放大器的基本原理.ppt

第二章 放大器的基本原理 医学信号往往很微弱，需通过不失真地放大后，才能进行测量、显示和记录。 本章介绍放大电路中的元器件，如PN结，晶体二极管、稳压管、晶体三极管的基本原理、主要参数，然后介绍用图解法和微变等效电路法分析交流小信号电压放大器原理及简单的参数计算，最后简要介绍场效应管的基本原理及其放大电路。 主要内容 第一节 晶体二极管 第二节 晶体三极管 第三节 基本放大电路 第四节 放大器的主要性能指标 第五节 多级放大器 第六节 场效应管放大器 第一节 晶体二极管 一. 半导体的导电特性 半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间，如硅、锗、砷化物和硫化物等材料。分为本征半导体和杂质半导体。 1. 本征半导体 纯净的半导体（semiconductor)称为本征半导体。如经过提纯的硅、锗等。 每个原子的外层有四个价电子，与相邻原子的价电子组成共价键。 在绝对零度时，价电子处于稳定状态，纯净的半导体中基本上没有自由电子。 在常温(300K)下，由于热运动，少数价电子挣脱共价键的束缚成为自由电子，在原处留下的空位称为空穴，形成电子-空穴对。 自由电子和空穴都可以在半导体中自由移动。 空穴的移动方式是：有空穴的原子把相邻原子中的价电子吸引过来，填补这个空穴，同时在这个相邻原子中就出现一个新的空穴。有空穴的原子缺少一个价电子，带有正电荷，所以空穴的移动像一个正电荷在移动。 在外电场的作用下，自由电子和空穴均能形成定向运动，构成电流。从这个意义上讲，自由电子和空穴都称为载流子。 2.杂质半导体 在本征半导体里，由于共价键的束缚，自由电子与空穴的数目很 少，因而导电能力很差。 要提高半导体的导电能力，必须在本征半导体中掺入其它少量合适的元素。这些元素对半导体基体而言，叫做杂质。掺有杂质的半导体叫做杂质半导体。它分为N型(negative type)半导体和P型(positive type)半导体两种类型。 (1) N型半导体 在纯净半导体中掺入少量5价元素（如磷、砷等）。可使半导体内的自由电子浓度大大提高，导电能力增强。 在这类半导体中，自由电子是主要载流子，浓度远大于空穴。自由电子被称为多数载流子（多子），而空穴则为少数载流子（少子）。 (2) P型半导体 在纯净半导体中掺入少量3价元素（如硼、铝等）。可使半导体内的空穴浓度大大提高，导电能力增强。 在这类半导体中，空穴是主要载流子，浓度远大于自由电子。空穴被称为多子，而自由电子则为少子。 二. PN结的形成及特性 1. PN结的形成 用一定的工艺方法把P型和N型半导体结合在一起，会在两者结合处形成一层带电的空间电荷区，称为PN结(PN junction)。 PN结是构成晶体二极管、三极管、集成电路等半导体器件的基础。 多子的扩散 电子-空穴对的复合 内部电场的形成 少子的漂移运动 漂移电流 当多子的扩散与少子的漂移两种运动相等时，扩散电流与漂移电流相等，这种状态称为动态平衡状态。 此时，空间电荷区的厚度就确定下来，内电场Ei也达到一稳定值。PN结处于相对稳定状态，但载流子的运动过程仍在不断的进行，只是单位时间内扩散的载流子数与漂移的载流子数相等。 因空间电荷区有阻挡扩散运动的作用，故称为阻挡层。又由于空间电荷区中基本上没有载流子，因而亦称为耗尽层。在动态平衡时的空间电荷区就是PN结。 2. PN结的导电性能 在PN结两端加不同极性的直流电压，其导电性能有很大差异。 （1）加正向电压，PN结导通 当外电源的正极接P区、负极接N区时，PN结加的是正向电压，这种连接方式称为正向偏置。 外电场E0削弱了PN结的内电场Ei，使空间电荷区变窄，有利于扩散运动继续进行，而不利于漂移运动。 这样P区和N区的多子就能顺利地通过PN结，同时外部电源又不断地向半导体提供空穴及电子，形成较大的扩散电流，称PN结处于导通状态。此时PN结呈现的电阻很小。 (2)加反向电压，PN结截止 当外电源正极接N区、负极接P区时，PN结加的是反向电压，称为反向偏置。 这时外电场E0加强了PN结的内电场，空间电荷区变宽，阻止了扩散运动的进行，几乎没有多子能通过PN结。此时回路中几乎无电流流通，即I≈0，称PN结处于反向截止状态，呈现很大的电阻。 总结： 可见，当PN结加正向电压时，PN结导通；当PN结加反向电压时，PN结截止。 这一特性，称为PN结的单向导电性，它是PN结的最重要的电特性。 三. 二极管的结构及特性 在PN结两端引出相应的电极并加上外壳，即作成了二极管(diode)，如右图所示。 由P区引出的电极叫正(或阳)极(A)，由N区引出的电极叫负(或阴)极(K)，符号中的箭头指向