第二章放大器的基本原理第一節(jié)晶體二極管第二節(jié)晶體三極管第三節(jié)基本放大電路第四節(jié)射極輸出器第五節(jié)場效應管及其放大電路第一節(jié)晶體二極管一、半導體的導電性二、PN結及其單向導電性三、晶體二極管及其特性*四、特殊二極管*一、半導體的導電性

1.半導體(semiconductor)⑴

半導體的物理特性物質根據其導電性能分為

導體

絕緣體

半導體半導體的導電能力具有獨特的性質。①溫度升高時，純凈的半導體的導電能力顯著增加；

②在純凈半導體材料中加入微量的“雜質”元素，它的電導率就會成千上萬倍地增長；③純凈的半導體受到光照時，導電能力明顯提高。簡化原子結構模型如圖的簡化形式。+4慣性核價電子硅和鍺的簡化原子模型⑵半導體的晶體結構

單晶半導體結構特點共價鍵:由相鄰兩個原子各拿出一個價電子組成價電子對所構成的聯(lián)系。

晶體共價鍵結構平面示意圖+4+4+4+4+4+4+4+4+4共價鍵2.半導體的導電原理⑴本征半導體（IntrinsicSemiconductor）

純凈的、結構完整的單晶半導體，稱為本征半導體。

物質導電能力的大小取決于其中能參與導電的粒子—載流子的多少。在本征半導體中，激發(fā)出一個自由電子，同時便產生一個空穴。電子和空穴總是成對地產生，稱為電子空穴對。

本征激發(fā)（IntrinsicExcitation）

產生本征激發(fā)的條件：加熱、光照及射線照射。

空穴的運動實質上是價電子填補空穴而形成的。BA空穴自由電子晶體共價鍵結構平面示意圖+4+4+4+4+4+4+4+4+4C共價鍵動畫由于空穴帶正電荷，且可以在原子間移動，因此，空穴是一種載流子(carrier)。

半導體中有兩種載流子：自由電子載流子（簡稱電子）和空穴載流子（簡稱空穴），它們均可在電場作用下形成電流。

⑵

雜質半導體本征半導體的電導率很小，而且受溫度和光照等條件影響甚大，不能直接用來制造半導體器件。本征半導體的物理性質：純凈的半導體中摻入微量元素，導電能力顯著提高。摻入的微量元素——“雜質”。摻入了“雜質”的半導體稱為“雜質”半導體。常用的雜質元素三價的硼、鋁、銦、鎵五價的砷、磷、銻通過控制摻入的雜質元素的種類和數量來制成各種各樣的半導體器件。

雜質半導體分為：N型半導體和P型半導體。①

N型半導體(NegativeTypeSemiconductor

)在本征半導體中加入微量的五價元素，可使半導體中自由電子濃度大為增加，形成N型半導體。摻入的五價雜質原子占據晶體中某些硅（或鍺）原子的位置。如圖所示。N型半導體晶體結構示意圖+4

+4

+4

+4

+4

+4

+4

+4

+4

共價鍵

摻入五價原子摻入五價原子占據Si原子位置在室溫下就可以激發(fā)成自由電子

②

P型半導體(PositiveTypeSemiconductor

)在本征半導體中加入微量的三價元素，可使半導體中的空穴濃度大為增加，形成P型半導體。

空位AP型半導體晶體結構示意圖+4+4+4+4+4+3+4+4+4共價鍵空位吸引鄰近原子的價電子填充，從而留下一個空穴。在P型半導體中，空穴數等于負離子數與自由電子數之和，空穴帶正電，負離子和自由電子帶負電，整塊半導體中正負電荷量相等，保持電中性。⑶

載流子的漂移運動和擴散運動

①

漂移運動

有電場力作用時，電子和空穴便產生定向運動，稱為漂移運動。漂移運動產生的電流稱為漂移電流。②

擴散運動

由于濃度差而引起的定向運動稱為擴散運動，載流子擴散運動所形成的電流稱為擴散電流。二、PN結及其單向導電性

PN結(PNJunction

)：是指在P型半導體和N型半導體的交界處形成的空間電荷區(qū)。

PN結是構成多種半導體器件的基礎。

二極管的核心是一個PN結；三極管中包含了兩個PN結。

濃度差引起載流子的擴散。

1.PN結的形成

擴散的結果形成自建電場?？臻g電荷區(qū)也稱作“耗盡區(qū)”

“勢壘區(qū)”

自建電場阻止擴散，加強漂移。

動態(tài)平衡。

擴散=漂移

動畫2.PN結的導電特性

⑴

PN結的單向導電性

①PN結外加正向電壓如圖所示，電源的正極接P區(qū)，負極接N區(qū)，這種接法叫做PN結加正向電壓或正向偏置。PN結外加正向電壓時（P正、N負），空間電荷區(qū)變窄。

不大的正向電壓，產生相當大的正向電流。

外加電壓的微小變化，擴散電流變化較大。

②

PN結外加反向電壓

電源的正極接N區(qū)，負極接P區(qū)，這種接法叫做PN結加反向電壓或反向偏置。

動畫PN結加反向電壓時，空間電荷區(qū)變寬，自建電場增強，多子的擴散電流近似為零。反向電流很小，它由少數載流子形成，與少子濃度成正比。

少子的值與外加電壓無關，因此反向電流的大小與反向電壓大小基本無關，故稱為反向飽和電流。

溫度升高時，少子值迅速增大，所以PN結的反向電流受溫度影響很大。PN結的反向擊穿

加大PN結的反向電壓到某一值時，反向電流突然劇增，這種現(xiàn)象稱為PN結擊穿，發(fā)生擊穿所需的電壓稱為擊穿電壓，如圖所示。

反向擊穿的特點：反向電壓增加很小，反向電流卻急劇增加。UBRU（V）

I（mA）

0

圖

PN結反向擊穿①

雪崩擊穿、齊納擊穿

雪崩擊穿通常發(fā)生在摻雜濃度較低的PN結中。(UBR>6v)齊納擊穿通常發(fā)生在摻雜濃度較高的PN結中。(UBR<6v)雪崩擊穿和齊納擊穿均為電擊穿。②

熱擊穿

熱擊穿則為破壞性擊穿，這時PN結的耗散功率已超過允許值。三、晶體二極管及其特性1.半導體二極管的結構和類型在PN結上加上引線和封裝，就成為一個二極管。按結構分有點接觸型、面接觸型和平面型三大類。

(1)點接觸型二極管

PN結面積小，結電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。(a)點接觸型

二極管的結構示意圖

PN結面積大，用于工頻大電流整流電路。(c)平面型

往往用于集成電路制造中。PN結面積可大可小，用于高頻整流和開關電路中。

(3)平面型二極管

(2)面接觸型二極管(4)二極管的代表符號

(b)面接觸型陽極陰極半導體二極管圖片半導體二極管圖片2.二極管的伏安特性

二極管的伏安特性曲線可用下式表示(a)二極管理論伏安特性CDoBAUBRuDiD（b）2CP10-20的伏安特性曲線iD（mA）uD（V）0

1

2

-100

-200

20

40

60

80

-20

-10

-30

（uA）75℃20℃（c）2AP15的伏安特性曲線iD（mA）uD（V）0

0.4

-40

-80

20

40

80

-0.2

-0.1

-0.3

60

0.8

IS：反向飽和電流UT：溫度的電壓當量在常溫(300K)下，

UT

26mV①

正向特性死區(qū)電壓：硅管

0.5V

鍺管

0.1V線性區(qū)：硅管

0.6V～1V

鍺管

0.2V～0.5V對溫度變化敏感：溫度升高→正向特性曲線左移溫度每升高1℃→正向壓降減小約2mV。

(a)二極管理論伏安特性正向特性CDoBAUBRuDiD②

反向特性反向電流：很小。

硅管

0.1微安

鍺管

幾十個微安受溫度影響大：

溫度每升高10℃→

反向電流增加約1倍。③

反向擊穿特性反向擊穿UBR:幾十伏以上。

(a)二極管理論伏安特性反向擊穿特性CDoBAUBRuDiD反向特性3.二極管的主要參數

最大整流電流IF

最大反向工作電壓UR

反向電流IR

最高工作頻率fM

⑴

理想二極管等效電路uDiD0

DK理想二極管等效電路可以忽略二極管的正向壓降和反向電流，把二極管理想化為一個開關，如圖所示。4.二極管的等效電路及應用

⑵

考慮正向壓降的等效電路近似認為二極管正向導通時有一個固定的管壓降UD（硅管取0.7V，鍺管取0.2V），于是可用一固定電壓源來等效正向導通的二極管。當外加電壓U<UD時，二極管不通，電流為零，相當于開路。uDiD0DUD考慮正向壓降的等效電路KUD圖中畫出了這種近似等效電路。圖(a)是一個二極管組成的限幅電路(ClippingCircuit)。這種電路常用于有選擇地傳輸信號波形的一部分，所傳輸的波形部分處在電路設定的參考電壓以上或以下。DURRuo

u

++––（a）u

電路中u為交流正弦電壓信號。UR為直流參考電壓源。D為普通二極管?，F(xiàn)在用考慮正向壓降的二極管等效電路來分析電路的工作情況。若D為硅管，則正向導通壓降UD=0.7V。從而得到圖

(b)的等效電路。DURRuo

u

++––（a）kURRuo

u

++––（b）UD從圖

(b)的等效電路可見，當u>0且u>UR+UD時，二極管D導通，開關閉合，輸出電壓uO=UR十UD。當u<UR+UD時，二極管D截止，開關斷開，輸出電壓uO=u。kURRuo

u

++––（b）UD畫出uO的波形。電路將輸出電壓限制在UR+UD以下，可以采用理想二極管等效電路來進行分析，那么uO的波形將近似在UR電壓以上削頂。kURRuo

u

++––（b）UDuo

（c）UR+UD1.穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管亦稱齊納二極管(ZenerDiode)，與一般二極管不同之處是它正常工作在PN結的反向擊穿區(qū)。因其具有穩(wěn)定電壓作用，故稱為穩(wěn)壓管（VoltageRegulator）。

四、特殊二極管它的伏安特性與二極管基本相同，只是穩(wěn)壓管正常工作時是利用特性曲線的反向擊穿區(qū)。電流改變而電壓基本不變的特性稱為穩(wěn)壓特性，穩(wěn)壓管就是利用這一特性工作的。

U

I

OUZ

IZ

UZ

IZ

IZM

（b）陰極陽極（a）穩(wěn)壓管的符號和特性曲線如圖所示。穩(wěn)壓管的主要參數：

(1)穩(wěn)定電壓UZ

UZ是穩(wěn)壓管反向擊穿后的穩(wěn)定工作電壓值。同一型號的管子，穩(wěn)定電壓值有一定的分散性。(2)穩(wěn)定電流IZ穩(wěn)定電流IZ是穩(wěn)壓管工作時的參考電流數值，手冊上給出的穩(wěn)定電壓和動態(tài)電阻都是指在這個電流下的值。(3)動態(tài)電阻rZ

rZ是穩(wěn)壓管在穩(wěn)定工作范圍內管子兩端電壓的變化量與相應電流變化量之比即

rZ越小，表示穩(wěn)壓作用越好。一個穩(wěn)壓管rZ的大小與工作電流有關，工作電流越大，rZ越小。(4)額定功耗PZM

PZM是由管子允許溫升限定的最大功率損耗。(5)電壓溫度系數

溫度變化1℃時，穩(wěn)定電壓變化的百分數，定義為電壓溫度系數。它是表示穩(wěn)壓管溫度穩(wěn)定性的參數。電壓溫度系數越小，溫度穩(wěn)定性越好。