《模擬電子技術(shù)基礎》

模擬電子技術(shù)根底主講：xxx第一講編輯ppt緒論1.電子技術(shù)的現(xiàn)狀與開展趨勢2.電子技術(shù)的應用范圍3.本課程與其它專業(yè)課的關(guān)系4.電子技術(shù)根底學習特點編輯ppt參考書：?模擬電子技術(shù)根底?〔第四版〕：清華大學童詩白、華成英主編2.?電子技術(shù)根底?〔模擬局部第四版〕：華中理工大學康華光主編編輯ppt1.1半導體的根本知識1.2PN結(jié)1.3半導體二極管第一章晶體二極管編輯ppt1.1半導體的根本知識1.1.1本征半導體及其導電性1.1.2雜質(zhì)半導體1.1.3半導體的溫度特性

根據(jù)物體導電能力(電阻率)的不同，來劃分導體、絕緣體和半導體。半導體的電阻率為10-3～109

cm。典型的半導體有硅Si和鍺Ge以及砷化鎵GaAs等。編輯ppt1.1.1本征半導體及其導電性本征半導體——化學成分純潔的半導體晶體。制造半導體器件的半導體材料的純度要到達99.9999999%，常稱為“九個9〞。它在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)。編輯ppt(1〕本征半導體的共價鍵結(jié)構(gòu)

硅和鍺是四價元素，在原子最外層軌道上的四個電子稱為價電子。它們分別與周圍的四個原子的價電子形成共價鍵。共價鍵中的價電子為這些原子所共有，并為它們所束縛，在空間形成排列有序的晶體。這種結(jié)構(gòu)的立體和平面示意圖見圖01.01。

圖01.01硅原子空間排列及共價鍵結(jié)構(gòu)平面示意圖

(a)硅晶體的空間排列(b)共價鍵結(jié)構(gòu)平面示意圖(c)編輯ppt〔2〕電子空穴對

當導體處于熱力學溫度0K時，導體中沒有自由電子。當溫度升高或受到光的照射時，價電子能量增高，有的價電子可以掙脫原子核的束縛，而參與導電，成為自由電子。

自由電子產(chǎn)生的同時，在其原來的共價鍵中就出現(xiàn)了一個空位，原子的電中性被破壞，呈現(xiàn)出正電性，其正電量與電子的負電量相等，人們常稱呈現(xiàn)正電性的這個空位為空穴。這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)，也稱熱激發(fā)。編輯ppt可見因熱激發(fā)而出現(xiàn)的自由電子和空穴是同時成對出現(xiàn)的，稱為電子空穴對。游離的局部自由電子也可能回到空穴中去，稱為復合，如圖01.02所示。本征激發(fā)和復合在一定溫度下會到達動態(tài)平衡。圖01.02本征激發(fā)和復合的過程〔動畫1-1〕編輯ppt

(3)空穴的移動自由電子的定向運動形成了電子電流，空穴的定向運動也可形成空穴電流，它們的方向相反。只不過空穴的運動是靠相鄰共價鍵中的價電子依次充填空穴來實現(xiàn)的，因此，空穴的導電能力不如自由電子〔見圖01.03的動畫演示〕?！矂赢?-2〕圖01.03空穴在晶格中的移動編輯ppt1.1.2雜質(zhì)半導體(1)N型半導體(2)P型半導體在本征半導體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì)，可使半導體的導電性發(fā)生顯著變化。摻入的雜質(zhì)主要是三價或五價元素。摻入雜質(zhì)后的本征半導體稱為雜質(zhì)半導體。編輯ppt(1〕N型半導體

在本征半導體中摻入五價雜質(zhì)元素，例如磷，可形成

N型半導體,也稱電子型半導體。

因五價雜質(zhì)原子中只有四個價電子能與周圍四個半導體原子中的價電子形成共價鍵，而多余的一個價電子因無共價鍵束縛而很容易形成自由電子。

在N型半導體中自由電子是多數(shù)載流子,它主要由雜質(zhì)原子提供；空穴是少數(shù)載流子,

由熱激發(fā)形成。

提供自由電子的五價雜質(zhì)原子因自由電子脫離而帶正電荷成為正離子，因此，五價雜質(zhì)原子也被稱為施主雜質(zhì)。N型半導體的結(jié)構(gòu)示意圖如圖01.04所示。圖01.04N型半導體結(jié)構(gòu)示意圖編輯ppt(2)P型半導體本征半導體中摻入三價雜質(zhì)元素，如硼、鎵、銦等形成P型半導體，也稱為空穴型半導體。因三價雜質(zhì)原子與硅原子形成共價鍵時，缺少一個價電子而在共價鍵中留下一個空穴。

P型半導體中空穴是多數(shù)載流子，主要由摻雜形成；電子是少數(shù)載流子，由熱激發(fā)形成。

空穴很容易俘獲電子，使雜質(zhì)原子成為負離子。三價雜質(zhì)因而也稱為受主雜質(zhì)。P型半導體的結(jié)構(gòu)示意圖如圖01.05所示。圖01.05P型半導體的結(jié)構(gòu)示意圖

圖01.05P型半導體的結(jié)構(gòu)示意圖編輯ppt1.1.3雜質(zhì)對半導體導電性的影響

摻入雜質(zhì)對本征半導體的導電性有很大的影響，一些典型的數(shù)據(jù)如下:

T=300K室溫下,本征硅的電子和空穴濃度:

n=p=1.4×1010/cm31

本征硅的原子濃度:

4.96×1022/cm3

3以上三個濃度根本上依次相差106/cm3。

2摻雜后N型半導體中的自由電子濃度:

n=5×1016/cm3編輯ppt雜質(zhì)半導體簡化模型編輯ppt1.2PN結(jié)1.2.1PN結(jié)的形成1.2.2PN結(jié)的單向?qū)щ娦?.2.3PN結(jié)的電容效應編輯ppt1.2.1

PN結(jié)的形成

在一塊本征半導體兩側(cè)通過擴散不同的雜質(zhì),分別形成N型半導體和P型半導體。此時將在N型半導體和P型半導體的結(jié)合面上形成如下物理過程:

因濃度差

多子的擴散運動由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)

空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場

內(nèi)電場促使少子漂移

內(nèi)電場阻止多子擴散編輯ppt最后多子擴散和少子的漂移到達動態(tài)平衡。對于P型半導體和N型半導體結(jié)合面，離子薄層形成的空間電荷區(qū)稱為PN結(jié),在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱耗盡層。圖01.06PN結(jié)的形成過程〔動畫1-3〕

PN結(jié)形成的過程可參閱圖01.06。編輯ppt1.2.2

PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

如果外加電壓使PN結(jié)中：P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱為加正向電壓，簡稱正偏；

PN結(jié)具有單向?qū)щ娦裕僭O外加電壓使電流從P區(qū)流到N區(qū)，PN結(jié)呈低阻性，所以電流大；反之是高阻性，電流小。

P區(qū)的電位低于N區(qū)的電位，稱為加反向電壓，簡稱反偏。

編輯ppt

(1)PN結(jié)加正向電壓時的導電情況外加的正向電壓有一局部降落在PN結(jié)區(qū)，方向與PN結(jié)內(nèi)電場方向相反，削弱了內(nèi)電場。內(nèi)電場對多子擴散運動的阻礙減弱，擴散電流加大。擴散電流遠大于漂移電流，可忽略漂移電流的影響,PN結(jié)呈現(xiàn)低阻性。

PN結(jié)加正向電壓時的導電情況如圖01.07〔動畫1-4〕圖01.07PN結(jié)加正向電壓時的導電情況編輯ppt

(2)PN結(jié)加反向電壓時的導電情況

外加的反向電壓有一局部降落在PN結(jié)區(qū)，方向與PN結(jié)內(nèi)電場方向相同，加強了內(nèi)電場。內(nèi)電場對多子擴散運動的阻礙增強，擴散電流大大減小。此時PN結(jié)區(qū)的少子在內(nèi)電場的作用下形成的漂移電流大于擴散電流，可忽略擴散電流，由于漂移電流本身就很小，PN結(jié)呈現(xiàn)高阻性。在一定溫度條件下，由本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的，故少子形成的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的大小無關(guān)，這個電流也稱為反向飽和電流。PN結(jié)加反向電壓時的導電情況如圖01.08所示。圖01.08PN結(jié)加反向電壓時的導電情況編輯ppt

PN結(jié)外加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴散電流；PN結(jié)加反向電壓時，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流。由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴！矂赢?-5〕圖01.08PN結(jié)加反向電壓時的導電情況編輯ppt1.在雜質(zhì)半導體中多子的數(shù)量與〔a.摻雜濃度、b.溫度〕有關(guān)。2.在雜質(zhì)半導體中少子的數(shù)量與?！瞐.摻雜濃度、b.溫度〕有關(guān)。3.當溫度升高時，少子的數(shù)量。〔a.減少、b.不變、c.增多〕abc4.在外加電壓的作用下，P型半導體中的電流主要是，N型半導體中的電流主要是?！瞐.電子電流、b.空穴電流〕ba思考題：編輯ppt1.2.3PN結(jié)的電容效應PN結(jié)具有一定的電容效應，它由兩方面的因素決定。

一是勢壘電容CB

二是擴散電容CD編輯ppt

(1)勢壘電容CB

勢壘電容是由空間電荷區(qū)離子薄層形成的。當外加電壓使PN結(jié)上壓降發(fā)生變化時，離子薄層的厚度也相應地隨之改變，這相當PN結(jié)中存儲的電荷量也隨之變化，猶如電容的充放電。勢壘電容的示意圖見圖01.09。圖01.09勢壘電容示意圖編輯ppt

擴散電容是由多子擴散后，在PN結(jié)的另一側(cè)面積累而形成的。因PN結(jié)正偏時，由N區(qū)擴散到P區(qū)的電子，與外電源提供的空穴相復合，形成正向電流。剛擴散過來的電子就堆積在P區(qū)內(nèi)緊靠PN結(jié)的附近，形成一定的多子濃度梯度分布曲線。(2)擴散電容CD

反之，由P區(qū)擴散到N區(qū)的空穴，在N區(qū)內(nèi)也形成類似的濃度梯度分布曲線。擴散電容的示意圖如圖01.10所示。編輯ppt

圖01.10擴散電容示意圖

當外加正向電壓不同時，擴散電流即外電路電流的大小也就不同。所以PN結(jié)兩側(cè)堆積的多子的濃度梯度分布也不相同，這就相當電容的充放電過程。勢壘電容和擴散電容均是非線性電容。編輯ppt半導體元件及其特性1-1半導體二極管1-2半導體三極管編輯ppt1-1半導體二極管1．PN結(jié)的形成

在半導體材料(硅、鍺)中摻入不同雜質(zhì)可以分別形成N型和P型兩種半導體。N型半導體主要依靠自由電子導電，稱自由電子為多數(shù)載流子，而空穴數(shù)量遠少于電子數(shù)量，稱空穴為少數(shù)載流子。P型半導體主要靠空穴導電，稱空穴為多數(shù)載流子，而自由電子遠少于空穴的數(shù)量，稱自由電子為少數(shù)載流子。PN結(jié)的形成與特性編輯ppt

當P型半導體和N型半導體接觸以后，由于交界兩側(cè)半導體類型不同，存在電子和空穴的濃度差。這樣，P區(qū)的空穴向N區(qū)擴散，N區(qū)的電子向P區(qū)擴散,如圖1.1.1(a)所示。由于擴散運動，在P區(qū)和N區(qū)的接觸面就產(chǎn)生正負離子層。N區(qū)失掉電子產(chǎn)生正離子，P區(qū)得到電子產(chǎn)生負離子。通常稱這個正負離子層為PN結(jié)。在ＰＮ結(jié)的Ｐ區(qū)一側(cè)帶負電，Ｎ區(qū)一側(cè)帶正電。ＰＮ結(jié)便產(chǎn)生了內(nèi)電場，內(nèi)電場的方向從Ｎ區(qū)指向Ｐ區(qū)。內(nèi)電場對擴散運動起到阻礙作用，電子和空穴的擴散運動隨著內(nèi)電場的加強而逐步減弱，直至停止。在界面處形成穩(wěn)定的空間電荷區(qū)。編輯ppt編輯ppt2.PN結(jié)的特性1〕正向?qū)ńoPN結(jié)加正向電壓，即P區(qū)接正電源，N區(qū)接負電源，此時稱PN結(jié)為正向偏置。這時PN結(jié)外加電場與內(nèi)電場方向相反，當外電場大于內(nèi)電場時，外加電場抵消內(nèi)電場，使空間電荷區(qū)變窄，有利于多數(shù)載流子運動，形成正向電流。外加電場越強，正向電流越大，這意味著PN結(jié)的正向電阻變小。編輯ppt正向?qū)ǚ聪蚪刂咕庉媝pt2〕反向截止給PN結(jié)加反向電壓，稱PN結(jié)反向偏置，如下圖。這時外加電場與內(nèi)電場方向相同，使內(nèi)電場的作用增強,PN結(jié)變厚，多數(shù)載流子運動難于進行，有助于少數(shù)載流子運動，形成電流IR，少數(shù)載流子很少，所以電流很小，接近于零，即PN結(jié)反向電阻很大。

編輯ppt綜上所述，PN結(jié)具有單向?qū)щ娦裕诱螂妷簳r，PN結(jié)電阻很小，電流IR較大，是多數(shù)載流子的擴散運動形成的；加反向電壓時，PN結(jié)電阻很大，電流IR很小，是少數(shù)載流子運動形成的。編輯ppt接在二極管P區(qū)的引出線稱二極管的陽極，接在N區(qū)的引出線稱二極管的陰極。二極管有許多類型。從工藝上分，有點接觸型和面接觸型；按用途分，有整流管、檢波二極管、穩(wěn)壓二極管、光電二極管和開關(guān)二極管等。二極管的結(jié)構(gòu)和類型編輯ppt編輯ppt1．二極管伏安特性理論分析指出，半導體二極管電流I與端電壓U之間的關(guān)系可表示為I=IS(-1)此式稱為理想二極管電流方程。式中，IS稱為反向飽和電流，UT稱為溫度的電壓當量，常溫下UT≈26mV。實際的二極管伏安特性曲線如下圖。圖中，實線對應硅材料二極管，虛線對應鍺材料二極管。二極管的特性及參數(shù)編輯ppt編輯ppt1〕正向特性當二極管承受正向電壓小于某一數(shù)值時，還缺乏以克服PN結(jié)內(nèi)電場對多數(shù)載流子運動的阻擋作用，這一區(qū)段二極管正向電流IF很小，稱為死區(qū)。死區(qū)電壓的大小與二極管的材料有關(guān)，并受環(huán)境溫度影響。通常，硅材料二極管的死區(qū)電壓約為0.5V，鍺材料二極管的死區(qū)電壓約為0.2V。當正向電壓超過死區(qū)電壓值時，外電場抵消了內(nèi)電場，正向電流隨外加電壓的增加而明顯增大，二極管正向電阻變得很小。當二極管完全導通后，正向壓降根本維持不變，稱為二極管正向?qū)▔航礥F。一般硅管的UF為0.7V，鍺管的UF為0.3V。編輯ppt2〕反向特性當二極管承受反向電壓時，外電場與內(nèi)電場方向一致，只有少數(shù)載流子的漂移運動，形成的漏電流IR極小，一般硅管的IR為幾微安以下，鍺管IR較大，為幾十到幾百微安。這時二極管反向截止。當反向電壓增大到某一數(shù)值時，反向電流將隨反向電壓的增加而急劇增大，這種現(xiàn)象稱二極管反向擊穿。擊穿時對應的電壓稱為反向擊穿電壓。普通二極管發(fā)生反向擊穿后，造成二極管的永久性損壞，失去單向?qū)щ娦?。編輯ppt2．二極管的主要參數(shù)二極管參數(shù)是反映二極管性能質(zhì)量的指標。必須根據(jù)二極管的參數(shù)來合理選用二極管。二極管的主要參數(shù)有4項。1〕最大整流電流IFMIFM是指二極管長期工作時允許通過的最大正向平均電流值。工作時，管子通過的電流不應超過這個數(shù)值，否那么將導致管子過熱而損壞。編輯ppt2〕最高反向工作電壓URMURM是指二極管不擊穿所允許加的最高反向電壓。超過此值二極管就有被反向擊穿的危險。URM通常為反向擊穿電壓的1/2~2/3，以確保二極管平安工作。3〕最大反向電流IRMIRM是指二極管在常溫下承受最高反向工作電壓URM時的反向漏電流，一般很小，但其受溫度影響較大。當溫度升高時，IRM顯著增大。編輯ppt4〕最高工作頻率fMfM是指保持二極管單向?qū)ㄐ阅軙r，外加電壓允許的最高頻率。二極管工作頻率與PN結(jié)的極間電容大小有關(guān)，容量越小，工作頻率越高。編輯ppt

二極管是電子電路中最常用的半導體器件。利用其單向?qū)щ娦约皩〞r正向壓降很小的特點，可用來進行整流、檢波、鉗位、限幅、開關(guān)以及元件保護等各項工作。

1．整流所謂整流,就是將交流電變?yōu)閱畏较蛎}動的直流電。利用二極管的單向?qū)щ娦钥山M成單相、三相等各種形式的整流電路。

2．鉗位利用二極管正向?qū)〞r壓降很小的特性，可組成鉗位電路。半導體二極管的應用編輯ppt假設A點UA=0，二極管VD可正向?qū)?，其壓降很小，故F點的電位也被鉗制在0V左右，即UF≈0。編輯ppt3．限幅利用二極管正向?qū)ê笃鋬啥穗妷汉苄∏腋静蛔兊奶匦?，可以?gòu)成各種限幅電路，使輸出電壓幅度限制在某一電壓值以內(nèi)。編輯ppt編輯ppt

設輸入電壓ui=10sinωt(V),Us1=Us2=5V。當-Us2<ui<Us1時，VD1、VD2都處于反向偏置而截止，因此i=0,uo=ui。當ui>Us1時，VD1處于正向偏置而導通，使輸出電壓保持在Us1。當ui<-Us1時，VD2處于正向偏置而導通，輸出電壓保持在-Us2。由于輸出電壓uo被限制在+Us1與-Us2之間，即|uo|≤5V,好似將輸入信號的頂峰和低谷局部削掉一樣,因此這種電路又稱為削波電路。編輯ppt4．元件保護在電子線路中，常用二極管來保護其他元器件免受過高電壓的損害。編輯ppt在開關(guān)S接通時，電源E給線圈供電，L中有電流流過，儲存了磁場能量。在開關(guān)S由接通到斷開的瞬時，電流突然中斷，L中將產(chǎn)生一個高于電源電壓很多倍的自感電動勢eL，eL與E疊加作用在開關(guān)S的端子上，在S的端子上產(chǎn)生電火花放電，這將影響設備的正常工作，使開關(guān)S壽命縮短。接入二極管VD后，eL通過二極管VD產(chǎn)生放電電流i,使L中儲存的能量不經(jīng)過開關(guān)S放掉，從而保護了開關(guān)S。編輯ppt1.發(fā)光二極管

1)發(fā)光二極管的符號及特性是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成光能的固體器件，簡稱LED。發(fā)光二極管和普通二極管相似，也由一個PN結(jié)組成。發(fā)光二極管在正向?qū)〞r，由于空穴和電子的復合而發(fā)出能量，發(fā)出一定波長的可見光。光的波長不同，顏色也不同。常見的LED有紅、綠、黃等顏色。發(fā)光二極管的驅(qū)動電壓低、工作電流小，具有很強的抗振動和抗沖擊能力。由于發(fā)光二極管體積小、可靠性高、耗電省、壽命長，被廣泛用于信號指示等電路中。特種二極管編輯ppt編輯ppt2)發(fā)光二極管的應用電源通斷指示發(fā)光二極管作為電源通斷指示通常稱為指示燈，在實際應用中給人提供很大的方便。發(fā)光二極管的供電電源既可以是直流的也可以是交流的，但必須注意的是，發(fā)光二極管是一種電流控制器件，應用中只要保證發(fā)光二極管的正向工作電流在所規(guī)定的范圍之內(nèi)，它就可以正常發(fā)光。數(shù)碼管是電子技術(shù)中應用的主要顯示器件，是用發(fā)光二極管經(jīng)過一定的排列組成的。編輯ppt編輯ppt編輯ppt這是最常用的七段數(shù)碼顯示。要使它顯示0~9的一系列數(shù)字只要點亮其內(nèi)部相應的顯示段即可。七段數(shù)碼顯示有共陽極(b)和共陰極(c)之分。數(shù)碼管的驅(qū)動方式有直流驅(qū)動和脈沖驅(qū)動兩種，應用中可任意選擇。數(shù)碼管應用十分廣泛，可以說，但凡需要指示或讀數(shù)的場合，都可采用數(shù)碼管顯示。編輯ppt2.穩(wěn)壓二極管硅穩(wěn)壓二極管簡稱穩(wěn)壓管，是一種特殊的二極管，它與電阻配合具有穩(wěn)定電壓的特點。1〕穩(wěn)壓管的伏安特性穩(wěn)壓管正向偏壓時，其特性和普通二極管一樣；反向偏壓時，開始一段和二極管一樣，當反向電壓到達一定數(shù)值以后，反向電流突然上升，而且電流在一定范圍內(nèi)增長時，管兩端電壓只有少許增加，變化很小，具有穩(wěn)壓性能。這種“反向擊穿〞是可恢復的，只要外電路限流電阻保障電流在限定范圍內(nèi)，就不致引起熱擊穿而損壞穩(wěn)壓管。編輯ppt編輯ppt2〕穩(wěn)壓管的主要參數(shù)a.穩(wěn)定電壓值UVDZ:穩(wěn)壓管在正常工作時管子的端電壓,一般為3~25V，高的可達200V。b.穩(wěn)定電流IVDZ:穩(wěn)壓管正常工作時的參考電流。開始穩(wěn)壓時對應的電流最小，為最小穩(wěn)壓電流IVDZmin；對應額定功耗時的穩(wěn)壓電流為最大穩(wěn)壓電流IVDZmax。c.動態(tài)電阻rVDZ:穩(wěn)壓管端電壓的變化量ΔUVDZ與對應電流變化量ΔIVDZ之比，即編輯pptd.穩(wěn)定電壓的溫度系數(shù):當溫度變化1℃時穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值UVDZ的相對變化量。e.穩(wěn)壓管額定功耗PVDZM:保證穩(wěn)壓管平安工作所允許的最大功耗。其大小為PVDZM=UVDZIVDZmax編輯ppt3〕穩(wěn)壓二極管的應用UI是不穩(wěn)定的可變直流電壓，希望得到穩(wěn)定的電壓UO，故在兩者之間加穩(wěn)壓電路。它由限流電阻R和穩(wěn)壓管VDZ構(gòu)成，RL是負載電阻。編輯ppt1-2半導體三極管三極管是由兩個PN結(jié)、3個雜質(zhì)半導體區(qū)域組成的，因雜質(zhì)半導體有P、N型兩種，所以三極管的組成形式有NPN型和PNP型兩種。1.三極管的結(jié)構(gòu)及類型不管是NPN型還是PNP型三極管，都有三個區(qū)：基區(qū)、發(fā)射區(qū)、集電區(qū)，以及分別從這三個區(qū)引出的電極：發(fā)射極e、基極b和集電極c;兩個PN結(jié)分別為發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間的發(fā)射結(jié)和集電區(qū)與基區(qū)之間的集電結(jié)。三極管的結(jié)構(gòu)及類型編輯ppt編輯ppt三極管基區(qū)很薄，一般僅有1微米至幾十微米厚，發(fā)射區(qū)濃度很高，集電結(jié)截面積大于發(fā)射結(jié)截面積。使用中要注意電源的極性，確保發(fā)射結(jié)永遠加正向偏置電壓，三極管才能正常工作。三極管根據(jù)基片的材料不同，分為鍺管和硅管兩大類，目前國內(nèi)生產(chǎn)的硅管多為NPN型〔3D系列〕，鍺管多為PNP型〔3A系列〕；從頻率特性分，可分為高頻管和低頻管；從功率大小分，可分為大功率管、中功率管和小功率管。編輯ppt編輯ppt2.三極管電流分配和放大作用

實驗得出如下結(jié)論：IE=IC+IB

IC≈IE三個電流之間的關(guān)系符合基爾霍夫電流定律，IB雖然很小，但對IC有控制作用，IC隨IB改變而改變。β稱為三極管的電流放大系數(shù)，它反映三極管的電流放大能力，也可以說電流IB對IC的控制能力。編輯ppt1)三極管內(nèi)部載流子的運動規(guī)律三極管電流之間為什么具有這樣的關(guān)系呢？這可以通過在三極管內(nèi)部載流子的運動規(guī)律來解釋。a.發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子。電源UBB經(jīng)過電阻Rb加在發(fā)射結(jié)上，發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子——自由電子不斷地越過發(fā)射結(jié)而進入基區(qū)，形成發(fā)射極電流IE。同時，基區(qū)多數(shù)載流子也向發(fā)射區(qū)擴散，但由于基區(qū)很薄，可以不考慮這個電流。因此，可以認為三極管發(fā)射結(jié)電流主要是電子流。編輯ppt編輯pptb.基區(qū)中的電子進行擴散與復合。電子進入基區(qū)后，先在靠近發(fā)射結(jié)的附近密集，漸漸形成電子濃度差，在濃度差的作用下，促使電子流在基區(qū)中向集電結(jié)擴散，被集電結(jié)電場拉入集電區(qū)，形成集電結(jié)電流IC。也有很小一局部電子與基區(qū)的空穴復合，形成復合電子流。擴散的電子流與復合電子流的比例決定了三極管的放大能力。編輯pptc.集電區(qū)收集電子。由于集電結(jié)外加反向電壓很大，這個反向電壓產(chǎn)生的電場力將阻止集電區(qū)電子向基區(qū)擴散，同時將擴散到集電結(jié)附近的電子拉入集電區(qū)而形成集電結(jié)主電流ICN。另外集電區(qū)的少數(shù)載流子——空穴也會產(chǎn)生漂移運動，流向基區(qū)，形成反向飽和電流ICBO，其數(shù)值很小，但對溫度卻非常敏感。

編輯ppt2〕三極管的電流分配關(guān)系綜合載流子的運動規(guī)律，三極管內(nèi)的電流分配如下圖，圖中的箭頭表示電流方向。由于三極管基區(qū)的雜質(zhì)濃度很低，且厚度很薄，這就減小了電子和空穴復合的時機，所以從發(fā)射區(qū)注入到基區(qū)的電子只有很小一局部在基區(qū)復合掉，絕大局部到達集電區(qū)。這就是說構(gòu)成發(fā)射極電流IE的兩局部中，IBE局部是很小的，ICE局部所占百分比是大的，假設它們的比值用hFE本表示，那么有編輯ppt編輯ppthFE本表示三極管的電流放大能力，稱為本征電流放大系數(shù)。它的大小取決于基區(qū)中載流子擴散與復合的比例關(guān)系，這種比例關(guān)系是由管子內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的，一旦管子制成后，這種比例關(guān)系〔hFE本值〕也就確定了。各極電流滿足以下分配關(guān)系：IB=IBE-ICBOIC=ICE+ICBO編輯ppt=hFE本IBE+ICBO

=hFE本(IB+ICBO)+ＩCBO

=hFE本IB+(1+hFE本)ICBO

=hFE本IB+ICEO

ICEO=(1+hFE本)ICBO

IE=ICE+IBE

=(IC-ICBO)+(IB+ICBO)=IC+IB

編輯ppt由三極管內(nèi)部的載流子運動規(guī)律可知，集電極電流IC主要來源于發(fā)射極電流IE，而同集電極外電路幾乎無關(guān)，只要加到集電結(jié)上的反向電壓能夠把從基區(qū)擴散到集電結(jié)附近的電子吸引到集電區(qū)即可。這就是三極管的電流控制作用。三極管能實現(xiàn)放大作用也是以此為根底的，這也是三極同二極管一個質(zhì)的區(qū)別所在。IE的大小是由發(fā)射結(jié)上的外加正向電壓UBE的大小決定的，UBE的變化將引起IE的變化，IE的變化再引起IB和IC的變化，所以，實質(zhì)上是發(fā)射結(jié)上的正向電壓UBE對各極電流有控制作用。編輯pptUBE變化能引起IC變化的現(xiàn)象，本應理解為電壓控制，但二者的關(guān)系是非線性的，表達起來很不方便，當ICBO〔或ICEO〕可忽略時，那么有IC≈hFE本IB，說明IC同IB〔或IE〕有一個比例關(guān)系，使用起來很方便，所以通常說IC受IB〔或IE〕控制，或者說，IC隨IB〔或IE〕成正比變化。這里還需指出，三極管的結(jié)構(gòu)特點是它具有電流控制作用的內(nèi)部依據(jù)，而發(fā)射結(jié)正向偏置、集電結(jié)反向偏置是它實現(xiàn)電流控制作用的外部條件。這是因為IC受IB〔或IE〕控制，是在滿足上述外部條件下實現(xiàn)的，因此，三極管在作放大運用時的直流供電必須滿足這個外部條件。

編輯ppt3〕放大作用在基極回路〔b、e間〕參加一個待放大的信號電壓us;在集電極回路〔c、e間〕串入一個負載電阻RL，RL兩端電壓變量為Δuo?；鶚O接信號稱輸入端，集電極接負載，稱之為輸出端，發(fā)射極既接信號又接負載，稱之為公共端。這種連接方式稱為共發(fā)射極接法。編輯ppt編輯ppt1.共射輸入特性1)當UCE=0時的輸入特性〔圖中曲線①〕當UCE=0時，相當于集電極和發(fā)射極間短路，三極管等效成兩個二極管并聯(lián)，其特性類似于二極管的正向特性。三極管的特性曲線編輯ppt編輯ppt編輯ppt2)當UCE≥1V時的輸入特性〔圖中曲線②〕當UCE≥1V時，輸入特性曲線右移〔相對于UCE=0時的曲線〕，說明對應同一個UBE值，IB減小了，或者說，要保持IB不變，UBE需增加。這是因為集電結(jié)加反向電壓，使得擴散到基區(qū)的載流子絕大局部被集電結(jié)吸引過去而形成集電極電流IC,只有少局部在基區(qū)復合，形成基極電流IB,所以IB減小而使曲線右移。對應輸入特性曲線某點〔例如圖1.2.8的Q點〕切線斜率的倒數(shù)，稱為三極管共射極接法〔Q點處〕的交流輸入電阻，記作rbe,即編輯ppt

編輯ppt2.輸出特性曲線輸出特性曲線是指當三極管基極電流IB為常數(shù)時，集電極電流IC與集電極、發(fā)射極間電壓UCE之間的關(guān)系，即：IC=f(UCE)|IB=常數(shù)輸出特性曲線如下圖。編輯ppt編輯ppt1〕截止區(qū)2〕放大區(qū)a.對應同一個IB值，|UCE|增加時，IC根本不變〔曲線根本與橫軸平行〕。b.對應同一個UCE值，IB增加，IC顯著增加，并且IC的變量ΔIC與IB的變量ΔIB根本為正比關(guān)系〔曲線簇等間距〕。3〕飽和區(qū)編輯ppt1.電流放大系數(shù)β動態(tài)〔交流〕電流放大系數(shù)β：當集電極電壓UCE為定值時，集電極電流變化量ΔIC與基極電流變化量ΔIB之比，即靜態(tài)〔直流〕電流放大系數(shù)：三極管為共發(fā)射極接法，在集電極-發(fā)射極電壓UCE一定的條件下，由基極直流電流IB所引起的集電極直流電流與基極電流之比，稱為共發(fā)射極靜態(tài)〔直流〕電流放大系數(shù)，記作三極管的主要參數(shù)編輯ppt2.極間反向截止電流１)發(fā)射極開路，集電極－基極反向截止電流ICBO。２)基極開路，集電極－發(fā)射極反向截止電流ICEO是當