交流放大电路汇编

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1、专题一专题一 半导体器件半导体器件 专题二专题二 交流放大电路交流放大电路 半导体基本概念半导体基本概念 二极管二极管 三极管三极管 6.1.1 半导体二极管 6.1.2 半导体三极管 物质按导电能力的不同可分为物质按导电能力的不同可分为导体、半导体和导体、半导体和 绝缘体绝缘体3 3类。日常生活中接触到的金、银、铜、铝类。日常生活中接触到的金、银、铜、铝 等金属都是良好的导体，而像塑料、云母、陶瓷等等金属都是良好的导体，而像塑料、云母、陶瓷等 几乎不导电的物质称为绝缘体，导电能力介于导体几乎不导电的物质称为绝缘体，导电能力介于导体 和绝缘体之间的物质称为半导体。和绝缘体之间的物质称为半导体。

2、 自然界中属于半导体的物质有很多种类，目前用自然界中属于半导体的物质有很多种类，目前用 来制造半导体器件的材料大多是提纯后的单晶型半来制造半导体器件的材料大多是提纯后的单晶型半 导体，主要有导体，主要有硅硅(Si)(Si)、锗、锗(Ge)(Ge)和砷化镓（和砷化镓（GaAs)GaAs)等。等。 6.1.1 6.1.1 半导体二极管半导体二极管 （1 1）通过掺入杂质可明显地改变半导体的电导率。通过掺入杂质可明显地改变半导体的电导率。例如，室温例如，室温30C30C时时 ，在纯净锗中掺入一亿分之一的杂质（称掺杂），其电导率会增加，在纯净锗中掺入一亿分之一的杂质（称掺杂），其电导率会增加 几百倍。

3、几百倍。 （2 2）温度可明显地改变半导体的电导率。温度可明显地改变半导体的电导率。利用这种热敏效应可制成热利用这种热敏效应可制成热 敏器件，但另一方面，热敏效应使半导体的热稳定性下降。因此，敏器件，但另一方面，热敏效应使半导体的热稳定性下降。因此， 在半导体构成的电路中常采用温度补偿及稳定参数等措施。在半导体构成的电路中常采用温度补偿及稳定参数等措施。 （3 3）光照不仅可改变半导体的电导率，还可以产生电动势，这就是半光照不仅可改变半导体的电导率，还可以产生电动势，这就是半 导体的光电效应。导体的光电效应。利用光电效应可制成光敏电阻、光电晶体管、光利用光电效应可制成光敏电阻、光电晶体管、光

4、电耦合器和光电池等。光电池已在空间技术中得到广泛的应用，为电耦合器和光电池等。光电池已在空间技术中得到广泛的应用，为 人类利用太阳能提供了广阔的前景。人类利用太阳能提供了广阔的前景。 半导体之所以得到广泛的应用，是因半导体之所以得到广泛的应用，是因 为它具有以下特性为它具有以下特性: : 半导体的独特性能半导体的独特性能 1. 1. 半导体基础知识半导体基础知识 （1 1）自然界中不含杂质的半导体，称为）自然界中不含杂质的半导体，称为本征半导体本征半导体 一般情况下，本征半导体中的载流子浓度 很小，其导电能力较弱，且受温度影响很 大，不稳定，因此其用途还是很有限的。 硅和锗 的简化 原子模 型

5、。 这是硅和锗构成的共价键 结构示意图 晶体结构中的共价键 具有很强的结合力，在热 力学零度和没有外界能量 激发时，价电子没有能力 挣脱共价键束缚，这时晶 体中几乎没有自由电子， 因此不能导电 跳转到第一页 当半导体的温度升高或受到光照等外界因素的影响时，某些共价键中 的价电子因热激发而获得足够的能量，因而能脱离共价键的束缚成为自由自由 电子电子，这一现象称为本征激发。同时在原来的共价键中留下一个空位，称 为“空穴空穴” 。 显然，没有外电场作用时，自由电子和空穴 是无规则的，半导体内没有电流；在外电场的作 用下，半导体中将出现两部分电流：一是自由电 子作定向运动形成的电子电流电子电流，一是仍

6、被原子核 束缚的价电子（不是自由电子）递补空穴形成的 空穴电流空穴电流。 共价键中失去电子出现空穴时，相邻原子的 价电子比较容易离开它所在的共价键填补到这个 空穴中来，使该价电子原来所在的共价键中又出 现一个空穴，这个空穴又可被相邻原子的价电子 填补，再出现空穴，如右图所示。 在纯净的硅（或锗）中掺入微量的磷或砷等 五价元素，杂质原子就替代了共价键中某些硅原 子的位置，杂质原子的四个价电子与周围的硅原 子结成共价键，剩下的一个价电子处在共价键之 外，很容易挣脱杂质原子的束缚被激发成自由电 子。同时杂质原子由于失去一个电子而变成带正 电荷的离子，这个正离子固定在晶体结构中，不 能移动，所以它不参

7、与导电。 杂质离子产生的自由电子不是共价键中的价 电子，因此与本征激发不同，它不会产生空穴。 掺入五价元素的杂质半导体，其自由电子的浓度远远大于空穴的浓度，因此称为 电子型电子型半导体，也叫做N N型型半导体。 在N N型型半导体中，自由电子为多数自由电子为多数载流子（简称多子），空穴为少数 空穴为少数载流子（简 称少子）；不能移动的离子带正电离子带正电。 （2 2）杂质半导体）杂质半导体 如果在其中掺入微量的杂质，将使半导体的导电性能发生显著变化，我们把这些掺 入杂质的半导体称为杂质半导体杂质半导体。杂质半导体可以分为N N型型和P P型型两大类。 N N型半导体型半导体 不论是N型半导体还

8、是P型半导体，虽然都 有一种载流子占多数，但晶体中带电粒子的正 、负电荷数相等，仍然呈电中性而不带电。 P P型半导体型半导体 掺入三价元素的杂质半导体，其空穴的浓度远远 大于自由电子的浓度，因此称为空穴型空穴型半导体，也叫 做P P型型半导体。 在硅（或锗）晶体中掺入微量的三价三价元素元素杂质硼（或其他），硼原子在取代原晶体结 构中的原子并构成共价键时，将因缺少一个价电子而形成一个空穴。当相邻共价键上的电 子受到热振动或在其他激发条件下获得能量时，就有可能填补这个空穴，使硼原子得电子 而成为不能移动的负离子；而原来的硅原子共价键则因缺少一个电子，出现一个空穴。于 是半导体中的空穴数目大量增加

9、。空穴成为多数载流子，而自由电子则成为少数载流子。 在N型半导体中，自由电子为多数载流子（简 称多子），空穴为少数载流子（简称少子）； 不能移动的离子带正电。 正负空间电荷在交界面两侧形成一个由N区指向P区的电场，称为内电场，它对多 数载流子的扩散运动起阻挡作用，所以空间电荷区又称为阻挡层。同时，内电场对少 数载流子起推动作用，把少数载流子在内电场作用下有规则的运动称为漂移运动漂移运动。 （3 3）. PN. PN结及单向导电性结及单向导电性 1 1）PNPN结的形成结的形成 图中P区仅画出空穴（多数载流子）和得到 一个电子的三价杂质负离子，N区仅画出自 由电子（多数载流子）和失去一个电子的五

10、 价杂质正离子。根据扩散原理，空穴要从浓 度高的P区向N区扩散，自由电子要从浓度高 的N区向P区扩散，并在交界面发生复合(耗 尽），形成载流子极少的正负空间电荷区如 图中间区域，这就是PNPN结结，又叫耗尽层耗尽层。 PN结产生于P型半导体和N型半导体的结合面上， 它是构成各种半导体器件的基础。 空间电荷区 PN结中的扩散和漂移是相互联系，又是相互矛盾的。在一定条件（例如 温度一定）下，多数载流子的扩散运动逐渐减弱，而少数载流子的漂移运动 则逐渐增强，最后两者达到动态平衡，空间电荷区的宽度基本稳定下来，PN 结就处于相对稳定的状态。 + + + + + + + + + + + + + + +

11、+ + + + + PNPN结的形成演示结的形成演示 根据扩散原理，空穴要从浓度高的P区向N区扩散，自由电子要从浓度 高的N区向P区扩散，并在交界面发生复合(耗尽），形成载流子极少的正负 空间电荷区（如上图所示），也就是PNPN结结，又叫耗尽层耗尽层。 P区 N区 空间电荷区 少子 漂移 扩散与漂移达到动态平衡 形成一定宽度的PN结 多子 扩散 形成空间电荷区 产生内电场 促使促使 阻止阻止 在无外电场或其他因素激发时，在无外电场或其他因素激发时，PNPN结处于平衡状态，结处于平衡状态， 没有电流通过，空间电荷区的宽度一定。没有电流通过，空间电荷区的宽度一定。 由于空间电荷区内，多数载流子或已

12、扩散到对方，或被 对方扩散过来的多数载流子复合掉了，即多数载流子被耗尽 了，所以空间电荷区又称为耗尽层，其电阻率很高，为高阻耗尽层，其电阻率很高，为高阻 区区。扩散作用越强，耗尽层越宽。 2 2） PNPN结的单向导电性结的单向导电性 PN PN结具有单向导电的特性，也是由结具有单向导电的特性，也是由PNPN结构成的半导体器件结构成的半导体器件 的主要工作原理。的主要工作原理。 uuPNPN结外加正向电压（也叫正向偏置）时，如左下图所示：结外加正向电压（也叫正向偏置）时，如左下图所示： uu正向偏置时外加电场与内电场方向相反，内电场被削弱，多子的扩散运动正向偏置时外加电场与内电场方向相反，内电

13、场被削弱，多子的扩散运动 大大超过少子的漂移运动，大大超过少子的漂移运动，N N区的电子不断扩散到区的电子不断扩散到P P区，区，P P区的空穴也不断区的空穴也不断 扩散到扩散到N N区，形成较大的区，形成较大的正向电流正向电流，这时称，这时称PNPN结处于结处于导通导通状态状态。 uuP P端引出极接电源负极，端引出极接电源负极，N N端引出极电源正极的接法称为反向端引出极电源正极的接法称为反向 偏置；偏置； uu反向偏置时内、外电场方向相同，因此内电场增强，致使多反向偏置时内、外电场方向相同，因此内电场增强，致使多 子的扩散难以进行，即子的扩散难以进行，即PNPN结对反向电压呈高阻特性；反

14、偏时结对反向电压呈高阻特性；反偏时 少子的漂移运动虽然被加强，但由于数量极小，反向电流少子的漂移运动虽然被加强，但由于数量极小，反向电流 I I R R 一般情况下可忽略不计，此时称一般情况下可忽略不计，此时称PNPN结处于结处于截止截止状态。状态。 PN PN结的结的“ “正偏导通，反偏阻断正偏导通，反偏阻断” ”称为其单向导称为其单向导 电性质，这正是电性质，这正是PNPN结构成半导体器件的基础。结构成半导体器件的基础。 2. 2. 半导体二极管半导体二极管 （1) 1) 二极管的结构和类型二极管的结构和类型 一个PN结加上相应的电极引线并用管壳封装起来，就构成了半导体二极 管，简称二极管

15、(D)，接在P区引出线称为阳极；在N区引出线称为阴极。 半导体二极管分类： 按其材料不同可分为硅二极和锗二极管； 按其用途不同可分为整流二极管，稳压二极管，光电二极管等； 按其结构不同可分为点接触型点接触型、面接触型和平面型三类面接触型和平面型三类。 点接触型二极管：PN结面积很小，结电容小，用于检波和变频等高频电 路。 面接触型二极管：PN结面积大，用于工频大电流整流电路。 平面型二极管：用于集成电路制造工艺中，PN结面积可大可小，用于高频 整流和开关电路中。 跳转到第一页 跳转到第一页 （2) 2) 二极管的单向导电性二极管的单向导电性 1） 加正向电压导通 二极管正极接电源正极，负极接电

16、源负极，称为给二极管加正向电压 ，也称二极管正偏。此时二极管有正极流向负极的电流流过，称正向 导通，正向电阻很小。 2）加反向电压截止 二极管正极接电源负极，负极接电源正极，成为给二极管加反向电压 ，也称二极管反偏。此时流过二极管的电流几乎为零，称二极管的这 种状态为反向截止，反向电阻很大。 综上所述，二极管正向偏置时导通，反向偏置时截止。二极管正向偏置时导通，反向偏置时截止。 （3 3）. . 二极管的伏安特性二极管的伏安特性 二极管的电路图符号如右图所示：二极管的电路图符号如右图所示： （1 1）正向特性）正向特性 二极管外加正向电压较小时，外 电场不足以克服内电场对多子扩散 的阻力，PN结仍处于截止状态 。 反向电压大于击穿电压时，反向电流急剧增加。 正向电压大于死区电压后，正 向电流 随着正向电压增大迅速上 升。通常死区电压硅管约为0.5V ，锗管约为0.2V。 （2 2）反