模拟电路-基础知识

基本概念
信息：信息奠基人香农（Shannon）认为“信息是用来消除随机不确定性的东西”，这一定义被人们看作是经典性定义并加以引用。控制论创始人维纳（Norbert Wiener）认为“信息是人们在适应外部世界，并使这种适应反作用于外部世界的过程中，同外部世界进行互相交换的内容和名称”，它也被作为经典性定义加以引用。

消息：消息是信息的形式和载体。

信号：消息需要借助某些物理量（如声、光、电）的变化来表示和传递，信号是反映消息的物理量，是消息的表现形式。

电信号：电信号是指随时间而变化的电压或电流，因此数学上可将它表示为时间的函数，即或。并可画出波形。电子电路中的信号均为电信号，以下简称信号。

模拟信号：在时间和数值上均具有连续性，即对应于任意时间均有确定的函数值或，并且或的幅值是连续取值的。

数字信号：在时间和数值上均具有离散性，或的变化在时间上不连续。

模-数转换A/D（Analog to Digtal）：将模拟信号转为数字信号。

数-模转换D/A（Digtal to Analog ）：将数字信号转为模拟信号。

本征半导体
本征半导体：纯净的具有晶体结构的半导体。

晶格：晶体中的原子在空间形成的排列整齐的点阵。

共价键：相邻的两原子的一对最外层电子（即价电子）不但围绕自身所属的原子核运动，而且出现在相邻原子所属的轨道上，成为共用电子，这样的组合称为共价键结构。

空穴：价电子由于热运动获得足够的能量，从而挣脱共价键的束缚变成自由电子。与此同时，在共价键中留下一个空位置，称为空穴。

载流子：运载电荷的粒子称为载流子。导体导电只有一种载流子即自由电子导电。而本征半导体有两种载流子，及自由电子和空穴均参与导电。

本征激发：半导体在热激发下产生自由电子和空穴的现象。

复合：自由电子在运动的过程中如果与空穴相遇就会填补空穴，使两者同时消失，这种现象称为复合。

本征半导体载流子浓度：，和分别表示自由电子和空穴的浓度（）,为热力学温度,为玻尔兹曼常数,为热力学零度时破话共价键所需要的能量，又称禁带宽度（硅为,锗为）,是与半导体材料载流子的有效质量、有效能级密度有关的常数（硅为,锗为）。

杂质半导体
杂质半导体：通过扩散工艺，在本征半导体中掺入少量合适的杂质元素，便可得到杂质半导体。

N型半导体：在纯净的硅晶体中掺入五价元素（如磷），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N型半导体。N型半导体中，自由电子的浓度大于空穴的浓度，固称自由电子为多数载流子，空穴为少数载流子；前者简称为多子，后者为少子，由于杂质原子可以提供电子，故称为施主原子。

P型半导体：在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了P型半导体。P型半导体中空穴为多子，自由电子为少子，因杂质原子中的空位吸收电子，故称为受主原子。

PN结
PN结：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PN结。PN结具有单项导电性。

PN结的形成：

将下图a的P型半导体和N型半导体采用一定的工艺措施紧密地结合在一起，由于N区电子浓度远大于P区，P区的空穴浓度远大于N区，因此N区的电子要穿过交界面向P区扩散，P区的空穴也要穿过交界面向N区扩散。扩散的结果，在交界面形成一个薄层区，在这薄层区内，N区的电子已跑到P区，N区留下了带正电的离子，形成N区带正电；P区的空穴已被电子填充，P区留下了带负电的原子，形成P区带负电。这薄层称为空间电荷区，如下图b所示。

这薄层的两边类似已充电的电容器，形成由N→P的内电场。空间电荷区内基本上已没有载流子，故又称为耗尽层，或称PN结。它具有很高的电阻率。显然这个内电场形成后将阻碍多数载流子的扩散运动；同时，内电场又使P区少数载流子电子向N运动；使N区少数载流子空穴向P区运动。这种少数载流子在内电场作用下的运动称为漂移运动。

扩散运动和漂移运动是同时存在的一对矛盾，开始形成空间电荷区时，多数载流子的扩散是矛盾的主导，随着扩散运动的进行，空间电荷区即PN结不断增宽，内电场增强，此时扩散运动减弱，而漂移运动越来越强，在一定温度时，最终扩散、漂移运动达到动平衡，PN结处于相对稳定状态，PN结之间再没有定向电流。
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