模电基础

1 在电子系统中常用的模拟电路及其功能如下：⭐⭐⭐

放大电路：主要功能是将微弱的电信号放大到所需的幅度，以便进行后续的处理和驱动负载。例如，在音频放大器中，将麦克风输出的微弱音频信号放大到可以驱动扬声器的幅度。

滤波电路：用于从复杂的电信号中分离出特定频率范围的信号，或者抑制不需要的频率成分。如低通滤波器可以让低频信号通过，截止高频信号，常用于去除信号中的高频噪声。

振荡电路：能够产生周期性的电信号，通常用于产生时钟信号、载波信号等。例如，在收音机中，振荡电路产生本地振荡信号，与接收的电台信号混频后进行变频处理。

调制解调电路：调制电路将原始信号（如音频、视频等）加载到高频载波信号上，以便通过天线等方式进行传输；解调电路则是在接收端将原始信号从载波信号中还原出来。

电源电路：将交流电转换为稳定的直流电，为电子系统中的各个部分提供合适的电源电压。包括整流、滤波和稳压等环节，确保电源的稳定性和可靠性。

2 半导体材料制作电子器件与传统的真空电子器件相比有什么特点?⭐⭐⭐

半导体材料制作的电子器件与传统真空电子器件相比，具有以下显著特点：

体积与重量

半导体器件（如晶体管、集成电路）为固态结构，体积小、重量轻，适合微型化和便携设备（如手机、计算机）。而真空电子器件（如电子管）依赖玻璃外壳和内部真空环境，体积庞大且笨重

功耗与效率

半导体器件工作电压低（通常 1-5V），功耗低、发热少，能量转换效率高。真空器件需高电压（数十至数百伏）驱动，功耗大，能量利用率较低。

可靠性与寿命

半导体器件无机械运动部件，抗震性强，寿命长（可达数万小时）。真空器件的灯丝、电极易老化，寿命较短（通常数千小时），且抗冲击能力弱。

响应速度

半导体器件开关速度极快（纳秒级），适合高频、高速数字电路（如 CPU）。真空器件响应速度较慢（微秒级），仅在特定高频场景（如雷达）保留优势。

成本与集成度

半导体器件可通过光刻技术大规模集成，成本低廉，适合批量生产。真空器件工艺复杂，成本高，难以实现高密度集成。

应用领域

半导体主导现代电子系统（计算机、通信、消费电子），而真空器件在高功率、耐高温或特殊信号处理场景（如射频功放、电子显微镜）仍有少量应用。

总结：半导体器件凭借小型化、低功耗、高可靠性和高速特性，已成为现代电子技术的核心；真空器件因体积大、功耗高，逐渐被半导体取代，仅在特定领域保留不可替代性。

3 什么是pn结⭐⭐⭐⭐

PN 结是采用不同的掺杂工艺，将 P 型半导体与 N 型半导体紧密接触在一起而形成的界面结构。

在 P 型半导体中，空穴是多数载流子，而在 N 型半导体中，电子是多数载流子。当 P 型和 N 型半导体结合时，由于浓度差，N 区的电子会向 P 区扩散，P 区的空穴会向 N 区扩散，在交界面附近形成一个由不能移动的离子组成的空间电荷区，该区域内形成了内建电场，其方向从 N 区指向 P 区。内建电场会阻止扩散运动的进一步进行，同时又会使少数载流子产生漂移运动，当扩散运动和漂移运动达到动态平衡时，就形成了稳定的 PN 结。PN 结具有单向导电性，是半导体器件如二极管、三极管等的核心结构。

4 什么是N型半导体? 什么是P型半导体? 当两种半导体制作在一起时会产生什么现象?⭐⭐⭐⭐

N 型半导体是在本征半导体中掺入五价杂质元素（如磷、砷等）形成的，杂质原子提供多余的电子，使电子成为多数载流子，空穴为少数载流子。

P 型半导体是在本征半导体中掺入三价杂质元素（如硼、铝等）形成的，杂质原子形成空穴，空穴是多数载流子，电子是少数载流子。

当 N 型和 P 型半导体制作在一起时，会形成 PN 结。由于载流子浓度差，电子和空穴会相互扩散，在交界面处形成空间电荷区和内建电场，从而产生单向导电性等特性。

5 PN结最主要的物理特性是什么? PN结还有那些名称?⭐⭐⭐⭐

PN 结最主要的物理特性是单向导电性。在 PN 结两端加正向电压（P 区接正，N 区接负）时，内建电场减弱，多数载流子能够顺利通过 PN 结，形成较大的正向电流，此时 PN 结处于导通状态；加反向电压（P 区接负，N 区接正）时，内建电场增强，多数载流子的扩散运动受到抑制，只有少数载流子形成很小的反向电流，在理想情况下可认为反向电流为零，PN 结处于截止状态。

PN 结还有一些其他名称，如 “阻挡层”，因为它对多数载流子的扩散有阻挡作用；也被称为 “耗尽层”，这是由于在 PN 结形成过程中，交界面附近的载流子相互扩散，使得该区域内的载流子浓度很低，近似耗尽状态。

6 什么是晶体管、场效应管⭐⭐⭐⭐

晶体管是一种半导体器件，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件之一。它有三个电极，分别是发射极、基极和集电极。通过控制基极电流，可以控制集电极和发射极之间的电流，实现对电信号的放大、开关等功能，广泛应用于各种电子设备中。

场效应管也是一种半导体器件，利用电场效应来控制电流。它有三个电极：源极、栅极和漏极。根据结构不同分为结型场效应管和绝缘栅型场效应管。场效应管具有输入电阻高、噪声低、功耗小等特点，常用于放大电路、阻抗变换电路及各种电子开关电路中。

7 PN结最主要的物理特性是什么？PN结还有那些名称？

PN 结最主要的物理特性是单向导电性。在 PN 结两端加正向电压（P 区接正，N 区接负）时，内建电场减弱，多数载流子能够顺利通过 PN 结，形成较大的正向电流，此时 PN 结处于导通状态；加反向电压（P 区接负，N 区接正）时，内建电场增强，多数载流子的扩散运动受到抑制，只有少数载流子形成很小的反向电流，在理想情况下可认为反向电流为零，PN 结处于截止状态。

PN 结还有一些其他名称，如 “阻挡层”，因为它对多数载流子的扩散有阻挡作用；也被称为 “耗尽层”，这是由于在 PN 结形成过程中，交界面附近的载流子相互扩散，使得该区域内的载流子浓度很低，近似耗尽状态。

8 PN结上所加端电压与电流是线性的吗?它为什么具有单向导电性?⭐⭐⭐⭐

PN 结上所加端电压与电流不是线性的。PN 结具有单向导电性，原因如下：

正向导通：当给 PN 结加正向电压（P 区接正，N 区接负）时，外电场与内建电场方向相反，内建电场被削弱，空间电荷区变窄，多数载流子的扩散运动增强，形成较大的正向电流，PN 结处于导通状态。

反向截止：当加反向电压（P 区接负，N 区接正）时，外电场与内建电场方向相同，内建电场增强，空间电荷区变宽，多数载流子的扩散运动受抑制，只有少数载流子形成很小的反向电流。在理想情况下，可认为反向电流为零，PN 结处于截止状态。

由于 PN 结在正、反向电压下表现出截然不同的导电性能，所以其端电压与电流是非线性关系。

9 在PN结加反向电压时果真没有电流吗?⭐⭐⭐⭐

在 PN 结加反向电压时，并非完全没有电流。

当 PN 结加反向电压时，多数载流子的扩散运动被强烈抑制，但少数载流子会在内建电场和反向电压的作用下形成漂移电流，这个电流一般很小，通常被称为反向饱和电流。此外，当反向电压增加到一定程度时，PN 结可能会发生击穿现象，此时会出现较大的反向电流。不过，在反向电压未达到击穿电压之前，在一般的电路分析中，常常将反向电流近似看作零，以简化分析过程。

10 稳压二极管怎么工作的?⭐⭐⭐

稳压二极管是利用其反向击穿特性来工作的。

当稳压二极管反向接入电路时，在反向电压低于击穿电压时，二极管呈现高电阻，仅有极小的反向漏电流通过。当反向电压达到击穿电压时，二极管进入击穿状态，此时电流会急剧增大，但其两端电压却基本保持稳定。这是因为在击穿状态下，尽管电流变化很大，但稳压二极管的动态电阻很小，所以电压变化极小，从而实现了稳定电压的作用。通过与合适的限流电阻配合，稳压二极管就能为负载提供稳定的电压。

11 能否用两只二极管相互反接来组成三极管? 为什么?⭐⭐⭐

不能用两只二极管相互反接来组成三极管。原因如下：

结构差异：三极管有三个区域，分别是发射区、基区和集电区，且基区很薄。而两只反接的二极管，其结构上没有像三极管那样的特殊设计，无法形成有效的三极管工作机制。

工作原理不同：三极管工作时，发射区向基区注入大量的多数载流子，这些载流子在基区只有少量被复合，大部分能够扩散到集电区而形成集电极电流，通过控制基极电流可以控制集电极电流，从而实现放大等功能。两只反接的二极管不存在这样的载流子传输和控制机制，无法实现三极管的电流控制和放大作用。

12 什么是NMOS、PMOS？什么是增强型、耗尽型？⭐⭐⭐⭐⭐

NMOS 和 PMOS 是两种常见的场效应管类型：

NMOS：即 N 型金属氧化物半导体场效应管，其导电沟道是由 N 型半导体形成的，主要靠电子来导电。

PMOS：即 P 型金属氧化物半导体场效应管，导电沟道由 P 型半导体构成，主要靠空穴来导电。

增强型和耗尽型是场效应管的两种工作模式：

增强型：在零栅压时，没有导电沟道，只有当栅源电压达到一定阈值后，才会形成导电沟道，随着栅源电压的增加，沟道电流增大。

耗尽型：在零栅压时，就已经存在导电沟道，当栅源电压为零时，场效应管就有电流通过，改变栅源电压可使沟道电流减小或增大。

13 如何评价放大电路的性能? 有哪些主要指标?⭐⭐⭐⭐

评价放大电路性能可从多个方面进行，主要指标如下：

电压放大倍数：衡量放大电路对输入信号的放大能力，等于输出电压与输入电压之比。

输入电阻：反映放大电路从信号源获取信号的能力，输入电阻越大，对信号源的影响越小。

输出电阻：表明放大电路带负载的能力，输出电阻越小，带负载能力越强。

通频带：指放大电路能够正常放大信号的频率范围，通频带越宽，能不失真放大的信号频率范围越广。

非线性失真系数：用于衡量放大电路对信号失真的程度，该系数越小，信号失真越小。

最大输出功率与效率：最大输出功率表示放大电路能够输出的最大功率，效率则反映了放大电路将直流电源功率转换为输出信号功率的能力。

14 放大器的输入输出电阻对放大器有什么影响？⭐⭐⭐

放大器的输入输出电阻对放大器性能有着重要影响，具体如下：

输入电阻：输入电阻大，可减少放大器对信号源的负载效应，使放大器从信号源获取的电压信号更接近源电压，有利于提高信号的传输效率和保真度。若输入电阻小，会使信号源负担加重，信号在源内阻上的压降增大，导致输入到放大器的有效信号减小。

输出电阻：输出电阻小，放大器带负载能力强，能为负载提供稳定的输出电压，当负载变化时，输出电压变化较小。输出电阻大，带负载能力弱，负载变化时，输出电压波动大，且在向负载传输功率时，自身会消耗较多功率，降低了功率传输效率。

15 三极管的结构、类型及特点⭐⭐⭐⭐⭐

三极管是一种电流控制型半导体器件，具有以下结构、类型及特点：

结构：三极管由三个区域组成，分别是发射区、基区和集电区，对应引出三个电极，分别为发射极（E）、基极（B）和集电极（C）。发射区和集电区都是重掺杂，基区很薄且轻掺杂。

类型：根据半导体材料的不同，可分为硅三极管和锗三极管；根据结构不同，可分为 NPN 型和 PNP 型三极管。

特点：具有电流放大作用，即基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大的变化，从而实现对电信号的放大。此外，三极管还可作为电子开关使用，通过控制基极电压来控制其导通和截止状态。

16 非线性失真定义，产生原因，影响