电工电子技术 教案 第4章 半导体器件及基本放大电路

电工电子技术教案4半导体器件及基本放大电路半导体二极管及其应用半导体导电特性及PN结半导体二极管直流稳压电源半导体三极管及其放大电路晶体三极管放大电路静态分析放大电路动态分析4.1半导体导电特性及PN结一、半导体导电特性何谓半导体导电能力介于导体和绝缘体之间。如：硅、锗、砷化镓等。掺杂特性：掺入杂质则导电率增加百万倍温度特性：温度增加使导电率大为增加光照特性：光照不仅使导电率大为增加还可以产生电动势本征半导体完全纯净、结构完整的半导体晶体。纯度：99.9999999%，“九个9”。它在物理结构上呈单晶体形态。杂质型半导体N型半导体在硅或锗的晶体中掺入少量的五价元素如磷，则形成N型半导体（2）P型半导体在硅或锗的晶体中掺入少量的三价元素如硼，则形成P型半导体。杂质半导体特点：1、杂质半导体导电能力强。2、多子浓度约等于所掺杂质原子浓度，受温度影响小。3、少子是本征激发形成的，浓度低，但对温度非常敏感，会影响半导体器件工作性能。二、PN结及其单向导电性1.PN结的形成在交界面处由于多子浓度上的差异，P区的空穴要向N区扩散，N区的电子也要向P区扩散。随着扩散在交界面附近，P区的空穴和N区的电子都将消失，形成空间电荷区，即为PN结。PN结的单向导电性外加正向电压外加反向电压小结：PN结具有单向导电性。正向偏置：P区加正、N区加负电压多子运动增强，PN结导通反向偏置：P区加负、N区加正电压少子运动增强，PN结截止4.2半导体二极管二极管有两个电极：正极（阳极）和负极（阴极）伏安特性实际特性正向特性：当二极管的正向电压很小时，流过的正向电流也很小；当电压大于死区电压后，正向电流开始迅速增大。极管正向导通时管压降基本固定。导通电阻很小。反向特性：反向电压小于某一数值时，反向电流很小（即反向电阻很大）。反向漏电流（反向饱和电流）反向击穿电压：主要参数（1）最大整流电流IF（2）反向击穿电压UR（3）反向电流IR（4）最高工作频率fM二极管的用途：整流、检波、限幅、箝位、开关、元器件保护、温度补偿等。4.3直流稳压电源直流稳压电源组成利用二极管的单向导电性，把按正弦规律变化的交流电变换成单一方向的脉动直流电，实现交流变直流的电路称为整流电路。按所接交流电源的相数可分为：单相整流电路、三相整流电路和多相整流电路。常用的单相整流电路有单相半波、单相全波、单相桥式整流电路。一、整流电路1.单相半波整流电路2.单相桥式整流电路二、滤波电路滤波电路的结构特点:电容与负载RL并联，或电感与负载RL串联。原理：滤波电路利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性,滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的1.电容滤波电路2.复式滤波电路三、稳压电路1.稳压二极管2.硅稳压管稳压电路3.集成稳压电路4.4晶体三极管晶体管又称半导体三极管，是电子设备的关键元件，是组成各种放大电路的核心。分类：按材料分：硅管、锗管按结构分：NPN、PNP按使用频率分：低频管、高频管按功率分：小功率管<500mW，中功率管0.51W，大功率管>1W晶体管的基本结构看结构上的两种类型：NPN、PNP由三层半导体组成，有三个区、三个极、两个结。发射区：高浓度掺杂区，提供发射载流子，面积比较小；基区：很薄（几微米-几十微米）且杂质浓度很低，传送和控制载流子；集电区：面积大，浓度小，收集载流子。三极管的电流放大作用1、三极管具有电流控制作用的外部条件：发射结正向偏置、集电结反向偏置以NPN型三极管为例，应满足:UBE>0UBC<0即VC>VB>VE三极管的电流控制原理三极管的特性曲线1.输入特性2.输出特性四、主要参数1.电流放大系数2.穿透电流ICEO3.集电极最大允许电流ICM4.反向击穿电压UBR5.集电极最大允许功率损耗PCM4.5共射极放大电路放大的概念电子技术中放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。本节所讲的主要是电压放大电路。共射极放大电路的组成与工作原理共射极放大电路的组成放大电路的工作原理二、放大电路的主要性能指标1.电压放大倍数2.输入电阻3.输出电阻三、放大电路的静态分析放大电路没有输入信号时的工作状态称为静态。静态分析的任务是根据电路参数和三极管的特性确定静态值（直流值）IB、IC和UCE，也叫静态工作点。用放大电路的直流通路来分析。静态工作点的估算图解法求静态工作点放大电路的动态分析图解法微变等效电路法三极管是一个非线性元件，其特性由特性曲线来描述。当三极管在小信号（微变量）情况下工作时，可以在静态工作点附近的小范围内用直线段近似地代替三极管的特性曲线。也就是把三极管等效成一个线性元件。这样，就可以象处理线性电路那样来处理三极管的放大电路，这为分析计算放大电路带来了极大的方便。晶体管的微变等效电路放大电路的微变等效电路(1)电压放大倍数的计算(2)输入电阻的计算(3)输出电阻的计算4.6静态工作点稳定电路——分压式偏置电路一、静态工作点稳定原理及计算二、动态分析4.7射极输出器一、静态分析二、动态分析1.电压放大倍数2.输入电阻3.输出电阻射极输出器的特点（1）电压放大倍数小于1，但近似等于1。（2）输（出电压与输入电压同相，具有跟随作用。（3）输入电阻高（4）输出电阻低4.8多级放大器放大电路级与级之间的连接称为“耦合”，耦合方式主要有三种：阻容耦合、变压器耦合和直接耦合等。多级放大电路中前后级的关系是：前级是后级的信号源；后级是前级的负载。4.9差分放大电路一、零点漂移什么是零点漂移现象：ΔuI＝0，ΔuO≠0的现象。产生原因：温度变化，直流电源波动，元器件老化。其中晶体管的特性对温度敏感是主要原因，故也称零漂为温漂。克服温漂的方法：引入直流负反馈，温度补偿。典型电路：采用特性相同的管子，使它们的温漂相互抵消，构成“差分放大电路”。二、电路工作原理特点：结构对称，两个三极管的特性一致，电路参数对应相等1.共模信号2.差模信号3.任意信号4.共模抑制比四、输入和输出方式输入端：双端、单端输出端：双端、单端反相输入同相输入4.10功率放大器在多级放大电路的末级或末前级是功率放大级。功率放大电路的概述对功率放大电路的要求1.在电源电压一定的情况下，最大不失真输出电压最大，即输出功率尽可能大。2.效率尽可能高，因而电路损耗的直流功率尽可能小，静态时功放管的集电极电流近似为0。3.管子往往工作在极限状态，要考虑晶体