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1、第8章 分立元件放大电路,8.3 静态工作点的稳定,8.4 共集电极电路,8.5 多级放大电路,8.2 基本放大电路,8.1 半导体器件,8.1 半导体器件,半导体的特性：,(可制成温度敏感元件，如热敏电阻),掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使 其导电能力明显改变。,光敏性：当受到光照时，其导电能力明显变化。 (可制成各种光敏元件，如光敏电阻、 光敏二极管、光敏三极管、光电池等)。,热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强。,1. 本征半导体,完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为本征半导体。,硅和锗的晶体结构,8.1.1 PN结,硅和锗的共价键结构,共价键中的两个电子被紧紧束缚在共
2、价键中，称为束缚电子。,自由电子,空穴,束缚电子,在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子（带负电），同时共价键上留下一个空位，称为空穴（带正电）。,本征半导体的导电机理,这一现象称为本征激发。,本征半导体的导电机理,在其它力的作用下，空穴吸引临近的电子来填补，其结果相当于空穴的迁移。,空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流子。,当半导体外加电压时，在电场的作用下将出现两部分电流： 1）自由电子作定向移动 电子电流 2）价电子递补空穴 空穴电流,本征半导体的导电机理,本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。,温度越高，载流子
3、的浓度越高，本征半导体的导电能力越强。温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。,本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。,2. N型半导体和P型半导体,N 型半导体,掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。 自由电子称为多数载流子（多子）， 空穴称为少数载流子（少子）。,多余电子,磷原子,掺入五价元素,在常温下即可变为自由电子,失去一个电子变为正离子,P 型半导体,掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，空穴浓度远大于自由电子浓度。 空穴称为多数载流子（多子）， 自由电子称为少数载流子（少子）。,硼原子,空穴,掺入三价元素,接受一个电
4、子变为负离子,杂质半导体的示意表示法,无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。,1. 在杂质半导体中多子的数量与 （a. 掺杂浓度、b.温度）有关。,2. 在杂质半导体中少子的数量与 （a. 掺杂浓度、b.温度）有关。,3. 当温度升高时，少子的数量 （a. 减少、b. 不变、c. 增多）。,a,b,c,4. 在外加电压的作用下，P 型半导体中的电流 主要是 ， N 型半导体中的电流主要是 （a. 电子电流、b.空穴电流）,b,a,3. PN结的形成,多子的扩散运动,少子的漂移运动,浓度差,空间电荷区,内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。,扩散的结果使空间电荷区变宽。,扩散
5、和漂移这一对相反的运动最终达到动态平衡，空间电荷区的厚度固定不变。,空间电荷区也称 PN 结,4、 PN结的单相导电性,PN 结变窄,P接正、N接负,U,P,N,IF,内电场被削弱，多子的扩散加强，形成较大的扩散电流。,PN结正向电阻较小，正向电流较大，PN结处于导通状态。,PN 结加反向电压（反向偏置）,U,P,N,内电场被加强，少子的漂移加强，由于少子数量很少，形成很小的反向电流。,IR,PN 结变宽,P接负、N接正,PN结反向电阻较大，反向电流很小，PN结处于截止状态。,温度越高少子的数量越多，反向电流将随温度增加,PN 结的单向导电性,1、PN 结加正向电压（正向偏置，P 接正、N 接
6、负 ）时， PN 结处于正向导通状态，PN 结正向电阻较小，正向电流较大。,2、PN 结加反向电压（反向偏置，P接负、N 接正 ）时， PN 结处于反向截止状态，PN 结反向电阻较大，反向电流很小。,8.1.2 半导体二极管,（a）点接触型,1. 结构 ：按结构可分三类,(b)面接触型,结面积小、结电容小、正向电流小。用于检波和变频等高频电路。,结面积大、正向电流大、结电容大，用于工频大电流整流电路。,(c)平面型 用于集成电路制作工艺中。PN结结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。,8.1.2 半导体二极管,二极管的结构示意图,符号：,阳极,阴极,VD,2. 伏安特性,硅管0.5V, 锗
7、管0.1V。,反向击穿 电压U(BR),导通压降,死区电压,外加电压大于死区电压二极管才能导通。,外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。,正向特性,反向特性,非线性,反向电流 在一定电压 范围内保持 常数。,硅0.60.8V,锗0.20.3V。,3. 主要参数,(1)最大整流电流 IFM,二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。,(2)最高反向工作电压 URM,是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二极管反向击穿电压U(BR)的一半或三分之一。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。,(3)最大反向电流 IRM,指二极管加最高反向工作电压时的反向电流
8、。反向电流大，说明管子的单向导电性差， IRM受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。,二极管的单向导电性,1. 二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负 ）时， 二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正向电流较大。,2. 二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正 ）时， 二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反向电流很小。,3. 外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。,4. 二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。,返回,4. 二极管电路分析举例,分析方法：将二极管断开，分析二极管两
9、端电位 的高低或所加电压UD的正负。,若 V阳 V阴或 UD为正，二极管导通（正向偏置） 若 V阳 V阴或 UD为负，二极管截止（反向偏置）,电路如图，求：UAB,V阳 =6 V V阴 =12 V V阳 V阴 二极管导通 若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB = 6V 否则， UAB低于6V一个管压降，为6.3或6.7V,例1：,取 B 点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。,两个二极管的阴极接在一起 求：UAB 取 B 点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。,V1阳 =6 V，V2阳 =0 V ，V1阴 = V2阴 = 12 V UD1 = 6V，UD2 =12
10、V UD2 UD1 VD2 优先导通， VD1截止。 若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB = 0 V,VD,6V,12V,3k,B,A,VD2,VD1承受反向电压为6 V,流过VD2的电流为,例2:,UAB,+,ui 8V 二极管导通，可看作短路 uo = 8V ui 8V 二极管截止，可看作开路 uo = ui,已知： 二极管是理想的，试画出 uo 波形。,参考点,8V,例3,二极管的用途： 整流、检波、限幅、箝位、开关、元件保护、温度补偿等。,D,8V,R,uo,ui,+,+,5. 稳压二极管,符号,UZ,IZ,IZM, UZ, IZ,伏安特性,稳压管正常工作时加反向电压,使用时要加限
11、流电阻,+ ,稳压管反向击穿后，电流变化很大，但电压变化很小，利用此特性，稳压管在电路中可起稳压作用。,主要参数,(1)稳定电压UZ 稳压管正常工作(反向击穿)时管子两端的电压。,(2)电压温度系数 环境温度每变化1C引起稳压值变化的百分数。,(3)动态电阻,(4)稳定电流IZ 、最大稳定电流 IZM,(5)最大允许耗散功率 PZM = UZ IZM,愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。,光电二极管,反向电流随光照强度的增加而上升。,符号,前一页,后一页,返回,发光二极管,有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的电特性与一般二极管类似，正向电压较一般二极
12、管高，电流为几 几十mA,符号,前一页,后一页,返回,8.1.3 晶体三极管,1. 基本结构,基极,发射极,集电极,NPN型,PNP型,集电区：面积最大,基区：最薄，掺杂浓度最低,发射区：掺 杂浓度最高,发射结,集电结,符号：,NPN型三极管,PNP型三极管,2. 电流放大原理,（1） 三极管放大的外部条件,发射结正偏、集电结反偏,PNP VBVE VCVB,从电位的角度看： NPN 发射结正偏 VBVE,集电结反偏 VCVB,（2）各电极电流关系及电流放大作用,结论,1）三电极电流关系 IE = IB + IC 2） IC IE ， IC IB 3） IC IB,把基极电流的微小变化能够引起
13、集电极电流较大变化的特性称为晶体管的电流放大作用。 实质:用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化。,（3）三极管内部载流子的运动规律,基区空穴向发射区的扩散可忽略。,发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IE。,进入P 区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IBE ，多数扩散到集电结。,从基区扩散来的集电结边缘的电子，在电场力的作用下被拉入到集电区，形成ICE。,集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO。,(3) 三极管内部载流子的运动规律,IC = ICE+ICBO ICE,IB = IBE- ICBO IBE,ICE 与 IBE 之比称为共发射极电流放大倍数,集射极穿
14、透电流, 温度ICEO,(常用公式),若IB =0, 则 IC ICE0,3. 特性曲线,即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据。,为什么要研究特性曲线： 1）直观地分析管子的工作状态 2）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的电路,重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线,实验线路,输入回路,输出回路,发射极是输入、输出回路的公共端,EB,IC,mA,A,UCE,UBE,RB,IB,EC,共发射极电路,（1）输入特性,特点:非线性,死区电压：硅管0.5V，锗管0.2V。,工作压降： 硅UBE 0.60.7V,锗UBE 0
15、.20.3V。,（2）输出特性,IB=0,20A,40A,60A,80A,100A,当UCE 大于一定的数值时，IC只与IB有关，即IC=IB。,此区域满足IC=IB 称为线性区（放大区），具有恒流特性。,UCEUBE,集电结正偏，IBIC，称为饱和区。 深度饱和时硅管UCES0.3V,此区域中IC受UCE的影响较大,此区域中: IB= 0,IC =ICEO, UBE 死区电压，称为截止区。,为可靠截止，常取发射结零偏压或反偏压。,4. 主要参数,前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的公共点，称为共射接法。相应地还有共基、共集接法。,直流电流放大系数：,（1）电流放大系数和 ,交流电流放大系数：,例： UCE=4.7 V时， IB=30A, IC=1.48mA； IB=45 A, IC=2.2mA。,在以后的计算中，一般作近似处理： =,（2）集-基极反向饱和电流 ICBO,（3）集-射极穿透电流 ICEO,（4）集电极最大允许电流ICM,（5）集-射极反向击穿电压 U(BR)CEO,（6）集电极最大允许耗散功耗PCM,ICUCE=PCM,安全工作区,由三个极限参数可画出三极管的安全工作区,晶体管参数
