【正文】 ?主編 李中發(fā) ?制作 李中發(fā) ?2022年 7月 電工電子技術(shù)基礎(chǔ) 第 7章 基本放大電路 ?半導(dǎo)體器件工作原理 ?共射放大電路組成、工作原理、性能特點(diǎn)及分析方法 ?射極輸出器基本特點(diǎn)，差動(dòng)放大電路及功率放大電路工作原理 ?多級(jí)放大電路概念 ?場(chǎng)效應(yīng)管放大電路組成及分析方法 學(xué)習(xí)要點(diǎn) ? 半導(dǎo)體二極管 ? 半導(dǎo)體三極管 ? 三極管單管放大電路 ? 場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其放大電路 ? 多級(jí)放大電路 ? 差動(dòng)放大電路 ? 互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路 第 7章 基本放大電路 半導(dǎo)體二極管 半導(dǎo)體器件是用半導(dǎo)體材料制成的電子器件。常用的半導(dǎo)體器件有二極管、三極管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管等。半導(dǎo)體器件是構(gòu)成各種電子電路最基本的元件。 PN結(jié) 半導(dǎo)體 ：導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)，如硅 (Si)、 鍺 (Ge)。 硅和鍺是4價(jià)元素，原子的最外層軌道上有 4個(gè)價(jià)電子。 熱激發(fā)產(chǎn)生自由電子和空穴 室溫下，由于熱運(yùn)動(dòng)少數(shù)價(jià)電子掙脫共價(jià)鍵的束縛成為自由電子，同時(shí)在共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位這個(gè)空位稱為 空穴 。失去價(jià)電子的原子成為正離子，就好象空穴帶正電荷一樣。 在電子技術(shù)中，將空穴看成帶正電荷的載流子。 每個(gè)原子周圍有四個(gè)相鄰的原子，原子之間通過(guò) 共價(jià)鍵 緊密結(jié)合在一起。兩個(gè)相鄰原子共用一對(duì)電子。 1．半導(dǎo)體的導(dǎo)電特征 空穴運(yùn)動(dòng) （與自由電子的運(yùn)動(dòng)不同） 有了空穴，鄰近共價(jià)鍵中的價(jià)電子很容易過(guò)來(lái)填補(bǔ)這個(gè)空穴，這樣空穴便轉(zhuǎn)移到鄰近共價(jià)鍵中。新的空穴又會(huì)被鄰近的價(jià)電子填補(bǔ)。帶負(fù)電荷的價(jià)電子依次填補(bǔ)空穴的運(yùn)動(dòng)，從效果上看，相當(dāng)于帶正電荷的空穴作相反方向的運(yùn)動(dòng)。 本征半導(dǎo)體中有兩種載流子：帶負(fù)電荷的自由電子和帶正電荷的空穴 熱激發(fā)產(chǎn)生的自由電子和空穴是成對(duì)出現(xiàn)的，電子和空穴又可能重新結(jié)合而成對(duì)消失，稱為 復(fù)合 。在一定溫度下自由電子和空穴維持一定的濃度。 在純凈半導(dǎo)體中摻入某些微量雜質(zhì)，其導(dǎo)電能力將大大增強(qiáng)。 在純凈半導(dǎo)體硅或鍺中摻入磷、砷等 5價(jià)元素，由于這類元素的原子最外層有 5個(gè)價(jià)電子，故在構(gòu)成的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)中，由于存在多余的價(jià)電子而產(chǎn)生大量自由電子，這種半導(dǎo)體主要靠自由電子導(dǎo)電，稱為電子半導(dǎo)體或 N型半導(dǎo)體，其中自由電子為多數(shù)載流子，熱激發(fā)形成的空穴為少數(shù)載流子。 N型半導(dǎo)體 自由電子 多數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱多子） 空 穴 少數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱少子） P型半導(dǎo)體 在純凈半導(dǎo)體硅或鍺中摻入硼 、 鋁等 3價(jià)元素 ， 由于這類元素的原子最外層只有 3個(gè)價(jià)電子 ， 故在構(gòu)成的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)中 ， 由于缺少價(jià)電子而形成大量空穴 ，這類摻雜后的半導(dǎo)體其導(dǎo)電作用主要靠空穴運(yùn)動(dòng) ，稱為空穴半導(dǎo)體或 P型半導(dǎo)體 ， 其中空穴為多數(shù)載流子 ， 熱激發(fā)形成的自由電子是少數(shù)載流子 。 自由電子 多數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱多子） 空 穴 少數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱少子） P 型半導(dǎo)體N 型半導(dǎo)體＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋無(wú)論是 P型半導(dǎo)體還是 N型半導(dǎo)體都是中性的，對(duì)外不顯電性。 摻入的雜質(zhì)元素的濃度越高，多數(shù)載流子的數(shù)量越多。 少數(shù)載流子是熱激發(fā)而產(chǎn)生的，其數(shù)量的多少?zèng)Q定于溫度。 2． PN結(jié)及其單向?qū)щ娦? PN結(jié)的形成 ?半導(dǎo)體中載流子有擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)兩種運(yùn)動(dòng)方式。載流子在電場(chǎng)作用下的定向運(yùn)動(dòng)稱為 漂移運(yùn)動(dòng) 。在半導(dǎo)體中，如果載流子濃度分布不均勻，因?yàn)闈舛炔?，載流子將會(huì)從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)稱為 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 。 ?將一塊半導(dǎo)體的一側(cè)摻雜成 P型半導(dǎo)體，另一側(cè)摻雜成 N型半導(dǎo)體，在兩種半導(dǎo)體的交界面處將形成一個(gè)特殊的薄層 → PN結(jié) 。 P 區(qū) 空間電荷區(qū) N 區(qū)PN 結(jié)及其內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)方向＋＋＋＋＋＋＋＋＋P 區(qū) N 區(qū)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)＋＋＋＋＋＋＋＋＋ 多子擴(kuò)散 形成空間電荷區(qū)產(chǎn)生內(nèi)電場(chǎng) 少子漂移 促使 阻止 擴(kuò)散與漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡形成一定寬度的 PN結(jié) ?①外加正向電壓（也叫正向偏置） ?外加電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相反，內(nèi)電場(chǎng)削弱，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)大大超過(guò)漂移運(yùn)動(dòng)， N區(qū)電子不斷擴(kuò)散到 P區(qū)， P區(qū)空穴不斷擴(kuò)散到 N區(qū)，形成較大的正向電流，這時(shí)稱 PN結(jié)處于 導(dǎo)通 狀態(tài)。 PN結(jié)的單向?qū)щ娦? 空間電荷區(qū)變窄E R內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)P NIF＋＋＋E R內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)空間電荷區(qū)變寬P NIR＋＋＋＋＋＋＋＋＋?②外加反向電壓（也叫反向偏置） ?外加電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相同，增強(qiáng)了內(nèi)電場(chǎng)，多子擴(kuò)散難以進(jìn)行，少子在電場(chǎng)作用下形成反向電流 IR， 因?yàn)槭巧僮悠七\(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的， IR很小，這時(shí)稱 PN結(jié)處于 截止 狀態(tài)。 半導(dǎo)體二極管 一個(gè) PN結(jié)加上相應(yīng)的電極引線并用管殼封裝起來(lái) ， 就構(gòu)成了半導(dǎo)體二極管 ， 簡(jiǎn)稱二極管 。 半導(dǎo)體二極管按其結(jié)構(gòu)不同可分為點(diǎn)接觸型和面接觸型兩類 。 點(diǎn)接觸型二極管 PN結(jié)面積很小 ， 結(jié)電容很小 ， 多用于高頻檢波及脈沖數(shù)字電路中的開(kāi)關(guān)元件 。 面接觸型二極管 PN結(jié)面積大 ， 結(jié)電容也小 ， 多用在低頻整流電路中 。 陽(yáng)極 陰極1． 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)與符號(hào) 60 40 20 U /V40302010I / m A0正向特性反向特性2． 半導(dǎo)體二極管的伏安特性曲線 （ 1）正向特性 外加正向電壓較小時(shí)，外電場(chǎng)不足以克服內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多子擴(kuò)散的阻力， PN結(jié)仍處于截止?fàn)顟B(tài) 。 正向電壓大于死區(qū)電壓后，正向電流 隨著正向電壓增大迅速上升。通常死區(qū)電壓硅管約為 ， 鍺管約為 。 外加反向電壓時(shí)， PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)，反向電流 很小。 反向電壓大于擊穿電壓時(shí)，反向電流急劇增加。 （ 2）反向特性 3． 半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù) 1）最大整流電流 IF： 指管子長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，允許通過(guò)的最大正向平均電流。 2）反向擊穿電壓 UB： 指管子反向擊穿時(shí)的電壓值。 3）最大反向工作電壓 UDRM： 二極管運(yùn)行時(shí)允許承受的最大反向電壓（約為 UB 的一半）。 4）反向電流 IR： 指管子未擊穿時(shí)的反向電流，其值越小，則管子的單向?qū)щ娦栽胶谩? 5）最高工作頻率 fm： 主要取決于 PN結(jié)結(jié)電容的大小。 理想二極管 ：正向電阻為零，正向?qū)〞r(shí)為短路特性，正向壓降忽略不計(jì)；反向電阻為無(wú)窮大，反向截止時(shí)為開(kāi)路特性，反向漏電流忽略不計(jì)。 穩(wěn)壓管 穩(wěn)壓管是一種用特殊工藝制造的半導(dǎo)體二極管，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓就是反向擊穿電壓。穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用在于：電流增量很大，只引起很小的電壓變化。 陽(yáng)極 陰極穩(wěn)壓管的主要參數(shù)： （ 1） 穩(wěn)定電壓 UZ。 反向擊穿后穩(wěn)定工作的電壓 。 （ 2） 穩(wěn)定電流 IZ。 工作電壓等于穩(wěn)定電壓時(shí)的電流 。 （ 3） 動(dòng)態(tài)電阻 rZ。 穩(wěn)定工作范圍內(nèi) ， 管子兩端電壓的變化量與相應(yīng)電流的變化量之比 。 即： rZ=ΔUZ/ΔIZ （ 4） 額定功率 PZ和最大穩(wěn)定電流 IZM。 額定功率 PZ是在穩(wěn)壓管允許結(jié)溫下的最大功率損耗 。 最大穩(wěn)定電流 IZM是指穩(wěn)壓管允許通過(guò)的最大電流 。 它們之間的關(guān)系是： PZ=UZIZM 第五章 半導(dǎo)體三極管 三極管的結(jié)構(gòu)及類型 半導(dǎo)體三極管是由兩個(gè)背靠背的 PN結(jié)構(gòu)成的。在工作過(guò)程中，兩種載流子（電子和空穴）都參與導(dǎo)電，故又稱為 雙極型晶體管 ，簡(jiǎn)稱晶體管或三極管。 兩個(gè) PN結(jié)，把半導(dǎo)體分成三個(gè)區(qū)域。這三個(gè)區(qū)域的排列，可以是 NPN， 也可以是 PNP。 因此，三極管有兩種類型： NPN型 和 PNP型 。 集電結(jié) B發(fā)射結(jié)NPN集電區(qū)基區(qū)發(fā)射區(qū)CCEEB集電結(jié) B發(fā)射結(jié)PNPCCEEB集電區(qū)基區(qū)發(fā)射區(qū)NPN型 PNP型 箭頭方向表示發(fā)射結(jié)加正向電壓時(shí)的電流方向 電流分配和電流放大作用 （ 1）產(chǎn)生放大作用的條件 內(nèi)部： a） 發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度 集電區(qū) 基區(qū) b） 基區(qū)很薄 外部：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏 NPNICIEIBRBUBBUCCRC（ 2）三極管內(nèi)部載流子的傳輸過(guò)程 a） 發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子，形成發(fā)射極電流 iE b） 電子在基區(qū)中的擴(kuò)散與復(fù)合，形成基極電流 iB c） 集電區(qū)收集擴(kuò)散過(guò)來(lái)的電子，形成集電極電流 iC （ 3）電流分配關(guān)系： iE = iC + iB 實(shí)驗(yàn)表明 IC比 IB大數(shù)十至數(shù)百倍，因而有。 IB雖然很小，但對(duì) IC有控制作用， IC隨 IB的改變而改變，即基極電流較小的變化可以引起集電極電流較大的變化，表明基極電流對(duì)集電極具有小量控制大量的作用，這就是三極管的電流放大作用。 三極管的特性曲線 ICIBRBUBBUCCRCVVμ AmA +UCE －+UBE－ U BE / V40302010IB /mA0UCE≥ 1V測(cè)量三極管特性的實(shí)驗(yàn)電路 三極管的輸入特性曲線1． 輸入特性曲線 與二極管類似 4321IB=003 6 9 12