电路课组(二)模拟电路 Review 1 常用半导体器件

2023-10-15 07:40

本文主要是介绍电路课组(二)模拟电路 Review 1 常用半导体器件,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

1. 重要问题

1.1. 为什么采用半导体材料制作电子器件?

金属中有丰富的自由载流电子,而绝缘体中几乎没有载流子,这二者都不能实现载流子量和方向的有效控制。需要寻找一个中间情况。

1.2. 空穴是一种载流子吗?空穴导电时电子运动吗?

是一种载流子。空穴严格意义上没有物理实体,其存在和运动都是同电子的互补和运动相关联的。

1.3. 什么是N型半导体?什么是P型半导体?当两种半导体制作在一起时会产生什么现象?

N型半导体通常是掺入五价杂质的硅晶体,其中有多余的电子;P型则是掺入三价杂质的硅晶体,电子不足,对应地可以表现为有多余的空穴。
在同一块硅晶上进行两种掺杂,形成两种半导体的结状结构,就能构成所谓的PN结。单独的P型半导体和P型半导体都具有单向导电性,PN结的这种特性更加明显。

1.4. PN结上所加端电压与电流符合欧姆定律吗? 它为什么具有单向导电性?在PN结加反向电压时果真没有电流吗?

不符合。欧姆定律是对线性阻性元件的描述。然而PN结具有鲜明的单向特性。
从载流子的角度看,P端空穴较多,N端电子较多。所以当P端接高电压、N端接低电压时,可以使得两端的载流子都能从元件中穿过,表现为导通。反接时,使得载流子倾向于束缚在PN结的两端。
加反向电压时,仍会因为热运动有少量的漂移电流。同时当反向电压极大时,高能的载流子使得晶格中共价键断裂、价电子飞出,引发链式反应,发生所谓的隧穿,这时有较大的且稳定的电流。

1.5. 晶体管是通过什么方式来控制集电极电流的?场效应管是通过什么方式来控制漏极电流的?为什么它们都可以用于放大?

首先要理解单向导电元件的基本模型:

右部用来保证强压。左部用来提供载流子。由于强压的存在,这个载流子一旦出现就被传导,从而左部作为拖后腿的决速步,实现了单向导电的控制关系。

在BJT中,通过调整B极宽度以调整载流子分配比 β \beta β。当这个宽度极窄时,就可以保证 I c ≫ I b I_c \gg I_b IcIb,实现放大作用。

在FET中,是通过栅极处的载流子沟道来控制的。

1.6. 为什么半导体器件的参数会受温度的影响呢?

2. 解题相关

2.1. BJT和FET的静态工作点求解

静态工作点与3对6个参量。

对于FET来说比较简单,直接使用平方关系的方程:
I D = α ( V G S − V t h ) 2 I_D=\alpha (V_{GS}-V_{th})^2 ID=α(VGSVth)2
注意 I G I_G IG为流经G的电流,不一定要流入FET

对于BJT,约束关系相对复杂一点(如下第2条):

  1. 先解决和信号地相连的参量。
  2. 利用电流成比例关系和 U b e = 0.7 V U_{be}=0.7V Ube=0.7V列方程。

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