模电全书总结 第1篇

采用不同的掺杂工艺，将P型半导体与N型半导体制作在同一块硅片上，在它们的交界面就形成P N结。P N结具有单向导电性。

物质总是从浓度高的地方向浓度低的地方运动，这种由于浓度差而产生的运动称为扩散运动。【即空穴从P向N扩散，电子从N向P扩散】

由于扩散到P区的自由电子与空穴复合，而扩散到N区的空穴与自由电子复合，所以在交界面附近多子的浓度下降，P区出现负离子区，N区出现正离子区，它们是不能移动的，称为空间电荷区，从而形成内电场。随着扩散运动的进行，空间电荷区加宽，内电场增强，其方向由N区指向P区，正好阻止扩散运动的进行。在电场力作用下，载流子的运动称为漂移运动。当空间电荷区形成后，在内电场作用下，少子产生漂移运动，空穴从N区向P区运动，而自由电子从P区向N区运动。在无外电场和其它激发作用下，参与扩散运动的多子数目等于参与漂移运动的少子数目，从而达到动态平衡，形成P N结。

当P区与N区杂质浓度相等时，负离子区与正离子区的宽度也相等，称为对称结;而当两边杂质浓度不同时，浓度高一测的离子区宽度低于浓度低的一测，称为不对称P N结;两种结的外部特性是相同的。【对外等效】

绝大部分空间电荷区内自由电子和空穴部都非常少，在分析P N结特性时常忽略载流子的作用，而只考虑离子区的电荷，这种方法称为“耗尽层近似”，故也称空间电荷区为耗尽层。

如果在P N结的两端外加电压，就将破坏原来的平衡状态。此时，扩散电流不再等于漂移电流，因而P N结将有电流流过。当外加电压极性不同时，P N结表现出截然不同的导电性能，即呈现出单向导电性。

P N结外加正向电压时处于导通状态

当电源的正极(或正极串联电阻后)接到P N结的P端，且电源的负极(或负极串联电阻后)接到P N结的N端时，P N结外加正向电压，也称正向接法或正向偏置。此时外电场将多数载流子推向空间电荷区，使其变窄，削弱了内电场，破坏了原来的平衡，使扩散运动加剧，漂移运动减弱。由于电源的作用，扩散运动将源源不断地进行，从而形成正向电流，P N结导通。【注意：内电场的产生是漂移作用，而漂移作用是少子的运动，所以很微弱，极易打破】

P N结外加反向电压时处于截止状态

当电源的正极(或正极串联电阻后)接到P N结的N端，且电源的负极(或负极串联电阻后)接到P N结的P端时，称P N结外加反向电压，也称反向接法或反向偏置。此时外电场使空间电荷区变宽，加强了内电场，阻止扩散运动的进行，而加剧漂移运动的进行，形成反向电流，也称为漂移电流。因为少子的数目极少，即使所有的少子都参与漂移运动，反向电流也非常小，所以在近似分析中常将它忽略不计，此时我们认为P N结外加反向电压时处于截止状态。

P N结所加端电压u与流过它的电流i的关系为

.常温下，即T=300 K时，UT≈26mVUT≈26mVU_T ≈ 26 m VUT≈26mV

当P N结外加反向电压，∣u∣>>UT时，i≈−IS∣u∣>>UT时，i≈−IS|u| >> U_T 时， i ≈ -I_S∣u∣>>UT时，i≈−IS，称为P N结的伏安特性。其中u>0的部分称为正向特性，u<0的部分称为反向特性。

当反向电压超过一定数值U(BR)后，反向电流急剧增加，称之为反向击穿。击穿按机理分为齐纳击穿和雪崩击穿两种情况。

在高掺杂的情况下，因耗尽层宽度很窄，不大的反向电压就可在耗尽层形成很强的电场，而直接破坏共价键，使价电子脱离共价键束缚，产生电子-空穴对，致使电流急剧增大，这种击穿称为齐纳击穿，可见齐纳击穿电压较低。如果掺杂浓度较低，耗尽层宽度较宽，那么低反向电压下不会产生齐纳击穿。【升温使齐纳击穿电压下降：温度升高导致电子能量增多 ，更容易挣脱共价版键的束缚，只要提高一点外加电压 即可使电子脱离共价键，所以齐纳击穿电压降低】

当反向电压增加到较大数值时，耗尽层的电场使少子加快漂移速度，从而与共价键中的价电子相碰撞，把价电子撞出共价键，产生电子-空穴对。新产生的电子与空穴被电场加速后又撞出其它价电子，载流子雪崩式地倍增，致使电流急剧增加，这种击穿称为雪崩击穿。【升温使雪崩击穿电压上升：温度升高使晶体震动，减少了电子的加速距离，更容易撞到晶体，没有足够的加速，很难撞散共价键】

势垒电容

当P N结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将随之变化，即耗尽层的电荷量随外加电压而增大或减小，这种现象与电容器的充放电过程相同。耗尽层宽窄变化所等效的电容称为势垒电容C。C p 具有非线性，它与结面积、耗尽层宽度、半导体的介电常数及外加电压有关。利用P N结加反向电压时C,随u变化的特性，可制成各种变容二极管。

扩散电容

P N结处于平衡状态时的少子常称为平衡少子。P N 结处于正向偏置时，从P区扩散到N区的空穴和从N区扩散到P区的自由电子均称为非平衡少子。当外加正向电压一定时，靠近耗尽层交界面的地方非平衡少子的浓度高，而远离交界面的地方浓度低，且浓度自高到低逐渐衰减，直到零。形成一定的浓度梯度(即浓度差)，从而形成扩散电流。当外加正向电压增大时，非平衡少子的浓度增大且浓度梯度也增大，从外部看正向电流(即扩散电流)增大。当外加正向电压减小时与上述变化相反。

本文为自己学习模电时的总结和一些课外知识的补充拓展，图片和知识来源于：

希望对自己和大家都有所帮助！

来自： xxxg_龙1993 > 《半导体基础知识》

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模电全书总结 第2篇

我们终于进入了电路结构的部分。现在，新的元件已经不再是我们的分析障碍了。我们见到了放大元件只需要跟随“先直后交，交流替换”的基本分析思路：一、直流电路图下判断管子工作条件。二、在交流模型中直接把放大元件替换掉成等效模型就完全不带一点怕的。

现在，我们的关注点可以分为两点。一是电路的设计，即在一个电路中加上、减去或调整什么样的元件才能让电路满足我们的需求，如更加稳定，抗噪性更强？这是一个电路结构调整问题。二是电路的求算，即假设我们已有了一个电路，该如何计算，如何评价它的性能？它更适合在什么场景什么位置下使用？

第一个问题很难，第二个问题很简单。幸运的是，渴望通过考试的大家伙只需要考虑第二个问题。第一个问题考验的是讲述者的功力：从基本的、面向功能的电路到经过各种优化，增加了各种结构的复杂电路，要以一个什么样的顺序组织语言和逻辑让听众听懂看懂？怎么样不会乱？怎么样做出总结？这些都是很难的问题。

第二个问题是比较机械的，出在考卷里的问题：电路已经完全摆好让你分析，你需要做的一切只是先直后交，交流替换，无论电路结构再怎么复杂只有这一种分析方法，是真正的“见招拆招”的“万金油”。做完电路结构等效后就是很熟悉的的基电分析计算电路的基本性质。如三指标、功率、通频带等。

本节中我们将按照如下思维导图的顺序介绍电路类型和评价指标。这是内容最多也最基础的一节。

单极放大电路

在这一部分中，我们通过共射放大电路来做一个基本的引入。这种电路的输入和输出级共用射极，目的是拿到电压输出，将电流放大性质转化为电压放大性质。学好了单级放大电路，多级放大电路就非常简单，只是涉及到三指标、分压计算等非常简单的内容。因此，打好单级电路的基础是非常重要的。本小节我们的基本学习思路是：

共射BJT电路→图解法研究工作点对放大波形的影响（直+交）→三指标介绍（交流）→优化的BJT电路改造（直流）→差分放大电路→共集、共集放大电路（直+交）及其指标对比（交流）→共源、共漏、共栅FET放大电路（直+交）及其指标特点→放大电路频率响应（交流）→小结

这是我们为了更好地形成知识体系设计的介绍流程。对这些问题进行总结，直流问题有：

交流问题有：

假设大家有认真学第一部分，掌握了各种包括高频的等效模型，画出交流等效电路图已不成问题并且不考虑“第一个关注点”（电路的演变和设计），那么下面就是所有你要新学的东西了：

所以，对于想要通过考试的同学来说，整个放大电路这一小节并不难，拿到电路图，无脑用交流模型替换放大元件，用上一点点基电知识求指标，加上明确新学的概念定义完全可以解决。

BJT放大电路

三极管放大电路有三种：共射、共集、共源。主要内容有三点：介绍图解法、介绍基本分析指标、三种电路的指标性质对比。第三个研究点为以后的多级放大电路打下了基础：我们通过了解它们的性质，考虑不同类型的电路应该放在哪一级。

图解法其实就是把输入和输出回路的基尔霍夫电压定律方程分别画在输入和输出特性曲线图上，观察波形在什么样的直流条件下可能会失真，倘若失真了应该怎么调整元件值。本质上主要还是直流的分析。三指标就是放大倍数（输出电压比输入电压）、输入电阻、输出电阻，就是简单的求一些电压电流关系，这个大概你一年前就得心应手了，加上这些电路结构多了去了，随便改换一个电阻结果都不同，所以为了避免冗杂，这部分我们不做计算讲解，仅在小结中汇总和总结规律。

（一）共射放大电路

实际上，xxx需要用的理论分析方法到此结束，接下来都是对一些现实问题的探讨。比如，（分压式电路）要如何保证BE级之间的电压稳定打通？（E极电阻）如何保证工作点不随温度乱飘？（直接耦合和间接耦合）怎么样比较好地分开直流和交流？下面就慢慢地来一步一步改进这个电路。注意，对于没时间学了的同学，删繁就简，在这些电路里验证和练习你学到的基本分析思路即可。这些电路看起来乱七八糟琳琅满目，但是本质上只是多串并了几个电阻而已，把它们过一遍的目的是混个眼熟，考试看到不要太慌，加上提醒一下自己背结论是没有用的。对于想学的同学可以探究一下里面的思路以及应用条件。比如最后一个工作点稳定电路中直流图里两电阻分压给了B极一个稳定的电压，从而使BE电压差稳定。它实现的前提是从BE极间看进去的电阻很大，大到不影响两电阻的分压。

（二）差分放大电路

从上图中我们可以看到，我们声称差分放大电路相比于最初的电路又增强了抗噪能力和稳定性，又没有电容，便于集成。那么，差分放大电路长什么样呢？事实上，差分放大电路有两个输入口，两个输出口，这造成了它四种输入模式：双入双出、双入单出、单入双出、单入单出。有两种信号：共模信号和差模信号。共模的定义是两个端子输入信号相同，差模的定义是相反（相位差180°）。有两种增强稳定性的保障：（共模信号下）等效出双倍Re和（共模信号输入+双端输出下）完全消除共模信号的影响。由此可见，在分析差分放大器的时候，不仅要分出直流交流，还要在交流中分出共模差模信号。即“一个原电路，三张通路图”。综合考虑差分放大器的思路为：先“一题三图”，在交流通路的两张图种分别考虑共模和差模输入对Re和输出电压两个事情的影响。

除了以上三点区别外，差分放大电路的基本原理和分析方法还是与共射放大电路一致，单独把它拎出来的缘故是它用了两个性质相同的NPN。有些教科书上将其放在离共射放大电路很远的地方，搞得有些同学以为它们是两种电路了，其实不是的，他们都是共射放大电路的原理。

改进的差分放大电路（非重点，以后有时间再说）

（三）共集、共基放大电路

与共射放大电路相比，这两种放大电路的区别在于输入信号和输出信号的公共极不同、输出极不同。这些不同造成这三种电路在三指标上的不同。其实它们内在的分析方法还是与之前相同：“一题两图”。

（注意在交流图下讨论）对于增益，它们的电压增益大小特点可以概括为“交流增益的大小=输出极上电阻乘该级放大倍数/BE极上等效电阻乘对应放大倍数”，其中B级的放大倍数为 \beta ，E极的放大倍数为 1+\beta 。这个概括是比较好的，可以快速处理出电压增益，并且适用范围广，对于FET电路、差分放大电路都适用。对于正负，只有共射放大电路是反相位的。比较来看，共射既能放大电压又能放大电流，共集不能放大电压只能放大电流，共基能放大电压不能放大电流。

对于输入输出电阻，共射输入输出电阻均中等；共集输入电阻最大，输出电阻最小；共基输入电阻小，输出电阻中等。

对于频率响应，共基放大电路频带最宽。这是由于前面在讲BJT高频等效模型的时候讲到过，分别画出 \beta 和 \alpha 在高频下的波特图，得到\alpha的截止频率大于特征频率大于共射截止频率。因此使用\alpha倍放大的共基放大电路频带最宽。

值得注意的是，上面这张图只是这些电路种的一种，你拿到的电路在任何细微处都有可能变化，因此死记公式是没有用的。但是，给出的电压增益大小总结和指标的对比是一直成立的，需要记忆。怎么记忆？多动手，看多了做多了就记住了。包括我自己，之前听课的时候这里听得很快，想了一万种简化记忆的方法还是背完就忘。唯一解决办法是题目看多了，实验做多了，记忆熟练度就自然上来了。

FET放大电路

与BJT放大电路类似，FET放大电路也有三种接法，分别以三个接口做输出点，称为共源、共漏、共栅放大电路（其_栅放大电路使用较少，不讨论）。分析方法也类似，还是老生常谈的“一题两图”，在交流模型中用FET管的等效模型替代FET管。

工作条件上，它们与BJT放大电路不同的点在于FET电路（主要是N沟道JFET）的工作条件和BJT的工作条件是反着来的（在栅极提供负电压），因此在直流电路工作点设置上有所区别。指标性质上，主要优点是它们的输入电阻可以大得多，此外还有更多利于集成化的特点，因此被广泛地应用于集成电路中。

它们的三指标性质对比除了输入电阻都很大之外都符合之前BJT放大电路的结论，可以摆在一起记。

专题指标： 电路的频率响应分析

频率响应实际上就是画三张图：低频一张（不能忽略电路中外加电容）、中频一张（理想化分析）、高频一张（要使用高频等效模型），其它都是信号与系统里的老东西。

为了避免同学们对于波特图的绘制不熟悉，这里插播一个如何根据传递函数绘制波特图的专题，主要是两点。分析算式并不难，易错点在画图上。首先，我们根据标准形式找到零点和极点，明确“零点极点，上加下减”的画图原则。注意两点区别：一是两种零极点 j\omega 和 1+j\frac{\omega}{\omega_{1}} 对应的频率响应波形不同，这个可以通过取值法推出。二是对于同一个传递函数，幅度响应的拐点恰在零/极点处，相位响应的两个拐点一个在倍处一个在10倍处，零/极点是中点。掌握了这些知识，我们就能够画出频率相应图了。

下面就来探讨在一个共射放大电路中的频率响应。分析频率响应的步骤就和我们最开始说的一样分为中频图，低频图和高频图，实际上就是加了不同的电容，在放大倍数上造成一个关于频率的传输函数的效果。在中频图中，我们求出中频放大倍数；在高频图中，BE之间加上了晶体管内部电容，相当于一个低通滤波；在低频图中，耦合电容不可忽略，相当于加高通滤波。最终的放大倍数实际上就是中频放大倍数经过一个高通滤波器和一个低通滤波器。在求出放大倍数后，可能会要求画关于放大倍数的波特图。

功率放大电路

不单纯追求输出高电压或高电流，而是输出尽可能大的功率

由于输出功率很大，因此不能采用仅适用于小信号的交流等效法，而是应该采用图解法

功率放大电路研究三种功放：甲类功放、甲乙类功放和乙类功放。在设置直流工作点上，甲类功放就是把三极管完全打通，Q点置于正中，工作在我们之前讨论了很久的电路条件下。乙类功放就是完全不在BE级间加额外电压，凭借输入的交流信号自己打通BE级。甲乙类功放介于这两者之间，稍微将工作点抬起了一点，免除了交越失真（输入的交流信号在打通BE级时消耗的压降）。在研究功率放大电路的问题时有两点需要注意，第一是一定要非常明确该问题是在直流图还是交流图下，特别是甲类功放中可以免去积分，取最大的交流幅度值时该值正好是直流工作点电压，所以非常容易弄混。如果在交流图下还在思考三极管有没有通的问题就令人啼笑皆非了。第二是要有时分电路的概念。在经典的甲乙类功放和乙类功放中，虽然用了两个三极管，但是这两个三级管分别是在是输入信号为正和输入信号未负时导通的（由于此时三极管未在直流下击穿），所以其实本质上还是一级放大电路，在计算三指标的时候可以直接省去一个三极管不看。对于解题的方法，建议在看到题目后画输出特性曲线，找到Q点，明确交流输出的峰值是多少。

工作条件是第一个重要的知识点，功率、效率的计算是第二个。包括三极管的功率、直流电源的功率，负载上的功率等物理量都是我们需要掌握的。

模电全书总结 第3篇

本模块中介绍了四种类型的元件，它们是：二极管、三极管、JFET和MOSFET。再细分的话，MOS管分为耗尽和增强型；除二极管之外，由于发挥功用的N、P材料不同，以上四种又各自可以分为两种。相信经过一学期的学习，大家对于N型管都会很熟悉，但对P型管有一种天生的恐惧。不要紧，慢慢研究。

在这一部分中，我们将介绍以上各种元件的作用、特性曲线、工作条件以及它们在电路中的等效模型。考虑到人类接受信息的能力有限，xxx暂不介绍各种器件的物理化学成因。考虑到叙述思路的整体性和连贯性，我们将有关于放大电路的设计、结构、分析放在第二部分，第一部分仅需要学会三个简单的问题：这些器件是什么、工作条件是什么、在交流信号下的模型是什么。在介绍元件时，我们的基本思路是：直流工作条件→交流模型介绍。

二极管从理论上讲就是一个PN结。PN结的性质是构成所有新器件的基础：三极管实际上是由BE、CB极之间两个PN结构成的，FET管通过加G极电压挤压PN结。因此，我们只有了解了PN结和二极管，才有可能进一步了解更加复杂的器件。

二极管的伏安特性曲线实际上只有一条，普通二极管和稳压二极管的区别实际上在于我们利用它的正向还是反向性质。利用正向性质我们可以得到普通二极管，利用反向性质可以得到稳压二极管。

三极管是将三块结构（N型或P型）压在一起产生的，其中有两个PN结，引出了三根管脚。在一定的直流电压工作条件下，三极管流入C极的电流是B极的电流的倍数（百倍左右）。实现放大就是利用了这一性质。因为我们一般分析电压，因此可以通过电阻将放大出的电流转成电压输出。如何提供直流工作点、交流信号如何输入三极管、如何转成电压输出是第二部分需要讨论的内容，在这一部分中，我们只关心三极管的性质、工作条件是什么和交流等效的模型。再次强调，我们的分析是先直流，再交流。因为从逻辑上来看，不让元件置于合适的工作条件下，它们就不可能正常进行放大交流信号的工作。这样先直流、再交流分析的表现就是：交流信号是“骑”在直流信号上的。

下一页的NPN型三极管知识点含量极多，因为它是这本书使用最多的元器件没有之一。我们将要介绍的知识点分为三个部分：工作效果、工作特性和工作条件，普通交流等效模型和高频等效模型。其中，前两个是相对最重要的，因为每一道涉及三极管的分析都需要用到，而高频等效模型一般会专门考察。在一般的书里，高频会放在后面频率响应的模块，和BJT分开讲。本篇笔记觉得讲一个同根同源的东西不应该分得太开，否则就会造成学生搞不清楚哪些东西是一起的，还以为是两个知识点。

因此我们把频率响应分为两部分，在元件部分我们只介绍晶体管高频等效模型，不介绍电路的频率响应，只需要掌握如何在高频下把电路替换和这个模型对 \beta 的影响（使 \beta 变成一个与频率有关的量 \dot\beta ）。在电路部分我们再考虑整体电路的频率响应。这样可能会清楚一些。

这里有必要强调一下增益-带宽乘积的概念。（备注：这一段不需要立马看懂）增益-带宽乘积是一个管子出厂时自带的特性，其值约为 \dot\beta=1 即开环增益穿越0dB时的频率 f_{T} 。有两种意义上的增益带宽乘积，第一种研究的是两种不同的放大模式下，不同的开环放大倍数和它们对应的带宽乘积都相等的问题。由公式推导可知，只要使用同一个管子，共射放大和共基放大两种放大模式（使用 \dot\beta 和 \dot\alpha ）的增益乘以带宽是一个定值。第二种研究的是同一放大模式下，开环放大倍数乘以开环带宽、闭环放大倍数乘以闭环带宽相等的问题。只要使用同一个管子，无论加上什么样的负反馈，其通频带上的增益和通频带宽度的乘积总是一个定值。并且，由于是同一放大模式，在波特图中，开环和闭环衰减的滚降系数相同（见反馈电路那节），而第一种不一定相同。把这两种结合起来看，结论就是对于同一个管子，无论如何通频带增益与通频带带宽相同。

场效应管分为两种，JFET和MOSFET。JFET应用了PN结反向截断的性质，MOSFET应用了形成反型层的性质。它们的共同点一是，都通过G极（输入极）上加的电压的效应控制其它两级的电流，而G极自身是和后面的电路绝缘的（输入电阻大，不通电流），因此它们都叫做“场”效应管。二是交流等效模型都是一样的。我们在学习时的重点是它们的直流工作条件以及特性曲线的不同。

为改善电路性能，增大电流放大倍数或者满足功率放大下对于PNP和NPN管的特性要求，可用多只晶体管构成复合管来取代一只晶体管。复合管并不复杂，在粗略的近似计算中可以直接把它们当作一个放大倍数为 \beta^{2} 的管子。

小结很多字密密麻麻的字，我知道同学们不想看，但是它很重要，建议看看。

针对这些元件我们总结如下：

模电全书总结 第4篇

     反映输入信号和反馈信号的叠加方式，其中反馈信号和输入信号一定是相同量纲

     两个电压的叠加方式是串联（相异端子），两个电流的叠加方式是并联（相同端子）

     备注：若反馈量为电压量，与输入电压求差而获得净输入电压，则为串联反馈；若反馈信号为电流量，与输入电流求差获得净输入电流，则为并联反馈

      串联负反馈适用于输入信号为恒压源或近似恒压源的情况；

      并联负反馈适用于输入信号为恒流源或近似恒流源的情况

模电全书总结 第5篇

模拟电路的大半本书实际只研究了一个问题：如何放大信号？为解决这一个问题，它又引入了三（四）种器件。总的来说，前半部分近千页的知识点和公式可以被概括为一句话：

通过三（四）种器件搭建合适的电路，得到没有失真的交流放大信号。

“无失真交流放大信号”蕴含的信息很明确。就是电路的输出信号是交流的，且不能变形或损失，不然就会丢失信号原有的信息，这是一个很直观的要求。然而，这句话里面存在两个新概念。第一，用什么器件？这些器件为什么可以放大信号，又是在什么条件下可以放大信号？它们自己又有什么性质？第二，什么样的电路是“合适的”？这些电路需要具有什么性质？什么样的电路可以实现什么样的功能？

实际上，这两个概念就脉络清晰地构成了我们学习模电的思路和大方向：第一，元件是基础。首先我们需要学习新元件，包括它们的性质、特点、使用条件等。第二，电路结构是重点。我们要掌握分析方法以对不同的电路结构分析，实现不同的输出，学会改善电路的功能和稳定性等。第三，“先直流，后交流，直流交流分开研究”是基本思想。讨论任何一件事，任何一个性质前都要分清是在直流图还是交流图下。即“一个原电路，两张通路图”。

对放大电路的学习是一种了解电路结构的手段。当你足够了解元件性质和电路结构后，模电课程的后面小部分——信号的运算、发生和处理其实就很容易了。这篇总结将分为两大部分。第一部分中我们介绍元件，包括其性质、特性曲线、工作条件。第二部分中我们分析实现不同信号需求的不同电路结构以及它们的性能。

模电全书总结 第6篇

 各量之间的关系：

A：开环放大倍数  F：反馈系数

Af：闭环放大倍数 

AF：环路放大倍数

虚短必须建立在深度负反馈的条件下 

 （a）电压串联负反馈电路

实质：忽略了净输入量

 （b）电流串联负反馈电路

（c）电压并联负反馈电路

（d）电流并联负反馈电路