【正文】 第二章 放大器的基本原理 第一節(jié) 半導(dǎo)體器件 167。 半導(dǎo)體的基本知識(shí) 167。 PN 結(jié)及半導(dǎo)體二極管 167。 半導(dǎo)體三極管 第二節(jié) 基本放大電路 167。 放大電路的組成 167。 放大電路的分析方法 167。 靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定 167。 放大器的主要性能指標(biāo) 167。 多級(jí)阻容耦合放大電路 ㈠ 導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體 導(dǎo)體： 自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為 導(dǎo)體 ，金屬一般都是導(dǎo)體。 絕緣體： 有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為 絕緣體 ，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。 半導(dǎo)體： 另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間，稱為 半導(dǎo)體 ，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。 半導(dǎo)體 的導(dǎo)電機(jī)理不同于其它物質(zhì)，所以它具有不同于其它物質(zhì)的特點(diǎn)。例如： ? 當(dāng)受外界熱和光的作用時(shí)，它的導(dǎo)電能 力明顯變化。 ? 往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會(huì)使 它的導(dǎo)電能力明顯改變。 一、本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) Ge Si 通過(guò)一定的工藝過(guò)程，可以將半導(dǎo)體制成 晶體 。 現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們的最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)。 ㈡ 本征半導(dǎo)體 本征半導(dǎo)體： 完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。 在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點(diǎn)陣，每個(gè)原子都處在正四面體的中心，而四個(gè)其它原子位于四面體的頂點(diǎn)，每個(gè)原子與其相臨的原子之間形成 共價(jià)鍵 ，共用一對(duì)價(jià)電子。 硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)： 硅和鍺的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu) 共價(jià)鍵共 用電子對(duì) +4 +4 +4 +4 +4表示除去價(jià)電子后的原子 共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中，稱為束縛電子 ，常溫下束縛電子很難脫離共價(jià)鍵成為 自由電子 ，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。 形成共價(jià)鍵后，每個(gè)原子的最外層電子是八個(gè)，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。 共價(jià)鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 +4 空穴 束縛電子 自由電子 二、本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理 、自由電子和空穴 +4 +4 +4 +4 在其它力的作用下，空穴吸引附近的電子來(lái)填補(bǔ)，這樣的結(jié)果相當(dāng)于空穴的遷移，而空穴的遷移相當(dāng)于正電荷的移動(dòng)，因此可以認(rèn)為空穴是載流子。 本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即自由電子 和 空穴 。 溫度越高，載流子的濃度越高。因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)，溫度是影響半導(dǎo)體性能的一個(gè)重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一大特點(diǎn)。 本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。 本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成： 1. 自由電子移動(dòng)產(chǎn)生的電流。 2. 空穴移動(dòng)產(chǎn)生的電流。 ㈢ 雜質(zhì)半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加。 P 型半導(dǎo)體： 空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也稱為（空穴半導(dǎo)體）。 N 型半導(dǎo)體： 自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也稱為（電子半導(dǎo)體）。 一、 N 型半導(dǎo)體 +4 +4 +5 +4 多余 電子 磷原子 N 型半導(dǎo)體中的載流子是什么？ ，濃度與施主原子相同。 。 摻雜濃度遠(yuǎn)大于本征半導(dǎo)體中載流子濃度，所以，自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度。自由電子稱為 多數(shù)載流子 （ 多子 ），空穴稱為 少數(shù)載流子 （ 少子 ）。 二、 P 型半導(dǎo)體 在硅或鍺晶體中摻入少量的三價(jià)元素，如硼（或銦），晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，硼原子的最外層有三個(gè)價(jià)電子，與相鄰的 半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)空穴。這個(gè)空穴可能吸引束縛電子來(lái)填補(bǔ)，使得硼原子成為不能移動(dòng)的帶負(fù)電的離子。由于硼原子接受電子，所以稱為受主原子 。 +4 +4 +3 +4 空穴 硼原子 P 型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子 。 三、雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法 － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － P 型半導(dǎo)體 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + N 型半導(dǎo)體 雜質(zhì) 型半導(dǎo)體多子和少子的移動(dòng)都能形成電流。但由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主要是多子 。近似認(rèn)為多子與雜質(zhì)濃度相等。 ㈠ PN 結(jié)的形成 在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造 P 型半導(dǎo)體和 N 型半導(dǎo)體，經(jīng)過(guò)載流子的擴(kuò)散，在它們的交界面處就形成了 PN 結(jié)。 167。 PN結(jié)及半導(dǎo)體二極管 P型半導(dǎo)體 － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － N型半導(dǎo)體 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 內(nèi)電場(chǎng) E 漂移運(yùn)動(dòng) 擴(kuò)散的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬，空間電荷區(qū)越寬。 內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，就使漂移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。 空間電荷區(qū)， 也稱耗盡層。 漂移運(yùn)動(dòng) P型半導(dǎo)體 － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － N型半導(dǎo)體 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 內(nèi)電場(chǎng) E 擴(kuò)散和漂移這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到平衡，相當(dāng)于兩個(gè)區(qū)之間沒(méi)有電荷運(yùn)動(dòng)，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。 － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 空間電荷區(qū) N型區(qū) P型區(qū) 電位 V V0 。 注意 : P區(qū)中的空穴、 N區(qū)中的電子 都是多子 ）向?qū)Ψ竭\(yùn)動(dòng)（ 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) ）。 3. P 區(qū) 中的電子和 N區(qū)中的空穴（ 都是少子 ），數(shù)量有限，因此由它們形成的電流很小。 ㈡ PN結(jié)的單向?qū)щ娦? PN 結(jié) 加上正向電壓 、 正向偏置 的意思都是 ： P 區(qū)加正、 N 區(qū)加負(fù)電壓。 PN 結(jié) 加上反向電壓 、 反向偏置 的意思都是： P區(qū)加負(fù)、 N 區(qū)加正電壓。 － － － － + + + + R E 一、 PN 結(jié)正向偏置 內(nèi)電場(chǎng) 外電場(chǎng) 變薄 P N + _ 內(nèi)電場(chǎng)被削弱，多子的擴(kuò)散加強(qiáng)能夠形成較大的擴(kuò)散電流。 二、 PN 結(jié)反向偏置 － － － － + + + + 內(nèi)電場(chǎng) 外電場(chǎng) 變厚 N P + _ 內(nèi)電場(chǎng)被被加強(qiáng)，多子的擴(kuò)散受抑制。少子漂移加強(qiáng)，但少子數(shù)量有限，只能形成較小的反向電流。 R E ㈢ 半導(dǎo)體二極管 一、基本結(jié)構(gòu) PN 結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。 引線 外殼線 觸絲線 基片 點(diǎn)接觸型 PN結(jié) 面接觸型 P N 二極管的電路符號(hào)： 二、伏安特性 U I 死區(qū)電壓 硅管,鍺管 。 導(dǎo)通壓降 : 硅管 ~,鍺管 ~。 反向擊穿電壓 UBR 三、主要參數(shù) 1. 最大整流電流 IOM 二極管長(zhǎng)期使用時(shí)，允許流過(guò)二極管的最大正向平均電流。 2. 反向擊穿電壓 UBR 二極管反向擊穿時(shí)的電壓值。擊穿時(shí)反向電流劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐模踔吝^(guò)熱而燒壞。手冊(cè)上給出的最高反向工作電壓 UWRM一般是 UBR的一半。 3. 反向電流 IR 指二極管加反向峰值工作電壓時(shí)的反向電流。反向電流大，說(shuō)明管子的單向?qū)щ娦圆睿虼朔聪螂娏髟叫≡胶?。反向電流受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流要比硅管大幾十到幾百倍。 以上均是二極管的直流參數(shù)，二極管的應(yīng)用是主要利用它的單向?qū)щ娦?，主要?yīng)用于整流、限幅、保護(hù)等等。下面介紹兩個(gè)交流參數(shù)。 4. 微變電阻 rD iD uD ID UD Q ?iD ?uD rD 是二極管特性曲線上工作點(diǎn) Q 附近電壓的變化與電流的變化之比： DDD iur???顯然， rD是對(duì) Q附近的微小變化區(qū)域內(nèi)的電阻。 二極管： 死區(qū)電壓 =0 .5V，正向壓降 ?(硅二極管 ) 理想二極管： 死區(qū)電壓 =0 ，正向壓降 =0 RL ui uo ui uo t t 二極管的應(yīng)用舉例： 二極管半波整流 ㈣ 穩(wěn)壓二極管 U I IZ IZmax ?UZ ?IZ 穩(wěn)壓誤差 曲線越陡，電壓越穩(wěn)定。 + UZ 動(dòng)態(tài)電阻： ZZIUZr ???rz越小，穩(wěn)壓性能越好。 （ 4） 穩(wěn)定電流 IZ、 最大、最小穩(wěn)定電流 Izmax、 Izmin。 （ 5）最大允許功耗 m a xZZZM IUP ?穩(wěn)壓二極管的參數(shù) : （ 1） 穩(wěn)定電壓 UZ （ 2） 電壓溫度系數(shù) ?U（ %/℃ ） 穩(wěn)壓值受溫度變化影響的的系數(shù)。 （ 3）動(dòng)態(tài)電阻