第五章放大器基础.ppt

第5章 放大器基础 5.1 半导体二极管及其模型 5.2 半导体三极管及其模型 5.3 放大电路的基本知识 5.4 放大电路的三种基本组态 5.5 工程实用放大电路的构成原理及特点 5.6 场效应管放大电路 5.1 半导体二极管及其模型 电子技术就是应用电子元器件来达到某种特定目的或完成某项特定任务的技术。电子技术研究的对象是电子元器件和由电子元器件构成的各种基本功能电路，以及由某些基本功能电路所组成的有各种用途的装置或系统。放大电路的作用是将微弱的电信号（电压或电流）加以放大，习惯上称为放大器，是构成其他电子电路的基本单元电路，广泛应用于广播、通信、测量和自动控制系统中。 本章首先介绍半导体的基本知识，讨论半导体器件的结构、工作原理及其模型，然后分析由半导体三极管构成的基本放大电路和各种工程实用电路的结构及工作原理，最后介绍场效应管放大电路。 5.1 半导体二极管及其模型 5.1.1 半导体的基本知识 1. 半导体的特点和分类 半导体是指导电能力介于导体和绝缘体之间的物质，常见的如四价元素硅、锗、硒等，在外界温度升高、光照或掺入适量杂质时，它们的导电能力大大增强。因此半导体被用来制成热敏器件、光敏器件和半导体二极管、三极管、场效应管等电子元器件。化学成份纯净的半导体称为本征半导体。在纯净的半导体中掺入适量杂质元素的半导体称为杂质半导体，如果掺入的是三价元素，称为P型半导体，如果掺入的是五价元素，称为N型半导体。P型半导体的空穴为多数载流子（简称多子），自由电子为少数载流子（简称少子），N型半导体的自由电子为多子，空穴为少子。半导体有两种载流子（自由电子和空穴）参与导电。 2. PN结及其单向导电特性 5.1 半导体二极管及其模型 1) PN结的形成 在一块完整的硅片上，用不同的掺杂工艺使其一边形成N型半导体，另一边形成P型半导体，那么在两种半导体交界面附近就形成了PN结。在交界面附近因载流子浓度不同，多数载流子分别向异区扩散，即P区的空穴向Ｎ区扩散，留下负离子；图5-1 PN结的形成 N区的电子向P区扩散，留下正离子。结果在交界面处多数载流子因复合而耗尽形成空间电荷区，也叫耗尽层，或PN结，如图5-1所示。PN结是构成半导体器件的基本单元。 2) PN结的单向导电性 上面所讨论的PN结处于平衡状态，称为平衡PN结。PN结的基本特性只有在外加电压时才显示出来。 ① 外加正向电压 PN结外加正向偏置电压简称正偏。P区接电源正极，N区接电源 5.1 半导体二极管及其模型 负极，外电场削弱了内电场，空间电荷区变窄，扩散运动加强，漂移运动减弱，扩散大于漂移，形成较大的正向电流IF，称为PN结正向导通。 ② 外加反向电压 PN结外加反向偏置电压简称反偏。P区接电源负极，N区接电源正极，外电场加强了内电场，空间电荷区变宽，扩散运动减弱，漂移运动增强，漂移大于扩散。由于漂移运动是由少子形成，数量很少，所以形成的反向电流IR很微弱，几乎可以忽略不计，但IR受温度的影响较大，此时称为PN结反向截止。 综上所述，PN结正偏导通，反偏截止，即为单向导电性。 5.1.2 半导体二极管 1. 半导体二极管的结构、符号及类型 在PN结的P区和N区两侧各引出一根电极，加以封装，便形成 5.1 半导体二极管及其模型 半导体二极管，由P区引出的电极称为阳极或正极，由N区引出的电极称为阴极或负极。因PN结具有单向导电性，所 以二极管具有单向导电性。如图5-2所示为二极管的外形、基本结构示意和符号。 二极管按结构不同，分为点接触型和面接触型。点接触型二极管的PN结面积小，结电容小，一般用于低频大电流整流电路。按材料的不同，二极管分为硅管和锗管两种。按用途不同，二极管有普通管、整流管、变容管、开关管和检波管等类型。 2. 半导体二极管的伏安特性 伏安特性反映了二极管外加电压和流过二极管的关系，伏安特性是二极管的固有属性。图5-3示出了二极管伏安特性关系曲线的一般形状。二极管伏安特性可分为正向特性和反向特性两部分，下面对二极管伏安特性曲线加以说明。 1) 正向特性 5.1 半导体二极管及其模型 由图5-3可见，当正向电压很低时，正向电流几乎为零，这一部分称为死区，相应的A（）点的电压称为死区电压或阈值电压，硅管约为0.5V，锗管约为0.1V，如图5-3中OA（OA’）段。当正向电压超过死区电压时，二极管呈现低电阻值，处于正向导通