三极管内部的深入理解
三极管工作原理图

三极管工作原理图一、引言三极管是一种重要的电子元件,广泛应用于各种电子设备中。
本文将详细介绍三极管的工作原理图及其相关知识。
二、三极管的基本结构三极管由三个掺杂不同的半导体材料构成,分别是发射极(Emitter)、基极(Base)和集电极(Collector)。
发射极和集电极之间存在一个PN结,基极和发射极之间也存在一个PN结。
三极管的工作原理图如下所示:(图1:三极管工作原理图)三、三极管的工作原理1. 放大作用:当基极-发射极之间的电压(Vbe)大于0.7V时,PN结会被正向偏置,此时三极管进入放大区。
在这种情况下,发射极-集电极之间的电压(Vce)大于0.2V,三极管处于饱和状态。
此时,小信号输入到基极,经过放大作用后输出到集电极,实现信号的放大。
2. 开关作用:当基极-发射极之间的电压(Vbe)小于0.7V时,PN结处于截止状态,三极管处于关闭状态。
此时,发射极-集电极之间的电压(Vce)可以取任意值。
当Vce大于0.2V时,三极管处于饱和状态,相当于开关闭合;当Vce小于0.2V时,三极管处于截止状态,相当于开关断开。
三极管的放大作用和开关作用使其在各种电子设备中得到广泛应用。
四、三极管的参数1. 最大耗散功率(PD):表示三极管能够承受的最大功率,通常以瓦特(W)为单位。
2. 最大集电极电流(ICmax):表示三极管能够承受的最大集电极电流,通常以安培(A)为单位。
3. 最大集电极-发射极电压(VCEmax):表示三极管能够承受的最大集电极-发射极电压,通常以伏特(V)为单位。
4. 最大基极-发射极电压(VBEmax):表示三极管能够承受的最大基极-发射极电压,通常以伏特(V)为单位。
五、三极管的应用1. 放大器:三极管可以将输入信号放大,并输出到负载电路中,常用于音频放大器、射频放大器等电子设备中。
2. 开关:三极管可以实现开关功能,常用于电源开关、机电驱动等场合。
3. 振荡器:三极管可以作为振荡器的关键元件,用于产生高频信号。
三级管电路工作原理及详解

三级管电路工作原理及详解一、引言三极管是一种常用的半导体器件,广泛应用于各种电路中。
它具有放大信号、开关控制和稳压等特性,是现代电子设备中不可或缺的元件之一。
本文将深入探讨三极管电路的工作原理和详解,以帮助读者更好地理解和应用三极管。
二、三极管基本概述三极管是由三个不同掺杂的半导体材料组成,常用的有NPN型和PNP型两种。
其中,NPN型三极管中央是N型半导体,两侧是P型半导体;PNP型三极管中央是P型半导体,两侧是N型半导体。
三极管的结构决定了它具有双向导通的特点。
三、三极管的工作原理3.1 NPN型三极管工作原理1.充电过程:–基极与发射极之间施加正向电压。
–发射极和基极之间形成正向偏压。
–发射极注入少量电子到基区。
2.放电过程:–基极电压接近零。
–发射区的少数载流子都陷于基区。
–收集区电流几乎是零。
3.放大过程:–基极电压逆向偏置。
–发射极和基极之间形成反向偏压。
–基极电流引起发射极电流的增加,形成放大效应。
3.2 PNP型三极管工作原理1.充电过程:–基极与发射极之间施加负向电压。
–发射极和基极之间形成负向偏压。
–发射极抽取少量电子从基区。
2.放电过程:–基极电压接近零。
–发射区的少数载流子都陷于基区。
–收集区电流几乎是零。
3.放大过程:–基极电压逆向偏置。
–发射极与基极之间形成反向偏压。
–基极电流引起发射极电流的减小,形成放大效应。
四、三极管的应用三极管由于其特性,在电子电路中有广泛的应用。
以下是几个常见的应用场景: 1. 放大器:使用三极管可以放大微弱的信号,使之变得可用于其他电路。
2. 开关控制:三极管可以作为开关,控制电路的通断。
3. 稳压器:利用三极管的特性,可以设计稳压电路,保持输出电压的稳定性。
4. 正弦波发生器:三极管可以用于正弦波发生器的设计,产生各种频率的信号。
五、三极管的优缺点5.1 优点•体积小、重量轻,便于集成和组装。
•功耗低,效率高。
•放大范围宽,稳定性好。
三极管开关原理

三极管开关原理引言三极管是一种常用的电子器件,广泛应用于电子电路中。
它可以作为放大器、开关和其他电路元件的基础组件。
本文将详细解释与三极管开关原理相关的基本原理,包括三极管的结构、工作原理、工作模式以及应用案例。
三极管的结构三极管由三个相互连接的区域组成,分别是发射极(Emitter)、基极(Base)和集电极(Collector)。
其中,发射极是三极管的输出端,基极是控制端,集电极是输入端。
三极管的结构通常有两种类型:NPN型和PNP型。
NPN型三极管中,发射极和基极是N型材料,集电极是P型材料;PNP型三极管中,发射极和基极是P 型材料,集电极是N型材料。
三极管的工作原理三极管的工作原理基于PN结的正向和反向偏置。
当PN结正向偏置时,发射极和基极之间的电压为正,电流可以流动;当PN结反向偏置时,发射极和基极之间的电压为负,电流无法流动。
在正常工作状态下,三极管的发射极和基极之间会有一个正向偏置电压,使得发射极和基极之间形成一个正向偏置的PN结。
此时,发射极和基极之间会有一个电流流过,称为基极电流(IB)。
当在三极管的基极上加上一个正向偏置电压时,基极电流会增大,导致发射极电流(IE)也增大。
此时,三极管处于放大器模式,可以放大输入信号。
当在三极管的基极上加上一个负向偏置电压时,基极电流会减小,导致发射极电流也减小。
当基极电流减小到一定程度时,发射极电流几乎为零,三极管处于截止模式,无法放大输入信号。
三极管的工作模式根据三极管的工作状态,可以将其分为三种工作模式:放大模式、截止模式和饱和模式。
放大模式当三极管的基极电流适当增大时,三极管处于放大模式。
此时,三极管可以放大输入信号,并将其输出到集电极。
放大模式下,三极管的集电极电流(IC)与基极电流之间存在一个比例关系,称为放大倍数(β)。
当三极管的基极电流减小到一定程度时,三极管处于截止模式。
此时,三极管无法放大输入信号,集电极电流几乎为零。
饱和模式当三极管的基极电流进一步增大时,三极管处于饱和模式。
简述三极管的结构及其的功能

简述三极管的结构及其的功能三极管是一种半导体器件,由三个掺杂不同的半导体材料构成。
它的主要结构由两个PN结组成,中间夹有一个掺杂相反类型的半导体层。
这三个区域分别被称为发射结、基极和集电结。
让我们来了解一下三极管的结构。
三极管通常由硅或者锗等材料制成。
发射结是N型半导体与P型半导体的结合,基极是P型半导体与N型半导体的结合,集电结是N型半导体与P型半导体的结合。
这样的结构使得三极管能够起到控制电流的作用。
接下来,我们来看一下三极管的功能。
三极管是一种放大器和开关。
在放大器中,三极管可以将输入信号放大到较大的幅度,并输出到加载电路中。
在这种情况下,三极管可以被用作电流放大器或者电压放大器。
当输入信号的幅度较小时,三极管会进入饱和区,输出信号将近似于输入信号的幅度。
而当输入信号的幅度较大时,三极管会进入截止区,输出信号将接近于零。
在开关电路中,三极管可以控制电流的流动。
当输入信号为低电平时,三极管处于截止区,输出电流为零。
而当输入信号为高电平时,三极管处于饱和区,输出电流较大。
因此,三极管可以被用来控制电路的通断。
三极管还具有稳压和恒流的功能。
在稳压电路中,三极管可以通过调整基极电流来实现稳定的输出电压。
在恒流电路中,三极管可以通过调整基极电压来实现稳定的输出电流。
这些功能使得三极管在电子电路中得到了广泛的应用。
总结一下,三极管的结构由发射结、基极和集电结组成,它可以作为放大器和开关来控制电流的流动。
它具有放大、开关、稳压和恒流的功能,广泛应用于各种电子电路中。
通过深入了解三极管的结构和功能,我们可以更好地理解它在电子领域中的重要性和应用价值。
三极管的作用和工作原理

三极管的作用和工作原理首先,我们来了解一下三极管的结构。
三极管由三个掺杂不同的半导体材料层叠而成,分别是发射极(E)、基极(B)和集电极(C)。
发射极连接一个P型半导体,基极连接一个N型半导体,而集电极连接一个P型半导体。
这种结构决定了三极管的放大、开关和稳压等特性。
三极管的作用主要体现在放大和开关两个方面。
在放大电路中,三极管可以放大微弱的信号,使其具有足够的能量驱动负载。
在开关电路中,三极管可以控制电路的通断,实现数字信号的处理和控制。
这两种作用使得三极管在电子技术中扮演着至关重要的角色。
接下来,我们来详细了解三极管的工作原理。
在正常工作状态下,三极管有三种工作状态,分别是放大状态、截止状态和饱和状态。
在放大状态下,通过控制基极电流,可以使得集电极电流的变化成倍放大,从而实现信号的放大。
在截止状态下,通过控制基极电流,可以使得集电极电流截断,实现开关功能。
在饱和状态下,通过控制基极电流,可以使得集电极电流达到最大值,实现信号的稳压。
三极管的工作原理可以用电子的输运和控制来解释。
当外加电压使得发射结和集电结正向偏置时,发射结注入少数载流子,集电结收集少数载流子,形成电流放大。
当外加电压使得发射结和集电结反向偏置时,少数载流子被阻挡,电流截断。
这种输运和控制的机制决定了三极管的放大和开关特性。
总的来说,三极管的作用和工作原理是非常复杂的,但是通过对其结构和工作原理的了解,我们可以更好地应用它于电子技术中。
三极管的放大和开关功能使得它成为电子技术中不可或缺的器件,其工作原理也为我们理解电子技术提供了重要的基础。
希望通过本文的介绍,能够让大家对三极管有一个更深入的了解。
三极管的工作原理

三极管的工作原理一、引言三极管是一种常用的电子元件,广泛应用于电路中。
了解三极管的工作原理对于电子工程师和电路设计师来说是非常重要的。
本文将详细介绍三极管的工作原理,包括结构、工作模式和特性等方面的内容。
二、结构三极管由三个掺杂不同类型的半导体材料构成,通常分为三个区域:发射区、基区和集电区。
发射区和集电区为P型半导体,基区为N型半导体。
三极管的结构可以用一个箭头表示,箭头指向基区,表示电流流动的方向。
三、工作模式三极管有三种主要的工作模式:放大模式、截止模式和饱和模式。
1. 放大模式当三极管处于放大模式时,基极电流较小,集电极电流较大。
此时,三极管可以放大输入信号,并将其输出到负载电阻上。
放大模式是三极管最常用的工作模式。
2. 截止模式当三极管处于截止模式时,基极电流接近于零,集电极电流也接近于零。
此时,三极管不起放大作用,相当于一个开关断开。
3. 饱和模式当三极管处于饱和模式时,基极电流较大,集电极电流也较大。
此时,三极管相当于一个开关闭合,可以将电流从集电极流向负载电阻。
四、特性三极管有许多重要的特性,包括放大倍数、输入阻抗、输出阻抗和最大功耗等。
1. 放大倍数放大倍数是指三极管将输入信号放大的程度。
它可以用直流放大倍数和交流放大倍数来表示。
直流放大倍数是指在直流偏置下的放大倍数,交流放大倍数是指在交流信号下的放大倍数。
2. 输入阻抗输入阻抗是指三极管对输入信号源的阻抗。
输入阻抗越大,输入信号源对三极管的影响越小。
3. 输出阻抗输出阻抗是指三极管对负载电阻的阻抗。
输出阻抗越小,三极管输出信号对负载电阻的影响越大。
4. 最大功耗最大功耗是指三极管能够承受的最大功率。
超过最大功耗,三极管可能会损坏。
五、应用三极管具有广泛的应用领域,包括放大器、开关、振荡器和逻辑门等。
1. 放大器三极管可以将弱信号放大为较强的信号,用于音频放大器、射频放大器等。
2. 开关三极管可以作为开关使用,通过控制基极电流来控制集电极电流的通断。
三极管的工作原理,详细、通俗易懂、图文并茂
三极管的工作原理,详细、通俗易懂、图文并茂一、很多初学者都会认为三极管是两个PN 结的简单凑合(如图1)。
这种想法是错误的,两个二极管的组合不能形成一个三极管。
我们以NPN 型三极管为例(见图2 ),两个PN 结共用了一个P 区——基区,基区做得极薄,只有几微米到几十微米,正是靠着它把两个PN 结有机地结合成一个不可分割的整体,它们之间存在着相互联系和相互影响,使三极管完全不同于两个单独的PN 结的特性。
三极管在外加电压的作用下,形成基极电流、集电极电流和发射极电流,成为电流放大器件。
二、三极管的电流放大作用与其物理结构有关,三极管内部进行的物理过程是十分复杂的,初学者暂时不必去深入探讨。
从应用的角度来讲,可以把三极管看作是一个电流分配器。
一个三极管制成后,它的三个电流之间的比例关系就大体上确定了(见图 3 ),用式子来表示就是β 和α 称为三极管的电流分配系数,其中β 值大家比较熟悉,都管它叫电流放大系数。
三个电流中,有一个电流发生变化,另外两个电流也会随着按比例地变化。
例如,基极电流的变化量ΔI b =10 μA ,β =50 ,根据ΔI c =βΔI b 的关系式,集电极电流的变化量ΔI c =50×10 =500μA ,实现了电流放大。
三、三极管自身并不能把小电流变成大电流,它仅仅起着一种控制作用,控制着电路里的电源,按确定的比例向三极管提供I b 、I c 和I e 这三个电流。
为了容易理解,我们还是用水流比喻电流(见图 4 )。
这是粗、细两根水管,粗的管子内装有闸门,这个闸门是由细的管子中的水量控制着它的开启程度。
如果细管子中没有水流,粗管子中的闸门就会关闭。
注入细管子中的水量越大,闸门就开得越大,相应地流过粗管子的水就越多,这就体现出“以小控制大,以弱控制强”的道理。
由图可见,细管子的水与粗管子的水在下端汇合在一根管子中。
三极管的基极 b 、集电极 c 和发射极e 就对应着图4 中的细管、粗管和粗细交汇的管子。
深入探讨三极管的三种工作状态
深入探讨三极管的三种工作状态 三极管有放大、饱和、截止三种工作状态。
放大电路中的三极管是否处于放大状态或处于何种工作状态,是一个难点。
只要深刻理解三极管三种工作状态的特点,分析电路中三极管处于何种工作状态就会容易得多,下面结合例题来进行分析。
一、三种工作状态的特点1.三极管饱和状态下的特点要使三极管处于饱和状态,必须基极电流足够大,即I B ≥I BS 。
三极管在饱和时,集电极与发射极间的饱和电压(U CES )很小,根据三极管输出电压与输出电流关系式U CE =E C -I C R C ,所以I BS =I CS /β=E C -U CES /βR C ≈E C /βR C 。
三极管饱和时,基极电流很大,对硅管来说,发射结的饱和压降U BES =0.7V (锗管U BES =-0.3V ),而U CES =0.3V ,可见,U BE >0,U BC >0,也就是说,发射结和集电结均为正偏。
三极管饱和后,C 、E 间的饱和电阻R CE =U CES /I CS ,U CES 很小,I CS 最大,故饱和电阻R CES 很小。
所以说三极管饱和后G 、E 间视为短路,饱和状态的NPN 型三极管等效电路如图1a 所示。
2.三极管截止状态下的特点要使三极管处于截止状态,必须基极电流I B =0,此时集电极I C =I CEO ≈0(I CEO 为穿透电流,极小),根据三极管输出电压与输出电流关系式U CE =E C -I C R C ,集电极与发射极间的电压U CE ≈E C 。
三极管截止时,基极电流I B =0,而集电极与发射极间的电压U CE ≈E CO 可见,U BE ≤0,U BC <0,也就是说,发射结和集电结均为反偏。
三极管截止后,C 、E 间的截止电阻R CE =U CE /I C ,U CES 很大,等于电源电压,I CS 极小,C 、E 间电阻R CE 很大,所以,三极管截止后C 、E 间视为开路,截止状态的NPN 型三极管等效电路如图1b 。
详解三极管的工作原理
一、什么是三极管?三极管全称是“晶体三极管”,也被称作“晶体管”,是一种具有放大功能的半导体器件。
通常指本征半导体三极管,即BJT管。
典型的三极管由三层半导体材料,有助于连接到外部电路并承载电流的端子组成。
施加到晶体管的任何一对端子的电压或电流控制通过另一对端子的电流。
三极管实物图三极管有哪三极?▪基极:用于激活晶体管。
(名字的来源,最早的点接触晶体管有两个点接触放置在基材上,而这种基材形成了底座连接。
)▪集电极:三极管的正极。
(因为收集电荷载体)▪发射极:三极管的负极。
(因为发射电荷载流子)1、三极管的分类三极管的应用十分广泛,种类繁多,分类方式也多种多样。
2、根据结构▪NPN型三极管▪PNP型三极管3、根据功率▪小功率三极管▪中功率三极管▪大功率三极管4、根据工作频率▪低频三极管▪高频三极管5、根据封装形式▪金属封装型▪塑料封装型6、根据PN结材料▪锗三极管▪硅三极管▪除此之外,还有一些专用或特殊三极管二、三极管的工作原理这里主要讲一下PNP和NPN。
1、PNPPNP是一种BJT,其中一种n型材料被引入或放置在两种p型材料之间。
在这样的配置中,设备将控制电流的流动。
PNP晶体管由2个串联的晶体二极管组成。
二极管的右侧和左侧分别称为集电极-基极二极管和发射极-基极二极管。
2、NPNNPN中有一种p 型材料存在于两种n 型材料之间。
NPN晶体管基本上用于将弱信号放大为强信号。
在NPN 晶体管中,电子从发射极区移动到集电极区,从而在晶体管中形成电流。
这种晶体管在电路中被广泛使用。
PNP和NPN 符号图三、三极管的 3 种工作状态分别是截止状态、放大状态、饱和状态。
接下来分享在其他公众号看到的一种通俗易懂的讲法:1、截止状态三极管的截止状态,这应该是比较好理解的,当三极管的发射结反偏,集电结反偏时,三极管就会进入截止状态。
这就相当于一个关紧了的水龙头,水龙头里的水是流不出来的。
三极管工作原理-截止状态截止状态下,三极管各电极的电流几乎为0,集电极和发射极互不相通。
大电流npn型三极管-概述说明以及解释
大电流npn型三极管-概述说明以及解释1.引言1.1 概述大电流npn型三极管是一种常用的半导体器件,用于控制电流和放大信号。
它由三个控制电极组成,分别是发射极、基极和集电极。
在工作时,通过控制基极电流,可以控制集电极之间的电流放大,从而实现对电路的控制作用。
本文将介绍npn型三极管的基本原理,重点讨论大电流npn型三极管的特点以及在实际应用中的重要性。
通过深入了解这些内容,读者可以更好地理解和应用大电流npn型三极管,为电子领域的设计和研究提供参考。
1.2 文章结构本文将分为引言、正文和结论三个部分来进行阐述。
在引言部分,将概述大电流npn型三极管的重要性和应用背景,并明确文章的目的。
在正文部分,将详细介绍npn型三极管的基本原理、大电流npn型三极管的特点以及在实际应用中的重要性。
最后,在结论部分将对全文的内容进行总结,阐明本文的意义,并展望大电流npn型三极管在未来的发展方向。
通过这样清晰的结构,读者可以更好地理解和掌握大电流npn型三极管的相关知识。
1.3 目的本文旨在深入探讨大电流npn型三极管的特点及在实际应用中的重要性。
通过对npn型三极管的基本原理进行分析,了解其大电流特性,并探讨其在各种电子设备中的应用情况。
通过本文的研究,旨在帮助读者更加全面地了解大电流npn型三极管,为电子工程师和电子爱好者提供参考和借鉴,进一步推动电子领域的发展和应用。
2.正文2.1 npn型三极管的基本原理npn型三极管是一种常用的双极型晶体管,由三个掺杂不同的半导体材料层组成,包括一个n型掺杂的基区和两个p型掺杂的发射极和集电极。
在正常工作状态下,npn型三极管的发射结极性连接正电压,集电结极性连接负电压,而基区则控制着输出电流的大小。
当在基区施加正向偏置电压时,使得基区与发射极之间形成正向偏置电压,从而导致基区的电子被注入到发射区,并在发射区与集电区之间形成导通通道。
这使得集电区能够吸收来自发射区的电子,并将其流入外部电路。
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三极管内部的深入理解终于搞明白了三极管是怎么放大电流的了,看看吧,也许你到现在都不明白呢,为什么Ib和Ic成比例?三极管原理的关键是要说明以下3点:1集电结为何会发生反偏导通并产生Ic,这看起来与二极管原理强调的PN 结单向导电性相矛盾。
2放大状态下集电极电流Ic为什么只受控于电流Ib而与电压无关;即:Ic 与Ib之间为什么存在着一个固定的放大倍数关系。
3饱和状态下,Vc电位很弱的情况下,仍然会有反向大电流Ic的产生。
一、传统讲法及问题:传统讲法一般分三步,以NPN型为例(以下所有讨论皆以NPN型硅管为例),如示意图A。
“1发射区向基区注入电子;2电子在基区的扩散与复合;3集电区收集由基区扩散过来的电子。
”注1问题1:这种讲解方法在第3步中,讲解集电极电流Ic的形成原因时,不是着重地从载流子的性质方面说明集电结的反偏导通,从而产生了Ic,而是不恰当地侧重强调了Vc的高电位作用,同时又强调基区的薄。
这种强调很容易使人产生误解。
以为只要Vc足够大基区足够薄,集电结就可以反向导通,PN结的单向导电性就会失效。
其实这正好与三极管的电流放大原理相矛盾。
三极管的电流放大原理恰恰要求在放大状态下Ic与Vc在数量上必须无关,Ic只能受控于Ib。
问题2:不能很好地说明三极管的饱和状态。
当三极管工作在饱和区时,Vc的值很小甚至低于Vb,此时仍然出现了很大的反向饱和电流Ic,也就是说在Vc很小时,集电结仍然会出现反向导通的现象。
这很明显地与强调Vc的高电位作用相矛盾。
问题3:传统讲法第2步过于强调基区的薄,还容易给人造成这样的误解,以为只要基区足够薄,集电结就可能会失去PN结的单向导电特性。
这显然与人们利用三极管内部两个PN结的单向导电性,来判断管脚名称的经验相矛盾。
既使基区很薄,人们判断管脚名称时,也并没有发现因为基区的薄而导致PN结单向导电性失效的情况。
基区很薄,但两个PN结的单向导电特性仍然完好无损,这才使得人们有了判断三极管管脚名称的办法和根据。
问题4:在第2步讲解为什么Ic会受Ib控制,并且Ic与Ib之间为什么会存在着一个固定的比例关系时,不能形象说明。
只是从工艺上强调基区的薄与掺杂度低,不能从根本上说明电流放大倍数究竟是因为什么会保持不变。
问题5:割裂二极管与三极管在原理上的自然联系,无法实现内容上的自然过渡。
甚至使人产生矛盾观念,二极管原理强调PN结正向导电反向截止,而三极管原理则又要求PN结能够反向导通。
同时,也不能体现晶体三极管与电子三极管之间在电流放大原理上的历史联系。
二、新讲解方法:1切入点:要想很自然地说明问题,就要选择恰当的切入点。
讲三极管的原理我们从二极管的原理入手讲起。
二极管的结构与原理都很简单,内部一个PN结具有单向导电性,如示意图B。
很明显图示二极管处于反偏状态,PN结截止。
我们要特别注意这里的截止状态,实际上PN结截止时,总是会有很小的漏电流存在,也就是说PN结总是存在着反向关不断的现象,PN结的单向导电性并不是百分之百。
为什么会出现这种现象呢?这主要是因为P区除了因“掺杂”而产生的多数载流子“空穴”之外,还总是会有极少数的本征载流子“电子”出现。
N区也是一样,除了多数载流子电子之外,也会有极少数的载流子空穴存在。
PN结反偏时,能够正向导电的多数载流子被拉向电源,使PN结变厚,多数载流子不能再通过PN 结承担起载流导电的功能。
所以,此时漏电流的形成主要靠的是少数载流子,是少数载流子在起导电作用。
反偏时,少数载流子在电源的作用下能够很容易地反向穿过PN结形成漏电流。
漏电流只所以很小,是因为少数载流子的数量太少。
很明显,此时漏电流的大小主要取决于少数载流子的数量。
如果要想人为地增加漏电流,只要想办法增加反偏时少数载流子的数量即可。
所以,如图B,如果能够在P区或N区人为地增加少数载流子的数量,很自然的漏电流就会人为地增加。
其实,光敏二极管的原理就是如此。
光敏二极管工作在反偏状态,因为光照可以增加少数载流子的数量,因而光照就会导致反向漏电流的改变,人们就是利用这样的道理制作出了光敏二极管。
既然此时漏电流的增加是人为的,那么漏电流的增加部分也就很容易能够实现人为地控制。
2强调一个结论:讲到这里,一定要重点地说明PN结正、反偏时,多数载流子和少数载流子所充当的角色及其性质。
正偏时是多数载流子载流导电,反偏时是少数载流子载流导电。
所以,正偏电流大,反偏电流小,PN结显示出单向电性。
特别要重点说明,反偏时少数载流子反向通过PN结是很容易的,甚至比正偏时多数载流子正向通过PN结还要容易。
为什么呢?大家知道PN结内部存在有一个因多数载流子相互扩散而产生的内电场,而内电场的作用方向总是阻碍多数载流子的正向通过,所以,多数载流子正向通过PN结时就需要克服内电场的作用,需要约0.7伏的外加电压,这是PN结正向导通的门电压。
而反偏时,内电场在电源作用下会被加强也就是PN 结加厚,少数载流子反向通过PN结时,内电场作用方向和少数载流子通过PN 结的方向一致,也就是说此时的内电场对于少数载流子的反向通过不仅不会有阻碍作用,甚至还会有帮助作用。
这就导致了以上我们所说的结论:反偏时少数载流子反向通过PN结是很容易的,甚至比正偏时多数载流子正向通过PN结还要容易。
这个结论可以很好解释前面提到的“问题2”,也就是教材后续内容要讲到的三极管的饱和状态。
三极管在饱和状态下,集电极电位接近或稍低于基极电位,集电结处于零偏置,但仍然会有较大的集电结的反向电流Ic产生。
3自然过渡:继续讨论图B,PN结的反偏状态。
利用光照控制少数载流子的产生数量就可以实现人为地控制漏电流的大小。
既然如此,人们自然也会想到能否把控制的方法改变一下,不用光照而是用电注入的方法来增加N区或者是P区少数载流子的数量,从而实现对PN结的漏电流的控制。
也就是不用“光”的方法,而是用“电”的方法来实现对电流的控制。
注2接下来重点讨论图B中的P区。
重点看P区,P区的少数载流子是电子,要想用电注入的方法向P区注入电子,最好的方法就是如图C所示,在P区下面再用特殊工艺加一块N型半导体注3。
图C所示其实就是NPN型晶体三极管的雏形,其相应各部分的名称以及功能与三极管完全相同。
为方便讨论,以下我们对图C中所示的各个部分的名称直接采用与三极管相应的名称(如“发身结”,“集电极”等)。
再看示意图C,图中最下面的发射区N型半导体内电子作为多数载流子大量存在,而且,如图C中所示,要将发射区的电子注入或者说是发射到P区(基区)是很容易的,只要使发射结正偏即可。
具体说就是在基极与发射极之间加上一个足够的正向的门电压(约为0.7伏)就可以了。
在外加门电压作用下,发射区的电子就会很容易地被发射注入到基区,这样就实现了对基区少数载流子——“电子”在数量上的改变。
4集电极电流Ic的形成:如图C,发射结加上正偏电压导通后,在外加电压的作用下,发射区的多数载流子——电子就会很容易地被大量发射进入基区。
这些载流子一旦进入基区,它们在基区(P区)的身份仍然属于少数载流子的性质。
如前所述,少数载流子很容易反向穿过处于反偏状态的PN结。
所以,这些载流子——电子就会很容易向上穿过处于反偏状态的集电结到达集电区形成集电极电流Ic。
由此可见,集电极电流的形成并不是一定要靠集电极的高电位。
集电极电流的大小更主要的要取决于发射区载流子对基区的注入,取决于这种发射与注入的程度。
这种载流子的发射注入程度几乎与集电极电位的高低没有什么关系。
这正好能自然地说明,为什么三极管在放大状态下,集电极电流Ic 的大小与集电极电位Vc在数量上无关的原因。
放大状态下Ic并不受控于Vc,Vc的作用主要是维持集电结的反偏状态,以此来满足三极管放状态下所需要外部电路条件。
对于Ic还可以做如下结论:Ic的本质是“少子”电流,是通过电注入方法而实现的人为可控的集电结“漏”电流。
这就是Ic为什么会很容易反向穿过集电结的原因。
5Ic与Ib的关系:很明显,对于三极管的内部电路来说,图C与图D是完全等效的。
图D就是教科书上常用的三极管电流放大原理示意图。
看图D,接着上面的讨论,集电极电流Ic与集电极电位Vc的大小无关,主要取决于发射区载流子对基区的注入程度。
通过上面的讨论,现在已经明白,NPN型三极管在电流放大状态下,内部的电流主要就是由发射区经基区再到集电区贯穿整个三极管的“电子”流。
也就是贯穿三极管的电流Ic主要是电子流。
这种贯穿的电子流,其情形与历史上的电子三极管非常类似。
如图E,图E就是电子三极管的原理示意图。
电子三极管的电流放大原理因为其结构的直观形象,可以很自然地得到解释。
如图E所示,很容易理解,电子三极管Ib与Ic之间的固定比例关系,主要取决于电子管栅极(基极)的构造。
当外部电路条件满足时,电子三极管工作在放大状态。
穿过管子的电流主要是由发射极经栅极再到集电极的电子流。
电子流在穿越栅极时,栅极会对其进行截流。
截流时就存在着一个截流比问题。
很明显,截流比的大小,则主要与栅极的疏密度有关。
如果栅极做的密,它的等效截流面积就大,截流比例自然就大,拦截下来的电子流就多。
反之截流比小,拦截下来的电子流就少。
栅极拦截下来的电子流其实就是电流Ib,其余的穿过栅极到达集电极的电子流就是Ic。
从图中可以看出,只要栅极的结构尺寸确定,那么截流比例就确定,也就是Ic与Ib的比值确定。
所以,只要管子的内部结构确定,这个比值就确定,就固定不变。
由此可知,电流放大倍数的β值主要与栅极的疏密度有关。
栅极越密则截流比例越大,相应的β值越低,栅极越疏则截流比例越小,相应的β值越高。
晶体三极管的电流放大关系与电子三极管在这一点上极其类似。
晶体三极管的基极就相当于电子三极管的栅极,基区就相当于栅网,只不过晶体管的这个栅网是动态的是不可见的。
放大状态下,贯穿整个管子的电子流在通过基区时,分布在基区的空穴其作用与电子管的栅网作用相类似,会对电子流进行截流。
如果基区做得薄,掺杂度低,基区的空穴数少,那么空穴对电子的截流量就小,这就相当于电子管的栅网比较疏一样。
反之截流量就会大。
很明显只要晶体管三极管的内部结构确定,这个截流比也就确定。
所以,为了获大较大的电流放大倍数,使β值足够高,在制作三极管时才常常要把基区做得很薄,而且其掺杂度也要控制得很低。
与电子管不同的是,晶体管的截流主要是靠带正电的“空穴”不断地与带负电的“电子”的中和来实现。
所以,截流的效果主要取决于基区空穴的数量。
而且,这个过程是个动态过程,“空穴”不断地与“电子”中和,同时“空穴”又会不断地在外部电源作用下得到补充。
在这个动态过程中,空穴的等效总数量是不变的。
基区空穴的总数量主要取决于掺“杂”度以及基区的厚薄,只要晶体管结构确定,基区空穴的总定额就确定,其相应的动态总量就确定。