模拟电子电路知识框架

模拟电子电路知识框架，包括：半导体、PN结(P-N) junction、二极管的应用(Diode Application)、阻力水平(Resistance levels)。

二极管（Semiconductor diode）

半导体

半导体材料

Ge

Si

GaAs

半导体对外显电中性

本征半导体（Intrinsic semiconductor）

定义：完全不含杂质且无晶体缺陷的纯净半导体

特点

电子（Electron）浓度=空穴（Hole）浓度

导电性差

载流子浓度低

随着温度的升高，载体数量增加

本征激发：当半导体的温度T>0K时，有电子挣脱共价键形成自由电子的现象

本征载流子

空穴：电子挣脱共价键成为自由电子后形成的空位

自由电子：价电子破坏共价键，形成自由移动的电子

杂质半导体

N型半导体(N-Type)

引入5价元素(Donor ions)

磷

锑

砷

特点

电中性

高导电性

额外的第五电子与任何特定共价键无关

P型半导体(P-Type)

引入3价元素(Acceptor ions)

硼

镓

铟

特点

电中性

无足够电子形成共价键，产生空穴

PN结(P-N) junction

形成：由N型参杂区和一个P型参杂区紧密接触，交界处产生了耗尽层(Deplection region)

载流子扩散运动：浓度差

P型区多子（空穴）向N型区扩散

N型区多子（电子）向P型区扩散

漂移运动

滞留的带电离子（P型负离子、N型正离子）形成自建电场，驱动少子朝低电势移动

特点

PN结的内电场方向由N区指向P区

具有单向导电性

外加电压使得电流由N流向P，高阻性，电流小

外加电压使得电流由P流向N，低阻性，电流大

正向偏置：P端接正，N端接负，耗尽层变窄，加剧扩散运动，阻止漂移运动，PN结导通

反向偏置：N端接正极，P端接负，加强内电场，耗尽层变宽，漂移电流来自少子，电流很小，PN结截止

Shockley's equation:

是反向饱和电流

是施加在二极管上的正向偏置电压

是理想因子，通常为1

Thermal voltage:

玻尔兹曼常数k

电荷量q

反向击穿

电击穿（可逆）

齐纳击穿

雪崩击穿

热击穿（不可逆）

二极管的应用(Diode Application)

二极管等效电路

理想等效电路

电流由二极管正极流向负极，电路导通

电流由二极管负极流向正极，电路断开

简化/近似等效电路

不可忽略二极管电压，硅二极管的电压一般为0.7V

分段线性等效电路

等效模型

理想二极管，忽略二极管电压

简化的二极管

半波整流

交流输入，直流输出

全波整流

限幅电路

阻力水平(Resistance levels)

AC resistance

电阻类型

直流或静态电阻

DC resistance

交流或动态电阻

交流电阻取决于二极管中的直流工作点Q-Point

Average AC resistance

范围内的直线定义

使用软件：Mindmaster

浮动主题

三极管(Bipolar Junction Transistors)

三极管

三极管类型

NPN

PNP

结构

集电极C

发射极E

关系：

基极B

NPN

内部条件

发射区高参杂

基区薄

集电结面积大

外部条件

发射结正偏

集电结反偏

截止状态

放大状态

饱和状态

DC Biasing-BJTs

电流分配

电压分配

Kirchhoff's voltage law

放大原理

固定偏置(Fixed-Bias configuation)

基极-发射极环路(Base-emitter loop)

集电极-发射极环路(Collector–emitter loop)

晶体管饱和(Transistor Saturation)

负载线分析(Load-Line Analysis)

发射极稳定偏置电路

方式：在发射极上增加一个电阻可以提高晶体管的稳定性

基极-发射极环路

集电极-发射极环路

分压偏置电路

公式

近似分析(Approximate Analysis)

电压反馈直流偏置

基极-发射极环路

集电极-发射极环路

BJT AC Analysis

交流域的放大

直流电源作用

晶体管作用

BJT Transistor Modeling

AC network

移除直流电源

耦合电容与旁路电容可以通过短路来替代

AC equivalent circuit

re晶体管模型

共发射极固定偏置

判断

判断

判断

分压器偏置

判断

判断

CE发射极偏置

射极跟随器

判断

场效应管(Field-Effect Transistors)

结面型场效应晶体管(JFET)

结构

n-channel与p-channel

JFET传输特性

Shockley's equation

传递曲线

重要关系

JFET

BJT

绝缘栅型场效应管(MOSFET)

类型

n沟道

增强型

耗尽型

P沟道

增强型

耗尽型

特性（n沟道耗尽型）

特征曲线

启动

电路图

耗尽型

增强型

主要参数

直流参数

开启电压VT（增强型参数）

夹断电压VP（耗尽型参数）

饱和漏电流IDSS（耗尽型参数）

直流输入电阻RGS

交流参数

输出电阻rds

低频互导gm

极限参数

分析

对于所有的FETs

对于JFETs与耗尽型MOSFETS

增强型MOSFETS