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电路基础知识
第一部分 模拟电路基础
半导体
导电能力在导体与绝缘体之间的物质叫半导体,半导体的电阻率在101~1013欧姆*mm2/m范围内。
特点:
1 杂敏性:半导体对杂质很敏感。
2 热敏性:半导体对温度很敏感。
3 光敏性:半导体对光照很敏感。
本征半导体:不含杂质,完全纯净的半导体称为本征半导体。
在一定温度下或一定光照下本征半导体的少数价电子获得足够的能量挣脱共价键的束缚而形成带单位负电荷的自由电子,而在原来的共价键上留下相同数量的空穴。所以在半导体中存在两种载流子,自由电子和空穴。
PN结
空穴型(P型)半导体,是在本征半导体中加入微量三价元素,使之出现较多带正电荷的空穴
电子型(N型)半导体,是在本征半导体中加入微量五价元素,使之出现较多带负电荷的电子
PN结,在P型和N型半导体结合面的两侧形成的一个特殊的带电薄层。由于扩散运动,P区的空穴进入N区与电子结合,N区的电子进入P区与空穴结合,于是在临近界面的P区出现带负电的离子层,在临近界面的N区出现带正电的离子层,这样在交界面两侧形成一个带异性电荷的薄层,称为空间电荷区。空间电荷区中的正负离子形成了一个空间电场,称为内电场。
PN结特性
PN结正向偏置即P区电压高于N区电压时,外电场与内电场方向相反,削弱了内电场,空间电荷区变窄,扩散电流加强。PN结对正向偏置呈现较小电阻,PN结变为导通状态。
PN结反向偏置即P区电压对于N区电压时,外电场与内电场方向相同,加强了内电场,空间电荷区变宽,无扩散电流,只有微小的漂移电流。PN结对反向偏置呈现高电阻,PN结变为截止状态。
二极管
在PN结两侧的中性区各引出金属电极就构成了最简单的半导体二极管。半导体二极管也叫晶体二极管,简称二极管。接P型半导体的为正极,接N型半导体的为负极。符号如图:
二极管具有单向导电特性,但当反向电压大到一定数值后二极管的反向电流会突然增加,这叫击穿现象。利用击穿时通过管子的电流变化很大而管子两端的电压几乎不变的特性,可以实现稳压,这就是稳压二极管。
三极管(Transistor)
半导体三极管又称双极型晶体三极管(简称晶体管),由两个相距很近的PN结构成。具有三个电极叫发射极(Emitter)、基极(Base)和集电极。按PN结的组合类型有PNP型和NPN型。
符号:
三极管特性
物理结构特性:
1 发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度,以便于有足够的载流子供发射;
2 集电结的面积比发射结的面积要大,以便于收集载流子;
3 基区和薄,杂质浓度很低,以减少载流子在基区的复合机会。
电路应用特性:
1 放大:发射结正偏,集电结反偏,集电极电流仅受基极电流控制。
2 截止:发射结为零偏和反偏,集电结为反偏,晶体管相当于断开的开关。
3 饱和:发射结和集电结都处于正向偏置,管压降很小,晶体管相当于闭合的开关,如同短路状态。
三极管三种基本放大电路形式
共發射極共集電極
共基極
場效應管(FET, Field-effect transistors)
FET是用電場效應來控制固體材料導電能力的有源器件,所以是一种压控电流型器件,改变其栅源电压就可以改变其漏极电流。
和普通半導體三極管的區別:電壓控制器件,只有一種極性載流子,稱為單極型晶體管,半導體三極管稱為雙極型晶體管。
場效應管分為:結型(JFET)和絕緣柵型(MOSFET)兩種。
结型场效应管分為P沟道和N沟道,以N沟道为例說明结型场效应管的结构:
两个PN结夹着一个N型沟道。三个电极: g:栅极、d:漏极、s:源极
符号:
结型场效应管的基本特性:
輿半導體三極管一樣場效應管的工作也分為四個區
a)可变电阻区(導通區)。
b)恒流区也称饱和区(放大區)。
c)夹断区(截止区)。
d)击穿区。
夹断电压UP——使导电沟道完全合拢(消失)所需要的栅源电压uGS。
绝缘栅型场效应管 ( Metal Oxide Semiconductor FET),简称MOSFET,也叫金屬氧化物半導體场效应管。分为:
增强型 ® N沟道、P沟道
耗尽型 ® N沟道、P沟道
结构 :
4个电极:漏极D,源极S,栅极G和 衬底B。
1.N沟道增强型MOSFET和N沟道耗尽型MOSFET符号:
N沟道增强型MOS管的基本特性:
uGS < UT,管子截止,
uGS >UT,管子导通。
uGS 越大,沟道越宽,在相同的漏源电压uDS作用下,漏极电流ID越大。
开启电压( UT)——刚刚产生沟道所需的
栅源电压UGS。
2.N沟道耗尽型MOSFET特点:
当uGS=0时,就有沟道,加入uDS,就有iD。
当uGS>0时,沟道增宽,iD进一步增加。
当uGS<0时,沟道变窄,iD减小。
夹断电压( UP)——沟道刚刚消失所需的栅源电压uGS。
3.P沟道MOSFET的工作原理与N沟道MOSFET完全相同,只不过导电的载流子不同,供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有NPN型和PNP型一样。
FET放大电路也有三种组态:共源、共漏和共栅。
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