【电工学(下)】部分基础概念整理

本征半导体、杂质半导体、载流子、电中性。热敏和光敏。

• 本征半导体：半导体完全纯净，晶格完整。

• 杂志半导体：半导体与微量杂质混合，导电性大大提高。

  虽然载流子占多数，但整个晶体仍然不带电。

  载流子包括自由电子和空穴。

  • N类型(电子半导体):掺磷
    • 多子：自由电子
    • 少子：空穴
  • P类型(空穴半导体):掺硼
    • 多子：空穴
    • 少子：自由电子

(理想)二极管的伏安特性(单向导电性)受温度影响。(死区电压和导通时压降)

• 正向偏置/正向电压N）：电源正极接P，负极接N。此时PN结处于导通状态。

  反向偏置：反向偏置。PN结处于截止状态。

• (理想)二极管伏安特性:单向导电性

  • 当正电压很低时，电流很小，几乎为零。当电压超过一定值时，电流迅速增加。这个值被称为死区电压/打开电压(硅管0.5V，锗管0.1V）。正常压降：硅管0.6-0.8V，锗0.2-0.3V。

    影响死区电压的因素：材料和环境温度

  • 当添加反向电压时，形成小的反向电流。

    反向电流特点：

    ① 随着温度的升高而迅速增加(原因:本征刺激增加，少子数量增加，反向电流增加)；

    ② 当反向电压不超过一定范围时，反向电流基本恒定，与反向电压无关，也称为反向饱和电流。(原因:少子引起反向饱和电流，数量少，稍加反向电压就会全部漂移)

    当反向电压过大时，它被击穿，通常无法恢复。击穿时的电压称为反向击穿电压 $U_{(BR)}$。

• 二极管的作用

  (书中):整流、检波、限幅、元件保护、开关元件(数字电路)等

  (老师给的):单向导通、稳压、整流、发光指示(LED)、续流保护。

• 有多个二极管并联，先判断哪个二极管先导通，就看哪一条回路。有一个先导通后，要注意观察另外的二极管是否也能导通。

  简化并联电路。

稳压二极管的工作特点。

• 和适当数值的电阻配合后可以起稳定电压的作用。

• 反向曲线比较陡。

• 工作在反向击穿区。反向击穿（可逆）之后，电流可以在很大范围内变化，但两端的电压变化很小。

  当反向电流超过允许范围时，就会发生热击穿而损坏。

• 主要参数

  • ${\alpha }_U$(电压温度系数)

    温度稳定性(6V左右）。

    (一般)小于6V：负温度系数。大于6V：正温度系数。

  • r Z r_Z r​（动态电阻）

    $r_Z=\frac{\Delta U_Z}{\Delta I_Z}$

    稳压二极管的反向伏安特性曲线越陡，动态电阻越小。

  • $P_{ZM}=U_Z{I}_{ZM}$（最大允许耗散功率，$U_Z$是稳定后的电压）

    稳压二极管不致发生热击穿的最大功率损耗。

晶体管工作状态的判断（饱和、截止、放大）。

• $I_E=I_C+I_B,I_C,I_E>>I_B$

• 基极要薄的原因：减少电子与基区空穴复合的机会，使大部分自由电子都能扩散到集电结边缘。

  ---

  以NPN型为例：

• 饱和

  Uce

  集电结、发射结都正向偏置。

  Uce约等于0，Ic约等于Ucc/Rc。利用这个和电流放大倍数可以计算晶体管刚饱和时的Ib。

• 截止：对应曲线$I_B=0$以下的区域。

  集电结、发射结都反向偏置。

  通常使$U_{BE}<=0$。

  此时，$I_C$ 约等于0，Uce约等于Ucc。

• 放大：$$\begin{gathered} V_B>V_E, \\ {V}_C>V_B \end{gathered}$$，即$U_{BE}>0,U_{BC}<0$，$U_{CE}>U_{BE}$。

  集电结反向偏置，发射结正向偏置。

  此时，$I_c=\overline{\beta }{I}_B$。

给定放大电路中三极管各极电位，如何判定三个电极分别是什么？三极管是什么类型（PNP/NPN，硅/锗）。

• 根据$V_B,V_E,V_C$之间的关系来判断三个电极。

• 判断NPN/PNP：看电位，如果都是正的，就是NPN；都是负的，就是PNP。

• 判断硅管和锗管：看基极和发射极的电位，差0.6-0.7V→硅管；差0.2-0.3V→锗管。

晶体管特性参数。当温度升高时，集电极电流变大，产生零点漂移。

• 零点漂移见差分放大电路。

放大电路静态工作点的计算。

• 静态分析：确定 Ib, Ic, Ube和Uce。
  • P62-63
  • 图解法：Ic-Uce的关系曲线
• 动态分析：有信号输入。确定Au，ri和ro。
  • 微变等效电路。把三极管转换为一个等效电阻rbe和一个电源$\beta I_B$。

共发射极放大电路的交流输出波形的失真类型，该如何解决？

• 截止失真
  • 原因：静态工作点Q的位置选得太低，（以正弦输入电压为例，在输入电压的负半周时，晶体管进入截止状态。输出电压的正半周被削平）
• 饱和失真
  • 原因：静态工作点Q的位置太高，（在输入电压的正半周，晶体管进入饱和状态，输出电压的负半周被削平）
• 解决方法
  • 选择合适的静态工作点，大致在交流负载线的中点处
  • 输入电压ui不能过大，以免放大电路的工作范围超过特性曲线的线性范围。【小信号放大电路】

共发射极放大电路、共集电极放大电路（射极输出器）的特点。

• 共发射极放大电路

  • 静态工作点稳定

    • 在温度增高引起Ic增大时，发射极电阻Re上的电压降会使Ube减小，从而使$I_B$自动减小，以抑制Ic的增大。

      在一定范围内，Re越大，稳定性能越好。【过大会使发射极电位Ve增高，从而减小输出电压】

  • 当发射极的交流分量$i_e$流过Re时，也会产生电压降，使ube减小从而降低电压放大倍数。

    可用交流旁路电容来解决这个问题。

• 共集电极放大电路（射极输出器）

  • 电压放大倍数接近1
  • 输入电阻高，输出电阻低。

输入电阻、输出电阻的意义。

• 输入电阻（动态）

  放大电路对于信号源来说是一个负载，可用一个电阻来等效代替。即信号源的负载电阻、放大电路的输入电阻$r_i$。

  通常希望放大电路的输入电阻高一些。

  $r_i=\frac{{\dot{U}}_i}{{\dot{I}}_i}$

• 输出电阻（动态）

  放大电路对于负载来说是一个信号源，其内阻即为放大电路的输出电阻$r_o$。

  通常希望放大电路输出极的输出电阻低一些。

  $r_o=\frac{{\dot{U}}_o}{{\dot{I}}_o}$

  计算在P47

共模、差模信号的定义、计算。

• 零点漂移，也称温度漂移

  • 引起的原因：晶体管参数随温度的变化，电源电压的波动，电路元器件参数的变化等。

    温度的影响。

  • 抑制方法：差分放大电路。

• 共模信号

  • 定义：两个输入信号电压的大小相等、极性相同。

• 差模信号

  • 定义：两个输入信号电压的大小相等、极性相反。

• 计算：

  • 单管差模电压放大倍数：$A_{d1}=\frac{u_{O1}}{u_{I1}}=-\frac{\beta i_B{R}_C}{R_B+r_{be}}=A_{d2}$

  • 双端输出电压： u O = u O 1 − u O 2 = A d 1 ( u I 1 − u I 2 ) u_O=u_{O1}-u_{O2}=A_{d1}(u_{I1}-u_{I2}) uO​=uO1​−uO2​=Ad1​(u元器件数据手册、IC替代型号，打造电子元器件IC百科大全！