三极管的原理

合集下载

三极管的工作原理

三极管的工作原理

三极管的工作原理一、引言三极管是一种重要的半导体器件,广泛应用于电子电路中。

了解三极管的工作原理对于理解和设计电子电路至关重要。

本文将详细介绍三极管的工作原理及其相关概念。

二、三极管的结构三极管由三个不同掺杂的半导体材料构成,分别是发射区(Emitter)、基区(Base)和集电区(Collector)。

发射区和集电区是P型半导体,而基区是N型半导体。

三极管的结构决定了它的工作原理。

三、三极管的工作原理1. 静态工作点三极管的工作原理可以通过静态工作点来理解。

静态工作点是指三极管在电路中的偏置状态,通常通过直流电压和直流电流来描述。

静态工作点的选择对于三极管的性能和稳定性至关重要。

2. 放大作用三极管的主要作用是放大电流和电压。

当输入信号施加到三极管的基极时,三极管会将输入信号放大,并将放大后的信号输出到集电极。

这种放大作用使得三极管在放大器、放大开关等电路中得到广泛应用。

3. 工作模式三极管有三种工作模式,分别是放大模式、截止模式和饱和模式。

在放大模式下,三极管的输入信号会被放大;在截止模式下,三极管的输入信号会被截断;在饱和模式下,三极管的输入信号会被完全导通。

4. 输入和输出特性三极管的输入特性是指输入电流与输入电压之间的关系,而输出特性是指输出电流与输出电压之间的关系。

这些特性对于电子电路的设计和分析非常重要。

5. 工作参数三极管的工作参数包括β值(电流放大倍数)、Vbe(基极与发射极之间的电压)和Vce(集电极与发射极之间的电压)。

这些参数决定了三极管的放大能力和工作稳定性。

四、应用领域三极管广泛应用于各种电子电路中,例如放大器、开关、振荡器、稳压器等。

在通信、计算机、音频设备、电源系统等领域都有三极管的身影。

五、总结三极管是一种重要的半导体器件,具有放大作用和多种工作模式。

了解三极管的工作原理对于电子电路的设计和分析至关重要。

本文详细介绍了三极管的结构、工作原理、工作模式、特性参数和应用领域。

三极管的工作原理与应用

三极管的工作原理与应用

三极管的工作原理与应用一、工作原理:三极管是一种半导体器件,由三个控制电极组成:发射极、基极和集电极。

它是一种双极型晶体管,通过控制基极电流,可以调节集电极电流的放大倍数。

三极管的工作原理基于PN结的电子输运和控制。

1. PN结电子输运:三极管的基本结构是由两个不同掺杂的半导体材料构成的PN结。

当基极与发射极之间的PN结正向偏置时,发射极的电子从N区向P区注入,形成电子云。

同时,基极与集电极之间的PN结反向偏置,形成一个薄的耗尽区域,阻止电子从集电极流向基极。

2. 控制基极电流:当在基极电流(IB)的作用下,发射极的电子云会受到吸引,一部分电子会穿越耗尽区域,进入集电极。

这样,小的基极电流可以控制大的集电极电流,实现信号的放大。

3. 工作模式:根据三极管的工作区域,可以分为三种模式:放大模式、截止模式和饱和模式。

在放大模式下,基极电流控制集电极电流的放大倍数。

在截止模式下,基极电流很小,集电极电流接近于零。

在饱和模式下,基极电流足够大,集电极电流接近于最大值。

二、应用领域:三极管作为一种重要的电子器件,在各个领域都有广泛的应用。

1. 放大器:三极管可以将微弱的信号放大成较大的信号,用于音频放大器、射频放大器等电子设备中。

通过调节基极电流,可以实现对信号的放大和控制。

2. 开关:三极管可以作为开关控制电路中的关键元件,用于控制电流的开关状态。

在数字电路中,三极管可以实现逻辑门电路的功能,如与门、或门等。

3. 振荡器:三极管可以用于构建振荡器电路,产生稳定的高频信号。

振荡器广泛应用于无线通信、雷达、计算机等领域。

4. 温度传感器:三极管的温度特性可以用于温度传感器。

通过测量三极管的电流和温度之间的关系,可以实现对环境温度的测量。

5. 电源稳压:三极管可以用于构建稳压电路,通过调节基极电流,实现对电源输出电压的稳定控制。

总结:三极管的工作原理基于PN结的电子输运和控制,通过调节基极电流,可以实现对集电极电流的放大和控制。

三极管的工作原理

三极管的工作原理

三极管的工作原理引言概述:三极管是一种重要的半导体器件,广泛应用于电子电路中。

它是由三个掺杂不同的半导体材料构成的,具有放大、开关等功能。

本文将详细介绍三极管的工作原理。

一、三极管的结构1.1 发射极:发射极是三极管的输入端,负责输入控制信号。

1.2 基极:基极是三极管的控制端,控制电流的流动。

1.3 集电极:集电极是三极管的输出端,负责输出放大后的信号。

二、三极管的工作原理2.1 漏极电压:当基极与发射极之间的电压大于一定阈值时,三极管处于导通状态。

2.2 饱和区和截止区:三极管在饱和区时,电流最大;在截止区时,电流几乎为零。

2.3 放大作用:三极管能够将输入信号放大,并输出到集电极,实现信号放大的功能。

三、三极管的类型3.1 NPN三极管:发射极和集电极之间是N型材料,基极是P型材料。

3.2 PNP三极管:发射极和集电极之间是P型材料,基极是N型材料。

3.3 不同类型的三极管在电路中的应用略有不同,需要根据具体情况选择合适的类型。

四、三极管的应用4.1 放大器:三极管可以作为放大器,将输入信号放大后输出。

4.2 开关:三极管还可以作为开关,控制电路的通断。

4.3 振荡器:三极管还可以组成振荡器,产生高频信号。

五、三极管的特点5.1 小体积:三极管具有小体积、轻量化的特点,适合在各种电子设备中应用。

5.2 高可靠性:三极管具有高可靠性,使用寿命长。

5.3 稳定性好:三极管在一定工作条件下,稳定性较好,能够满足电路的要求。

总结:通过本文的介绍,我们可以了解到三极管的结构、工作原理、类型、应用和特点。

三极管作为一种重要的半导体器件,在电子领域有着广泛的应用,对于我们理解电子电路原理和设计具有重要意义。

三极管的基本原理和特性

三极管的基本原理和特性

三极管的基本原理和特性三极管,也称为双极型晶体管,是一种电子器件,广泛应用于电子工程中。

它通过控制一个区域内电子数的数量,从而控制器件的输出。

三极管主要由三个不同的层组成:负掺杂的“基底”、负载流体的“发射区”和正掺杂的“收集区”。

这三个区域在构成三极管时起着不同的作用。

下面将详细介绍三极管的基本原理和特性。

1. 基本原理基本上,三极管的原理可以通过晶体管的行为模型进行解释。

传输电子会散布在晶格中,而晶格中的杂质离子会成为电子的“弹簧”,驱使它们远离它们的电子亲缘体,并使它们变得自由流动。

晶体管的行为可以通过控制电子的流动来转换电路。

此外,基地-发射结和基地-集电结之间的压差(电压)是确定三极管操作状态的主要方式。

2. 特性三极管具有许多特性,其中一些如下:放大功能:三极管可以被设置为放大器,能够增加电压和电流,并将信号转换为更大范围的输出信号。

开关功能:三极管的另一个常见应用是作为数字开关。

由于它可以提供二极管所不能提供的低电阻和高的开启电阻,使得当适当的电压应用到基极时,它可以作为一个快速开关器使用。

激励器功能:三极管也可以被设置为激励器,它可以控制其他的电路和设备。

稳压器功能:三极管在一些电源和电压调节器中也被广泛使用,可以用来限制电压,并在一定电压范围内保持稳定。

这在各种电子设备需要稳定电源的时候很有用。

3. 操作问题三极管的操作有许多问题。

其中,温度的影响是最重要的一个,高温会引起三极管器件的老化和分解,并降低整个系统的性能。

此外,电压的波动、静电、噪声电源、以及引起器件损坏的过载可能都会对三极管的操作造成影响。

同时,为了避免这些问题,需要选择合适的三极管类型和参数。

例如,有时在功率放大器及其他要求较高的工作条件中,需要使用具有良好散热和耐压的特殊三极管。

总体来看,三极管是一种重要的电子器件,可以在各种电子设备和系统中广泛使用。

掌握其基本原理和特性及其操作问题对善于电子工程的从业人员来说是至关重要的。

三极管原理介绍

三极管原理介绍

三极管原理介绍《三极管原理介绍》1. 引言嘿,你有没有想过,那些小小的电子设备里,是怎么实现信号放大的呢?就像咱们的收音机,怎么就能把微弱的电台信号变得那么响亮呢?这背后呀,三极管可是大功臣呢!今天,咱们就来好好唠唠三极管的原理,从它最基本的概念,到它是怎么工作的,再到它在生活和高科技领域的应用,还有那些容易让人迷糊的地方,咱们都会说到。

2. 核心原理2.1基本概念与理论背景三极管啊,它可是电子学里非常重要的一个元件。

从发展历程来说,它可是经历了很长时间的研究和改进呢。

三极管的基础理论就涉及到半导体的知识。

半导体简单来说,就像是一个有点调皮的材料,它的导电性介于导体和绝缘体之间。

三极管就是用半导体材料做的。

它有三个电极,分别是基极(B)、集电极(C)和发射极(E)。

这就好比是一个有三个出入口的小房子,电子可以从不同的门进出。

三极管主要有两种类型,NPN型和PNP型。

这两种类型就像是一对双胞胎,有点相似又有点不同。

NPN型呢,是由两块N型半导体中间夹着一块P型半导体组成的;PNP型则是两块P型半导体中间夹着一块N型半导体。

说白了,这就像是不同口味的三明治,只是中间夹的东西和两边的不太一样。

2.2运行机制与过程分析咱们先来说说NPN型三极管的工作过程吧。

想象一下,基极就像是一个控制阀门,发射极是电子的发射源头,集电极是收集电子的地方。

当给基极加上一个小的电流信号时,就好像轻轻打开了那个控制阀门。

这时候,发射极的电子就像一群急于通过关卡的小蚂蚁,看到阀门打开了一点,就大量地涌向基极。

因为基极很薄,这些电子中的大部分就像穿过一个狭窄通道一样,穿过基极跑到集电极那里去了。

这就使得集电极的电流比基极的电流大很多,这就是三极管的电流放大作用。

对于PNP型三极管呢,它的工作过程类似,只是电流的方向和NPN型是相反的。

这就好比是在一条马路上,NPN型是车从东边驶向西边,PNP 型就是车从西边驶向东边。

3. 理论与实际应用3.1日常生活中的实际应用在咱们日常生活中,三极管的应用可多了去了。

三极管的工作原理与应用

三极管的工作原理与应用

三极管的工作原理与应用一、工作原理:三极管是一种半导体器件,由三个掺杂不同材料的半导体层组成。

它的工作原理基于PN结的特性和电场控制。

三极管的结构包括一个发射极(Emitter)、一个基极(Base)和一个集电极(Collector)。

发射极和基极之间形成一个PN结,而基极和集电极之间形成另一个PN结。

当三极管处于正向偏置时,发射极和基极之间的PN结处于正向偏置,而基极和集电极之间的PN结处于反向偏置。

在正向偏置下,发射极注入大量的载流子(电子或者空穴)进入基极区域。

这些载流子会被基区的电场吸引,并通过基极进入集电极区域。

而在反向偏置下,基极和集电极之间的PN结形成一个反向击穿区域,阻挠电流通过。

根据电场控制的原理,当在基极区域注入的载流子数量增加时,会导致集电极区域的电流增加。

因此,三极管可以通过控制基极电流来控制集电极电流的大小。

二、应用:1. 放大器:三极管可以作为放大器使用。

在放大器电路中,三极管的基极电流被调整,从而控制集电极电流的大小。

通过适当的电路设计,可以将输入信号的弱小变化放大为输出信号的较大变化。

2. 开关:三极管也可以作为开关使用。

当三极管的基极电流为零时,三极管处于截止状态,集电极电流为零。

当基极电流增加时,三极管进入饱和状态,集电极电流达到最大值。

因此,可以利用三极管的开关特性控制电路的通断。

3. 振荡器:三极管还可以用于构建振荡器电路。

通过适当的电路连接和反馈,可以使三极管在特定频率下产生连续的振荡信号。

4. 温度传感器:三极管的工作状态和温度密切相关。

通过测量三极管的电流和电压,可以推算出环境的温度变化。

5. 电压调节器:三极管还可以用于构建电压调节器电路。

通过控制三极管的工作状态,可以稳定输出电压,保护后续电路免受过高或者过低的电压影响。

总结:三极管是一种重要的半导体器件,具有广泛的应用领域。

它的工作原理基于PN结和电场控制的特性,可以作为放大器、开关、振荡器、温度传感器和电压调节器等多种电路中的关键组件。

三极管的工作原理

三极管的工作原理
三极管是一种常用的电子器件,其工作原理是基于PN结的导电特性。

它由三个控制端分别为基极(B)、发射极(E)和集电极(C)构成。

当三极管的基极与发射极之间施加一个正向电压时,即基极的电势高于发射极,此时PN结会被正向偏置。

由于PN结的导电特性,电子会从N区域注入到P区域,并与P区域中的空穴重新组合。

在基极注入的电子数量足够多时,P区域会形成一个“电子云”,这就是基区。

基区的电荷状态会对P区和N
区的导电特性产生影响。

当外部施加的电压继续增大,足够大以让基极与发射极之间的电压达到饱和值时,三极管就进入了饱和区。

在饱和区,电流可以从集电极流向发射极,这时三极管的电流放大特性可以得到利用。

当外部电压减小时,三极管将退出饱和区。

另一种情况是,当基极与发射极之间施加一个反向电压时,即基极的电势低于发射极,此时PN结会被反向偏置。

在这种情况下,三极管处于截止区,几乎没有电流通过。

总之,通过控制三极管的基极电压,可以实现对集电极和发射极之间电流的控制和调节。

这使得三极管成为了很多电子电路中非常重要的元件之一。

三极管工作原理简述

三极管工作原理简述三极管,也叫做晶体三极管,是一种半导体器件,是现代电子学中使用最广泛的元件之一。

三极管的工作原理是在两个PN结之间加入一个控制电极,控制电极可以通过控制电压来控制器件的电流。

我们来了解一下PN结。

PN结是由P型半导体和N型半导体组成的结。

P型半导体中含有大量的空穴,而N型半导体中含有大量的电子。

当P型半导体和N型半导体连接时,空穴和电子会相互扩散。

这种扩散会导致PN结形成一个电场,这个电场可以阻挡电子和空穴的进入,因此PN结中只有极少数的电子和空穴。

三极管由三个掺杂不同的半导体区组成:发射极、基极和集电极。

发射极和集电极都是N型半导体,而基极是P型半导体。

发射极和集电极之间形成一个PN结,而发射极和基极之间也形成一个PN 结。

当三极管中的电压和电流满足一定的条件时,PN结中的电子和空穴会被注入到基极中。

这些电子和空穴在基极中会以不同的方式重新组合。

如果基极与发射极之间的电压大于PN结的阈值电压,电子就会从基极流入发射极。

这个过程被称为“注入”。

当电子从基极流入发射极时,会形成一个电流,这个电流被称为“发射极电流”。

发射极电流可以被控制,因为我们可以通过控制基极与发射极之间的电压来控制电子的注入量。

当基极与发射极之间的电压增加时,发射极电流也会增加。

如果我们将基极与集电极之间的电压保持在一个较低的水平,发射极电流就会流入集电极,形成一个“集电极电流”。

由于集电极电流的大小取决于发射极电流的大小,因此我们可以通过控制基极与发射极之间的电压来控制集电极电流的大小。

三极管的工作原理可以被看作是一个控制电流的过程。

通过控制基极与发射极之间的电压来控制发射极电流的大小,从而控制集电极电流的大小。

三极管被广泛应用于放大信号和开关电路中,是电子学中不可或缺的元件之一。

三极管npn的工作原理

三极管npn的工作原理
NPN三极管是一种常用的双极型晶体管,在电子器件中应用广泛。

它由三个掺杂不同类型的半导体材料构成,分别是N 区(负电荷载流子区)、P区(正电荷载流子区)和N区(负电荷载流子区)。

NPN三极管的工作原理如下:
1. 开关状态:当无外加电压时,NPN三极管处于关闭状态,没有电流流过。

此时,基区没有电流通过,无法使集电极和发射极之间产生足够的电压来放大输入信号。

2. 放大状态:当在基极和发射极之间施加一个电压时,基区会形成电流,这个电流也称为基电流。

当基电流足够大时,它会将NPN三极管推至工作状态,这时集电极和发射极之间存在较大的电压差,从而形成放大效应。

通过调节基电流的大小,可以调整NPN三极管的放大倍数。

具体工作过程如下:
1. 输入:将输入信号(例如电压或电流)加到基极,通过控制基电流的大小来控制NPN三极管的放大倍数。

2. 放大:当正向偏置电压(例如外加电压)施加到集电极和发射极之间时,电子从发射极流向基极,同时由于浓度差异,少数载流子空穴从基极进入集电极,形成电流放大效应。

3. 输出:输出信号从集电极取出。

总之,NPN三极管的工作原理是基于控制基电流从而控制集电极和发射极之间的电压差,以实现信号放大的效果。

三极管工作原理特点

三极管工作原理特点三极管是一种电子元件,它是由三个控制电极构成的半导体器件,具有放大、开关、稳压等多种功能。

三极管的工作原理是基于PN结的正负载流控制原理。

下面我们来详细了解一下三极管的工作原理特点。

一、PN结的正负载流控制原理PN结是两种掺杂浓度不同的半导体材料交界处,具有正负载流控制的特性,即PN结正向偏置时,电子向正极流动,空穴向负极流动,产生少量载流子;PN结反向偏置时,少量的载流子流向结区,就会导致结区电场强度变大,反向偏压继续增加时,电场强度将会趋向饱和,结区电阻急剧增加,电流很小且几乎不变。

二、放大原理三极管的放大原理主要是利用PN结的正负载流控制特性。

在三极管放大电路中,它的基节点接有输入信号,当信号为正半个周期时,PCB板上的线路向基-发射极电极的方向施加正偏压,发射极就会流出大量的电子,集电极也就能够得到放大信号,同时将信号放大后再输出。

如此反复,我们便完成了一个基本放大电路。

三、开关原理三极管的另一个重要特性是开关原理。

当三极管的基极电压很小或接近于零时,开关处于关闭状态,此时多数载流子流不过PN结,出现负载端输出电压为低电平;基极电压增加到一定值时,三极管进入导通状态,可以使大量的载流子从发射极到集电极,出现负载端输出电压为高电平。

四、稳压原理三极管的稳压原理是利用基极-发射极的电流常数不变性。

由于PN 结的反向电压增大,电子由发射极进入基区的电流减小,而发射极电流被集电极电流补偿。

当反向电压足够大,基区电流几乎为零,这时的电压称为稳压电压,稳压原理在各种电源中得到广泛应用。

总之,三极管具有放大、开关、稳压等多种功能,可以在电子电路中起到很好的作用。

在实际应用中,我们需要根据具体的需求选择不同类型的三极管,从而发挥出它的最大功效。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

——晶体三极管放大原理的讲解晶体三极管作为一个常用器件,是构成现代电子世界的重要基石。

然而,传统的教科书对其工作原理的讲述却存在有很大问题,使初学者对三极管的工作原理无法正常理解,感到别扭与迷茫。

其主要问题有以下三点:1 严重割裂晶体二极管与三极管在原理上的自然联系。

没有真正说明三极管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,为什么集电结仍然会有反向大电流Ic通过。

很多教科书对于这部分内容,在讲解方法上都存在有很大问题。

有一些针对初、中级学者的普及性教科书,干脆采用了回避的方法,只给出结论却不讲原因。

既使专业性很强的教科书,采用的讲解方法大多也存在有很值得商榷的问题。

这些问题集中表现在讲解方法的切入角度不恰当,致使逻辑混乱,讲解内容前后矛盾,甚至造成讲还不如不讲的效果,使很多初学者看后会产生一头雾水的感觉。

笔者根据多年的总结思考与教学实践,对于这部分内容摸索出了一个适合于自己教学的新讲解方法,并通过具体的教学实践收到了一定效果。

虽然新的讲解方法也肯定会有所欠缺,但本人还是怀着与同行共同探讨的愿望不揣冒昧把它写出来,以期能通过同行朋友的批评指正来加以完善。

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。

即:PN结反偏时,截止的只是多数载流子。

而对于少数截流子的通过,PN结不仅不截止,反而会使其更加容易。

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。

5 Ic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。

相关文档
最新文档