【正文】 空穴復合，形成基極電流 IB，由此可見 IBIE。比較圖 117和圖 116可以看到，為了使三極管工作處在放大狀態(tài)，要求發(fā)射結正向偏置、集電結反向偏置，為此在圖 117中，在輸入回路所加基極直流電源 VBB及輸出回路所加集電極直流電源 VCC反向了，相應的直流電流 IB、 IC和 IE也都反向了，這也是 NPN型和PNP型三極管符號中發(fā)射極指示方向不同的含義所在。 ui為交流輸入電壓信號，它接入基極 發(fā)射極回路，稱為輸入回路；放大后的信號在集電極 發(fā)射極回路，稱為輸出回路。 2121 2 // RRRURR RU i ＝、 ????ZUU ??ZUU ??Zo UU ?UUo ?? Zi UR RRU 2 21 ??Zo UU ?io URR RU 21 2??北京郵電大學出版社 半導體三極管及其工作原理 北京郵電大學出版社 ? 發(fā)射區(qū)與基區(qū)間的 PN結稱為發(fā)射結（簡稱 E結），基區(qū)與集電區(qū)間的 PN結稱為集電結（簡稱 C結）。 北京郵電大學出版社 ? 例 13 圖 13是由穩(wěn)壓二極管DZ組成的電路，其穩(wěn)壓值為UZ。 ? (4) 動態(tài)電阻 rD： rD是穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓區(qū)時，端電壓變化量與其電流變化量之比。穩(wěn)壓管在反向擊穿時，在一定的電流范圍內 (或者說在一定的功率損耗范圍內 )，端電壓幾乎不變，表現(xiàn)出穩(wěn)壓特性，因而廣泛用于穩(wěn)壓電源與限幅電路之中。 IS愈小，二極管的單向導電性愈好， IS對溫度非常敏感。為了描述二極管的性能，通常引用以下幾個主要參數(shù) : (1) 最大整流電流 IM： IM是二極管長期運行時允許通過的最大正向平均電流，其值與 PN結面積及外部散熱條件等有關。 北京郵電大學出版社 二極管特性的解析式 ? 理論分析得到二極管的伏安特性表達式為 : 式中 IS為反向飽和電流， q為電子的電量，其值為 1019庫侖； k是為玻耳茲曼常數(shù)，其值為 1023J/K； T為絕對溫度，在常溫（ 20?C）相當于 K＝293?K ? 令 ? 則二極管的伏安特性表達式為： )1( ?? kTquS eIimV26?? qkTU T)1( ?? TUuS eIi北京郵電大學出版社 二極管的等效電阻 ? 直流等效電阻也稱靜態(tài)等效電阻。 ? 在高摻雜濃度的情況下，因勢壘區(qū)寬度很小，反向電壓較大時，破壞了勢壘區(qū)內共價鍵結構，使價電子脫離共價鍵束縛，產生電子 ? 空穴對，致使電流急劇增大，這種擊穿稱為 齊納擊穿 。 北京郵電大學出版社 PN結及其特性 PN結的導電特性 ? PN結外加正向電壓時處于導通狀態(tài) ? PN結外加反向電壓時處于截止狀態(tài) 圖 15 PN結加正向電壓處于導通狀態(tài) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ P區(qū) N區(qū) 勢壘區(qū) V R I ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ P區(qū) N區(qū) 勢壘區(qū) 圖 16 PN結加反向電壓處于截止狀態(tài) V R IS 北京郵電大學出版社 半導體二極管 ? 將 PN結用外殼封裝起來，并加上電極引線就構成了半導體二極管，簡稱二極管。 北京郵電大學出版社 PN結及其特性 PN結的原理 ? 采用不同的摻雜工藝 ， 將 P型半導體與 N型半導體制作在一起 ， 使這兩種雜質半導體在接觸處保持晶格連續(xù) ， 在它們的交界面就形成 PN結 。 ? 由于雜質原子可以供電子，故稱之為 施主原子 。 北京郵電大學出版社 半導體及其特性 N型半導體 ： ? 在本征半導體中摻入少量的五價元素，如磷、砷和鎢，使每一個五價元素取代一個四價元素在晶體中的位置，形成 N型半導體。 ? 半導體在受熱激發(fā)下產生自由電子和空穴對的現(xiàn)象稱為 本征激發(fā) 。 ? 晶體中的共價鍵具有很強的結合力，在常溫下僅有極少數(shù)的價電子受熱激發(fā)得到足夠的能量，掙脫共價鍵的束縛變成為自由電子。與此同時，在共價鍵中留下一個空穴。 ? 在一定溫度下，本征半導體中載流子的濃度是一定的，并且自由電子與空穴的濃度相等。 ? 由于五價元素很容易貢獻出一個電子，稱之為施主雜質 。 北京郵電大學出版社 半導體及其特性 P型半導體： ? 在本征半導體中摻入少量的三價元素，如硼、鋁和銦，使之取代一個四價元素在晶體中的位置，形成 P型半導體 。 北京郵電大學出版社 PN結及其特性 ? 在 PN結中，由于 P區(qū)的空穴濃度遠遠高于 N區(qū)， P區(qū)的空穴越過交界面向 N區(qū)移動；同時 N區(qū)的自由電子濃度也遠遠高于 P區(qū)，N區(qū)的電子越過交界面向P區(qū)移動；在半導體物理中，將這種移動稱作 擴散運動 空穴 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ P區(qū) N區(qū) 負離子 正離子 自由電子 圖 14a PN結載流子擴散運動 北京郵電大學出版社 PN結及其特性 ? 擴散到 P區(qū)的自由電子與空穴復合，而擴散到 N區(qū)的空穴與自由電子復合，在 PN結的交界面附近多子的濃度下降， P區(qū)出現(xiàn)負離子區(qū)， N區(qū)出現(xiàn)正離子區(qū)，它們是不能移動的，人們稱此正負電荷區(qū)域為 勢壘區(qū) 總的電位差稱為 勢壘高度 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ ⊕ P區(qū) N區(qū) 勢壘區(qū) 圖 14b PN結勢壘形成示意圖 圖 14c PN結勢壘分布示意圖 勢壘高度 Ψ x 0 北京郵電大學出版社 PN結及其特性 ? 在勢壘區(qū)兩側半導體中的少數(shù)載流子，由于雜亂無章的運動而進入勢壘區(qū)時，勢壘區(qū)的電場使這些少子作定向運動。由 P區(qū)引出的電極為正極，由 N區(qū)引出的電極為負極 ? 一般來說，有三種方法來定量地分析一個電子器件的特性，即特性曲線圖示法、解析式表示法和參數(shù)表示法 二極管符號 ＋ － 北京郵電大學出版社 半導體二極管 在二極管加有反向電壓，當電壓值較小時，電流極小，其電流值為 反向飽和電流 IS。 ? 另一種擊穿為雪崩擊穿。如圖 19所示，在二極管的兩端加直流電壓 UQ、產生直流電流 IQ，此時直流等效電阻 RD定義為 ? 交流等效電阻表示，在二極管直流工作點確定后，交流小信號作用于二極管所產生的交流電流與交流電壓的關系。在規(guī)定散熱條件下，二極管正向平均電流若超過此值，則將因為 PN結的溫度過高而燒壞。 (4) 最高工作頻率 fM： fM是二極管工作的上限頻率 。 穩(wěn)壓管的伏安特性及符號 北京郵電大學出版社 穩(wěn)壓二極管 穩(wěn)壓管的主要參數(shù) : ? (1) 穩(wěn)定電壓 UZ： UZ是在規(guī)定電流下穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓。 rD愈小，穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓特性愈好。設電路的直流輸入電壓 Ui，試討論輸出 Uo的值。 ? 半導體三極管并不是簡單地將兩個 PN結背靠背地連接起來。由于發(fā)射極是兩個回路的公共端，故稱該電路為共射放大電路。對于交流信號，這兩種電路沒有任何區(qū)別 北京郵電大學出版社 三極管的電流放大原理 ? 電流放大原理 ? 三極管的電流放大表現(xiàn)為小的基極電流變化，引起較大的集電極電流變化。 ? 絕大部分從發(fā)射區(qū)擴散到基區(qū)的電子在電源 VCC的作用下，克服集電結的阻力，越過集電結到達集電區(qū)，形成集電極電流 IC。 北京郵電大學出版社 三極管的工作狀態(tài) ? 1. 放大狀態(tài) ? 在上面一部分中分析了三極管的放大原理。由于發(fā)射結和集電結都是正向偏置，在開始發(fā)射結和集電結上的勢壘都變窄，使發(fā)射區(qū)和集電區(qū)的自由電子同時涌入基區(qū)，但是由于基區(qū)面積很小，且摻雜濃度很低，涌入到基區(qū)的電子中只有極少部分與空穴復合，形成基極電流 IB，絕大部分擴散到基區(qū)的電子堆積在發(fā)射結和集電結附近，使發(fā)射結和集電結上的勢壘加寬，阻止了發(fā)射區(qū)和集電區(qū)的自由電子進一步擴散到基區(qū)，由此可見，此時三極管沒有放大能力。此時稱三極管處于截止狀態(tài)，條件是發(fā)射結零偏置或反偏置、集電結反向偏置。 ? 在放大區(qū)，由于發(fā)射結正向偏置，且集電結反向偏置， IC幾乎僅僅由 IB決定的，而與 UCE無關，表現(xiàn)出 IB對 IC的控制作用， IC=IB，ic=βiB。 ? 在截止區(qū)，發(fā)射結電壓小于開啟電壓，且集電結反向偏置，所以IB=0， IC很小，在近似分析中可以認為三極管截止時的 IC?0。使 ?值明顯減小的 IC即為 ICM。 北京郵電大學出版社 第二章 放大電路分析基礎 ? 共射放大電路分析基礎 ? 放大電路的圖解分析 ? 放大電路的等效電路分析 ? 共集放大電路 ? 共基放大電路 北京郵電大學出版社 共射放大電路分析基礎 放大的概念 ? 在電子學中，放大是利用半導體器件的特性來完成的，例如，在第一章中半導體三極管具有放大特性，即在三極管基極輸入較小的電流（或電壓），在集電極可以獲得較大電流（或電壓）。在近似估算中通常認為 UBEQ為已知量，取三極管發(fā)射結的導通電壓 北京郵電大學出版社 靜態(tài)特性分析 ? 令 ui?0，根據(jù)回路方程，得到靜態(tài)工作點表達式 ? 靜態(tài)工作點在三極管輸出特性曲線中所對應的點如圖所示 ?????????????CCQCCC E QBQCQbB E QBBBQRIVUIIRUVI?北京郵電大學出版社 靜態(tài)特性分析 2. 設置靜態(tài)工作點的必要性 ? 在圖所示電路中，如果基極電源 VBB＝ 0，靜態(tài)時基極直流電流 IBQ＝ 0、集電極直流電流 ICQ＝ 0、 CE極間的管壓降 UCEQ＝ Vcc，三極管處于截止狀態(tài)。 北京郵電大學出版社 兩種基本共射放大電路 1. 直接耦合共射放大電路 該電路的靜態(tài)工作點表達式 ???????????????CCQCCC E QBQCQbB E QbB E QCCBQbB E QBBQRIVUIIRURUVIRUVI?21－或信號源 uS和負載電阻 RL均與放大電路直接相連，故稱之為直接藕合放大電路。 北京郵電大學出版社 直流通路與交流通路 ? 2. 交流通路 ? 交流通路是指放大電路中對交流特性有直接影響的那部分電路，用于研究放大電路的動態(tài)交流特性。直線與曲線的交點就是靜態(tài)工作點 Q，其橫坐標值為 UBEQ，縱坐標值為 IBQ，如圖 210(a)中所示。由式 (2)所確定的直線稱為輸出回路直流負載線，簡稱直流負載線。與直流負載線類似，交流負載線的斜率為－ 1/RC//RL，同時，由于輸入電壓 ui＝ 0時，三極管的集電極電流為 IC=ICQ， CE極間的管壓降為 UCE=UCEQ，所以交流負載線必過 Q點。 北京郵電大學出版社 ? 通過上面的分析得到放大電路在輸入特性近似為線性時的各處的電壓、電流波形，如圖所示。從圖中看出，由于工作點選的過高，當交流輸入電壓較大時，三極管進入了飽和狀態(tài)，從而產生了波形失真，稱這種失真為飽和失真。 根據(jù)電路回路方程，直流負載線滿足直線方程 UCE=VCC－ IC RC，當 IC＝ 0時，UCE=VCC=12V，當 UCE＝ 0時， IC＝VCC/RC=4mA，所以直流負載線及工作點 Q如下圖所示。 北京郵電大學出版社 ? 1. 電壓放大倍數(shù) Au ui＝ iBrbe， uo＝ ?iB RC//RL ? 2. 源電壓放大倍數(shù) AS beLCiourRRuuA //????beLCbebSbebSiioSoSrRRrRRrRuuuuuuA ////// ???????SbebS bebi urRRrRu//