
3. DC两端的电压减小，沟道变窄
III.
形成预夹断
漏极电流近似保持不变
管子处于饱和状态
3. 小细节
A. 沟道宽度越大，电阻越大
B.
C. N、P型沟道的工作条件
4. 总结
伏安特性
转移性
可变电阻区
恒流区
预夹断时期，管子处于饱和状态
放大状态
尽量使管子处于此状态
基击穿区
III. 耗尽型管
与增强型MOS管相似
不同
没有预夹断
工作条件
IV. 结型场效应管
浮动主题
电子在基区扩散和复合
集电区对发射区的收集
第三章 基本放大电路
导读
为了提高放大电路的放大倍数，引入多级放大电路
为了抑制电路的零点漂移，抑制噪声，引入差分放大电路
为了提高电路的输出功率，引入功率放大电路
3.1 放大电路的基本结构
信号源
提供放大的小信号
可以将非电信号（温度、压力、湿度、声音等）转化为模拟电信号（电流、电压）
放大电路
直流电源
一方面为半导体三极管提供合适的正反偏
保证管子工作在放大区
不失真地放大小信号
另一方面承担了能量转化的作用
负载
小信号通过有源元件，对直流电源进行控制和转换，使负载从电源中获得为大信号
放大的功率
特征
功率的放大
能量的控制及转换
输出电压（或者电流）大于输出电压
有源元件的存在
晶体管在放大区
场效应管在恒流区
前途
不失真
频率等的发生变化
放大电路有合适的静态工作点
3.2 基本组态放大电路
晶体管的构成
共射极放大电路（CE）
共集电极放大电路（CC）
共基极放大电路（CB）
场效应管
共源极放大电路（CS）
共漏极放大电路（CD）
共栅极放大电路（CG）
直接耦合
没有电容
有两套电源系统的放大电路
过程
由于ui 太小，直接放入电路中，三极管无法导通。所以，加入一个直流电源，达到导通条件
EB和RB 使三极管正偏
一个正偏，一个反偏，进而达到静态工作点（动态平衡）
因为先导致正偏，反偏根据正偏的电压而变化
解释
真正的电源（一套电源系统）
进而使F端的电压小于A 端
在 D 和 A 之间加一个电阻 R
要是没有 R ，DA之间的电压还是Ui，照样无法使三极管导通
加上 R 可以，可以在A点，可以用叠加定理
R 的作用
在A 点有Vcc的直流电压+ ui 的交流电压
阻容耦合
有电容
主题
3.2 （附加）放大电路的性能指标
共射极放大电路
不仅可以放大电压信号，也能放大电流信号
