第3章 分立元件放大电路课件.pptVIP

第3章 分立元件放大电路 半导体器件是组成各种电子电路的核心。晶体二极管、三极管（包括双极型晶体管和场效应晶体管）是最常用的半导体分立器件，本章在讨论半导体的导电特性和PN结的单向导电性的基础上，分别介绍他们的基本结构、工作原理、特性和参数。 三极管的应用十分广泛，不仅可作为放大器件，也可作为开关元件，是电子设备最基本的器件之一。本章重点介绍由三极管等分立元件组成的几种基本放大电路，从电路结构和工作原理入手，叙述放大电路的分析方法及其应用。最后通过多级放大电路实例的介绍，以加深全章内容的联系。 本章的教学时间建议为不少于6学时。 3.1 晶体二极管 晶体二极管是应用广泛的一种半导体器件，它是由半导体材料构成的。因此，先简要介绍半导体的基本知识。 3.1.1 半导体 半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间。天然的硅和锗等材料经过提炼成为纯净的单晶体后，可制成各种半导体器件。 1. 本征半导体 经过提炼的纯净半导体称为本征半导体。它的导电性能由其原子结构决定。硅和锗的最外层电子都是4个，受原子核束缚力最小，称为价电子。半导体的导电性质与价电子有关。 以硅为例，由于硅的价电子为4个，而外层要有8个电子才是稳定的，所以在单晶硅中，每相邻的两个原子都共用了一对电子，形成共价键结构。图3.1.1是其共价键结构的平面示意图。 本征半导体共价键结构中的电子受到两个原子核的吸引力而被束缚。在室温条件下，由于热激发（也称为本征激发），热运动转化为电子的动能，将有少数价电子获得足够的能量挣脱共价键的束缚成为自由电子，而在原来的位置上留下空位，称它为空穴。失去价电子的原子成为带正电的正离子，它吸引相临原子中的价电子，填补这个空穴，因此可以把空穴看成是带正电的离子。 可见，本征半导体中的自由电子和空穴是成对出现的，即有一个电子就有一个空穴。自由电子和空穴在半导体中都是导电离子，称他们为载流子。 在一定温度下，本征半导体中一方面存在着电子-空穴对的产生的过程，同时存在着电子-空穴对的消失即两者的复合过程。这两个过程不断进行着相反作用，以达到动态平衡。 当半导体两端加上电压后，半导体中有两种运动方向相反的载流子形成的电流：一是自由电子作定向运动形成的；二是被原子核束缚的价电子填补空穴而形成的。半导体中同时存在着自由电子和空穴的导电，是半导体导电方式的最大特点，也是半导体和金属导体在导电机理上的本质差别。 可以证明，本征半导体中载流子的浓度，除与半导体材料本身的性质有关以外，还与温度密切相关，而且随着温度的升高，基本上按指数规律增加。所以，温度对半导体器件的特性有较大影响。这种特性又称为半导体的热敏特性。 2. 杂质半导体 本征半导体的电子-空穴对的数目很少，所以导电能力很弱。如果在本征半导体中掺入微量有用的杂质，就会使掺杂后的半导体（称为杂质半导体）的导电能力显著增强，这是半导体特有的掺杂特性。因所掺入的杂质不同，杂质半导体可分为N型和P型两种。 ① N型半导体 在本征半导体硅（或锗）中掺入少量磷或砷、锑等五价元素，杂质原子取代晶体中某些晶格上的硅（或锗）原子，五价元素的四个价电子与硅原子组成共价键后，多余的一个价电子就不受共价键的束缚，成为自由电子，于是，半导体中自由电子数目大量增加，如图3.1.2（a）所示。 杂质半导体中除了杂质元素释放出来的自由电子外，自身由于本征激发也产生少量的电子-空穴对。显然，在这种半导体中，电子是多数载流子（简称多子），空穴是少数载流子（简称少子）。因此，这种半导体导电时以自由电子为主，称电子型半导体，简称N型半导体。 ②P型半导体 在本征半导体中掺入少量的硼或铝、镓等三价元素，三价元素的三个硼原子和硅原子组成共价键结构时因缺少一个价电子而多出一个空穴，于是半导体中空穴数目大量增加，如图3.1.2（b）所示。 显然，在这种半导体中，空穴是多数载流子（简称多子），电子是少数载流子。因此，这种半导体导电时以空穴载流子为主，称空穴型半导体，简称P型半导体。 杂质半导体又称为双极型（两种极性）半导体。尽管这种半导体中总有一种载流子占多数，但在没有外加电压时，他们对外是不显电性的。 3.1.2 PN结及其单向导电性 杂质半导体增强了半导体的导电能力，但是其意义远非如此。利用特殊的掺杂工艺，在一块半导体晶片的两边分别生成N型和P型半导体时，两者