《模电思维导图》

I. 基础知识

A. 半导体基础

1. 半导体材料

• 硅 (Si)
  • 锗 (Ge)
  • 砷化镓 (GaAs)

2. 本征半导体

• 概念：纯净的半导体材料
  • 载流子：电子和空穴
  • 载流子浓度：受温度影响显著

3. 掺杂半导体

• N型半导体：
  • 掺杂元素：五价元素 (如磷、砷)
  • 多数载流子：电子
  • 少数载流子：空穴
    • P型半导体：
  • 掺杂元素：三价元素 (如硼、镓)
  • 多数载流子：空穴
  • 少数载流子：电子

4. PN结

• 形成：N型和P型半导体结合
  • 耗尽层：无自由载流子的区域
  • 势垒电位：耗尽层形成的电场电压
  • 正向偏置：P端接正电压，N端接负电压
    • 耗尽层变窄，势垒电位降低
    • 导通
  • 反向偏置：P端接负电压，N端接正电压
    • 耗尽层变宽，势垒电位升高
    • 截止

B. 二极管

1. 二极管类型

• 普通二极管
  • 稳压二极管
  • 肖特基二极管
  • 发光二极管 (LED)
  • 变容二极管

2. 二极管特性

• 伏安特性曲线 (I-V曲线)
  • 正向导通电压
  • 反向击穿电压
  • 正向电流
  • 反向饱和电流

3. 二极管应用

• 整流电路：
  • 半波整流
  • 全波整流
  • 桥式整流
    • 开关电路
    • 稳压电路
    • 检波电路

C. 场效应管 (FET)

1. FET类型

• 结型场效应管 (JFET)
  • N沟道 JFET
  • P沟道 JFET
    • 金属-氧化物-半导体场效应管 (MOSFET)
  • 增强型 MOSFET
    • N沟道增强型 MOSFET (NMOS)
    • P沟道增强型 MOSFET (PMOS)
  • 耗尽型 MOSFET
    • N沟道耗尽型 MOSFET (NMOS)
    • P沟道耗尽型 MOSFET (PMOS)

2. MOSFET 特性

• 工作区域：
  • 截止区
  • 线性区 (可变电阻区)
  • 饱和区 (恒流区)
    • 转移特性曲线 (Id-Vgs曲线)
    • 输出特性曲线 (Id-Vds曲线)

3. FET 应用

• 放大电路
  • 开关电路
  • 数字电路 (CMOS)

D. 双极型晶体管 (BJT)

1. BJT类型

• NPN型晶体管
  • PNP型晶体管

2. BJT特性

• 三个区域：
  • 截止区
  • 放大区
  • 饱和区
    • 电流放大系数 (β)
    • 共射、共基、共集三种接法

3. BJT应用

• 放大电路
  • 开关电路

II. 放大电路

A. 单管放大电路

1. 共射极放大电路

• 电压放大倍数高
  • 输入阻抗较低
  • 输出阻抗较高
  • 反相放大

2. 共集电极放大电路 (射极跟随器)

• 电压放大倍数接近1
  • 输入阻抗高
  • 输出阻抗低
  • 同相放大
  • 阻抗匹配

3. 共基极放大电路

• 电压放大倍数较高
  • 输入阻抗低
  • 输出阻抗高
  • 同相放大

4. 静态工作点 (Q点)

• 确定放大电路的工作状态
  • 影响放大电路的性能 (线性度、最大输出幅度)
  • 偏置电路：
    • 固定偏置
    • 分压偏置
    • 集电极反馈偏置

B. 多级放大电路

1. 耦合方式

• 直接耦合
  • 阻容耦合
  • 变压器耦合

2. 差分放大电路

• 共模抑制比 (CMRR)
  • 差模放大倍数
  • 共模放大倍数

C. 负反馈放大电路

1. 反馈类型

• 电压反馈
  • 并联电压反馈 (电流负反馈)
  • 串联电压反馈 (电压负反馈)
    • 电流反馈
  • 并联电流反馈 (电压负反馈)
  • 串联电流反馈 (电流负反馈)

2. 负反馈的影响

• 稳定放大倍数
  • 展宽频带
  • 降低非线性失真
  • 改善输入/输出阻抗

III. 集成运算放大器 (运放)

A. 理想运放模型

• 开环放大倍数无穷大
  • 输入阻抗无穷大
  • 输出阻抗为零
  • 带宽无穷大

B. 运放的线性应用

1. 反相放大器

• 电压放大倍数：-Rf/Rin
  • 输入阻抗：Rin

2. 同相放大器

• 电压放大倍数：1 + Rf/Rin
  • 输入阻抗：无穷大 (理想情况下)

3. 加法器

• 反相加法器
  • 同相加法器

4. 减法器

• 差动放大器

5. 积分器

• 输出电压与输入电压的积分成正比

6. 微分器

• 输出电压与输入电压的微分成正比

C. 运放的非线性应用

1. 比较器

• 过零比较器
  • 滞回比较器 (施密特触发器)

2. 信号发生器

• 正弦波振荡器 (如文氏桥振荡器、RC相移振荡器)
  • 方波振荡器 (如多谐振荡器)

IV. 其它重要电路

A. 滤波器

1. 滤波器类型

• 低通滤波器
  • 高通滤波器
  • 带通滤波器
  • 带阻滤波器 (陷波器)

2. 滤波器设计

• Butterworth滤波器
  • Chebyshev滤波器
  • Bessel滤波器

B. 电源电路

1. 稳压电源

• 线性稳压电源
  • 开关稳压电源

2. 电压变换器

• DC-DC变换器

C. 开关电源

1. 开关电源拓扑结构

• Buck (降压)
  • Boost (升压)
  • Buck-Boost (升降压)

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