模拟电路

模拟电路是指用来对模拟信号进行传输、变换、处理、放大、测量和显示等工作的电路。它主要包括放大电路、信号运算和处理电路、振荡电路、调制和解调电路及电源。

何为模拟？

在模拟电路中，电压高低（或电流大小）是模拟了所代表的物理量的变化，例如声音信号，声音被话筒转换成电压时，电压的高低直接反映了音量大小，声音的频率（音调）直接就是电信号的频率，此谓模拟的概念。

半导体基础

1.本征半导体：无杂质的稳定结构，其本身导电能力差（一般为+4价的硅晶体

• 其中不同原子的电子会形成共价键
• 载流子浓度低
• 易受温度影响

2.何为载流子？

• 脱离共价键的电子称为自由电子（negative
• 原先的空缺位称为空穴（positive
• 方便数学处理，将空穴视为一种粒子，因此可与自由电子称为载流子

3.杂质半导体（在本征半导体中掺杂+5价元素和+3价元素

1. N型半导体：多数载流子为自由电子（掺杂5价元素磷，施主原子—>PN结构中为➕
2. P型半导体：多数载流子为空穴（掺杂3价元素硼，受主原子—>PN结构中为➖

4.PN结（单向导电性的原因

• 本质原因（2 stages
  • 扩散运动（多子参与）：参杂的交接面的剧烈浓度差导致，作用后，P区与N区交界面饱和，载流子不再扩散，中间部分称为耗尽层。
    • 高掺杂—>耗尽层宽度变窄
    • 低掺杂—>耗尽层交宽
    • 多子意义为大部分载流子
  • 漂移运动（少子参与）：扩散运动后，耗尽层不是一个电中和的状态，因此会有內电场，从而在內电场的作用下，少子受电场力作用产生的漂移运动
    • P区自由电子飘向N区，N区空穴飘向P区，最终参与扩散运动的多子数等于参与漂移的少子数，达到动态平衡，PN结由此产生。
    • 少子意义为少部分载流子

5.单向导电性（半导体存在意义

• P+正电，N为负电，电场被削弱，PN结导通
  • 正向导通时，因接触电场的存在，将会在结上形成一固定降压，硅PN结降压一般为0.6V左右，为了好算直接按0.7V计算（0.7必定够用~）
  • 正向导通时—>耗尽层变窄—>扩散运动加剧，多子运动浓度高—>扩散电流上升，从而导通
• N加负，P加正（反向电压—>截止
  • 耗尽层变大—>内建电场增强—>利于漂移运动—>扩散现象减弱—>漂移电流减少，从而截止

6.PN结的反向击穿

• 高浓度掺杂—>齐纳击穿
  • 耗尽层窄，从而很小的反向电压就能击穿
• 低浓度掺杂—>雪崩击穿
  • 耗尽层宽，需要较大电流才能击穿（由于载流子是以类似链式反应的速率1撞10，10撞100的效率反向运动，类似雪崩，因此被称为雪崩击穿
• 两种击穿都会产生大量的热，从而损坏元器件

二极管

1. 硅管，导通电压 0.6～0.8v

2. 锗管，导通电压 0.1～0.3v

   ​ 伏安特性曲线

   

3. 整流作用

   • 整流二极管的原理是利用PN结的非线性特性，在正向偏置下允许电流通过，在反向偏置下阻止电流通过。这使得整流二极管可以用于电路中的整流（将交流信号转换为直流信号）和电流保护等应用

     

二极管等效电路

二极管微变等效电路

• 静态工作点：二极管添加直流偏置，此时在伏安特性曲线上所对应的点为静态工作点，此时可将二极管等效为一个动态电阻 公式

稳压二极管

• 硅管反向击穿时，在一定反向电流范围内，可表现出稳压特性
• 要保证在一定功率下工作，超出该功率就会爆炸