模拟电子技术基础_模拟电子技术三极管中uon是

Part 1 元器件基础

知识点一：半导体基础

半导体分为两类：本征半导体和杂质半导体。

本征半导体

本征半导体：化学成分纯净的半导体，它在物理结构上有多晶体和单晶体两种形态，制造半导体器件必须使用单晶体。制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常称为“九个9”。
典型的本征半导体：硅(Si)、锗(Ge)及砷化镓(GaAs)等。
本征激发：当有能量大于禁带宽度的光子照射到半导体表面时,满带中的电子吸收这个能量,跃迁到导带产生一个自由电子和自由空穴,这一过程称为本征激发。
载流子：普通的金属内部载流子为自由电子。半导体内部载流子为自由电子和空穴。
导体导电原理：本征激发产生的自由电子和空穴的复合运动形成了半导体内部的电流。

杂质半导体

实际半导体不能绝对地纯净，此类半导体称为杂质半导体。
在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价(P型)或五价（N型）元素。

N型半导体（N：nagative负的）

N型号半导体：参与导电的主要是自由电子，这种半导体称为电子型半导体，简称N型半导体。

在本征半导体硅（或锗）中掺入微量的5价元素,磷原子就取代了硅晶体中少量的硅原子，占据晶格上的某些位置。磷原子最外层的5个价电子，4个与硅原子形成共价键结构，其余1个价电子只受到磷原子对它微弱的束缚，在室温下获得挣脱束缚而成为自由电子，游离于晶格之间。失去电子的磷原子则成为不能移动的正离子。磷原子由于可以释放1个电子而被称为施主原子，又称施主杂质。
每掺入1个磷原子就可产生1个自由电子，而本征激发产生的空穴的数目不变。自由电子为多数载流子（多子），空穴则为少数载流子（少子）。

P型半导体（P：positive正向的）

P型半导体：参与导电的主要是空穴，这种半导体称为空穴型半导体，简称P型半导体。

在本征半导体硅（或锗）中，若掺入微量的3价元素，如硼，这时硼原子就取代了晶体中的少量硅原子，占据晶格上的某些位置。硼原子的3个价电子分别与其邻近的3个硅原子中的3个价电子组成完整的共价键，而与其相邻的另1个硅原子的共价键中则缺少1个电子，出现了1个空穴。这个空穴被附近硅原子中的价电子来填充后，使3价的硼原子获得了1个电子而变成负离子。同时，邻近共价键上出现1个空穴。由于硼原子起着接受电子的作用，故称为受主原子，又称受主杂质。
在本征半导体中每掺入1个硼原子就可以提供1个空穴，当掺入一定数量的硼原子时，就可以使半导体中空穴的数目远大于本征激发电子的数目，空穴成为多数载流子，而电子则成为少数载流子。

知识点二 PN结及其单向导电性

复合运动形成PN结：
将一块N型半导体和一块P型半导体紧密接触，在扩散运动的影响下，双方的多子就会向对方运动。扩散作用的影响下，无数的空穴和自由电子汇集到交界面上，使得电性相互抵消， 形成了一块既没有空穴也没有自由电子的区域。
而失去多子的P区和N区分别留下带电离子，这些离子不能自由移动。这些带电离子在交界面形成空间电荷区，并且正负离子在空间电荷形成内电场。内电场方向与载流子运动方向相反，阻止了扩散运动。
此外内电场的存在使得P区与N区中的少子发生漂移运动，漂移运动的方向与扩散运动的方向相反。漂移运动的结果是空间电荷区变窄，扩散运动加强。
最终，多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。在P型半导体和N型半导体的结合面两侧留下离子薄层，这个离子薄层形成的空间电荷区称为PN结。PN结的内电场方向由N区指向P区。在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称耗尽层。
PN结的单向导电性：正向导通，反向截至
要想让PN结导通形成电流，必须消除内部电场的阻力，帮助多子的扩散运动。即给它加一个反方向的更大的电场，即P区接外加电源的正极，N区](https://img-blog.csdnimg.cn/03268659429e451f8cdfecc3506c0168.png)
接负极。空间电荷区变窄，电流顺利通过。
而外加反向电压则相当于增强内电场，PN结不能导通。仅有极微弱的电流（少子的漂移），且电流大小与电压值无关，称为反向饱和电流。空间电荷电荷区变宽。
但是如果反向电压过大，会破坏内部的共价键，使得被束缚的电子和空穴被释放，PN结被击穿，变为导体。反向电流急剧增大。

知识点三 PN结的其他特性

PN结伏安特性曲线

PN结击穿特性
齐纳击穿：若杂质半导体参杂浓度比较高时，空间电荷区的电荷密度很大，宽度较窄，只要加不大的反向电压，就能建立起很强的电场，发生齐纳击穿。
雪崩击穿：在掺杂浓度较低的PN结中，给予PN结反向强电压，通过空间电荷区的电子在电场作用下，获得的能量增大。在晶体中运行的电子将不断的与晶体原子发生碰撞，通过这样的碰撞可使束缚在共价键中的价电子碰撞出来，产生自由电子和空穴，连锁反应使得阻挡层中的载流子的数量雪崩式地增加，流过PN结的电流就急剧增大击穿PN结。
热电击穿pn结上施加反向电压时，如没有良好散热条件，将使结的温度上升，反向电流进一步增大，如此反复循环，最后使pn结发生击穿。由于热不稳定性引起的击穿，称为热电击穿
势垒电容 和扩散电容PN结势垒电容主要研究的是多子，是由多子数量的变化引起电容的变化。而扩散电容研究的是少子。

知识点四 二极管与稳压管

二极管

伏安特性曲线

二极管主要参数

死区电压UON：当加二极管上的正向电压较小时，正向电流小，几乎等于零。只有当二极管两端电压超过某一数值Uon时，正向电流才明显增大。将Uon称为死区电压。一般硅二极管的死区电压为0.5V左右，锗二极管的死区电压为0.1V左右。
导通压降：正向电压超过死区电压后，随着电压的升高，正向电流将迅速增大，电流与电压的关系基本上是一条指数曲线。流过二极管的电流有较大的变化，二极管两端的电压却基本保持不变。这个电压称为导通压降将。一般硅二极管的死区电压为0.7V左右，锗二极管的死区电压为0.2V左右。
反向饱和电流IS：当二极管加反向电压，反向电流很小，而且反向电流不再随着反向电压而增大，即达到了饱和，这个电流称为反向饱和电流，用符号Is表示。
反向击穿电压UBR：如果反向电压继续升高，当超过UBR以后，反向电流急剧增大，这种现象称为击穿，UBR称为反向击穿电压。

二极管工作状态判断

二极管工作状态判断

稳压管

稳压管(齐纳二极管)也是一种晶体二极管，它是利用PN结的击穿区具有稳定电压的特性来工作的。

伏安特性

主要参数：

稳定电压Uz：Uz就是PN结的击穿电压,它随工作电流和温度的不同而略有变化。
稳定电流：稳压管工作时的参考电流值。它通常有一定的范围， 即Izmin一Izmax。
动态电阻：它是稳压管两端电压变化与电流变化的比值。

稳压管工作状态判断

稳压管工作状态判断

知识点五 三极管及其特性

三极管，在模电中通常作放大作用，而在数电中则作开关或者逻辑转换。三极管的核心结构是PN结，可以是NPN组合，也可以是PNP组合。



截止区： 当UBE<0.7V时截止，此时IB≈IC=0，C极电阻没有压降，所以UCE达到最大值3V。

放大区： UBE≈0.7V且βIB。

饱和区： UBE≈0.7V且βIB>ICmax，由于C极电流不可能高于3mA，所以IC保持在最大3mA不能再升高，UCE=0。‘
常用的是硅NPN和锗PNP型。

知识点六 场效应管(FET)

分类

1. 绝缘栅型场效应管（MOS管）（metal-oxide semiconductor 金属氧化物半导体），按导电方式：耗尽型与增强型。按绝缘栅类型又分N沟道和P沟道两种；
   

2. 结型场效应管（JFET），均为耗尽型。按沟道类型又分为P沟道和N沟道。
   

场效应管的三个引脚分别表示为:G(栅极)、D(漏极)、S(源极)

MOS管工作原理

以N沟道增强型mos管为例：

这是N沟道MOS管，NPN之间形成了两个相反的二极管。给源极和漏极之间通上电，但载流子无法在两个N型半导体之间流动。

为此我们在P型半导体（S）上覆盖一层氧化物（O）绝缘层，再在绝缘层上覆盖一层金属（M），再从金属板上引出栅极（G）通电，此时金属板就产生了吸引电子的电场。自由电子聚集，空穴原理形成N沟道。

当栅极电压大于门限电压UG后，此时PN结就不存在了，可视为一块N型半导体。MOS管导通， 此时通过控制栅极（G）的电压就能控制MOS管的导通与截至。
但是当源极和漏极之间的电压越来越大，源极与漏极之间的电场越来越强，漏极附近的载流子变得很少，此时发生预夹断。

结型场效应管工作原理

这是一个N沟道结型场效应管，给栅极0 v的时候N沟道导通。

给予栅极足够大的反向电压，形成的耗尽层把沟道完全封闭，阻止自由电子的流动，此时场效应管截至。