三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動規(guī)律、電流分配關(guān)系和放大作用

一、三極管的三種連接方式

三極管在電路中的連接方式有三種：①共基極接法；②共發(fā)射極接法，③共集電極接法。如圖Z0115所示。共什么極是指電路的輸入端及輸出端以這個極作為公共端。必須注意，無論那種接法，為了使三極管具有正常的電流放大作用，都必須外加大小和極性適當(dāng)?shù)碾妷骸＜幢仨毥o發(fā)射結(jié)加正向偏置電壓，發(fā)射區(qū)才能起到向基區(qū)注入載流子的作用；必須給集電結(jié)加反向偏置電壓（一般幾～幾十伏），在集電結(jié)才能形成較強(qiáng)的電場，才能把發(fā)射區(qū)注入基區(qū)，并擴(kuò)散到集電結(jié)邊緣的載流子拉入集電區(qū)，使集電區(qū)起到收集載流子的作用。

二、三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動規(guī)律

在發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏的條件下，三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動，可分為3個過程，下面以NPN型三極管為例來討論（共射極接法）。

1．發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入載流子的過程

由于發(fā)射結(jié)外加正向電壓，發(fā)射區(qū)的電子載流子源源不斷地注入基區(qū)，基區(qū)的多數(shù)載流子空穴，也要注入發(fā)射區(qū)。如圖Z0116所示，二者共同形成發(fā)射極電流IE。但是，由于基區(qū)摻雜濃度比發(fā)射區(qū)小2～3個數(shù)量級，注入發(fā)射區(qū)的空穴流與注入基區(qū)的電子流相比，可略去。

2. 載流子在基區(qū)中擴(kuò)散與復(fù)合的過程

由發(fā)射區(qū)注入基區(qū)的電子載流子，其濃度從發(fā)射結(jié)邊緣到集電結(jié)邊緣是逐漸遞減的，即形成了一定的濃度梯度，因而，電子便不斷地向集電結(jié)方向擴(kuò)散。由于基區(qū)寬度制作得很小，且摻雜濃度也很低，從而大大地減小了復(fù)合的機(jī)會，使注入基區(qū)的95%以上的電子載流子都能到達(dá)集電結(jié)。故基區(qū)中是以擴(kuò)散電流為主的，且擴(kuò)散與復(fù)合的比例決定了三極管的電流放大能力。

3.集電區(qū)收集載流子的過程

集電結(jié)外加較大的反向電壓，使結(jié)內(nèi)電場很強(qiáng)，基區(qū)中擴(kuò)散到集電結(jié)邊緣的電子，受強(qiáng)電場的作用，迅速漂移越過集電結(jié)而進(jìn)入集電區(qū)，形成集電極電流Inc。另一方面，集電結(jié)兩邊的少數(shù)載流子，也要經(jīng)過集電結(jié)漂移，在c，b之間形成所謂反向飽和電流ICBO，不過，ICBO一般很小，因而集電極電流

INC +ICBO ≈ INC　　　　　　　　　　 GS0105

同時基極電流

IB = IPB +IE -ICBO≈IPB - ICBO 　　　GS0106

反向飽和電流ICBO與發(fā)射區(qū)無關(guān)，對放大作用無貢獻(xiàn)，但它是溫度的函數(shù)，是管子工作不穩(wěn)定的主要因素。制造時，總是盡量設(shè)法減小它。

三、三極管的電流分配關(guān)系與放大作用

1.電流分配關(guān)系

由圖Z0116可知，三極管三個電極上的電流組成如下：

發(fā)射極電流IE

IE=INE+IPE ≈INE 　　　　　　　GS0107

基極電流IB

IB = IPB + IPE - ICBO ≈IPB - ICBO

集電極電流IC

IC=INC +ICBO≈ INC

同時由圖Z0116也可看出

INE= INC +IPB　　　　　　　　GS0108

由以上諸式可得到

IE=IC+ IB 　　　　　　　　　GS0109

它表明，發(fā)射極電流IE按一定比例分配為集電極電流Ic和基極電流 IB 兩個部分，因而晶體三極管實(shí)質(zhì)上是一個電流分配器件。對于不同的晶體管，盡管IC與IB的比例是不同的，但上式總是成立的，所以它是三極管各極電流之間的基本關(guān)系式。

由圖Z0116也可以看出，INC 代表由發(fā)射區(qū)注入基區(qū)進(jìn)而擴(kuò)散到集電區(qū)的電子流，IPB代表從發(fā)射區(qū)注入基區(qū)被復(fù)合后形成的電流。對于一個特定的三極管，這二者的比例關(guān)系是確定的，通常將這個比值稱為共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)。用β表示，

即

如果忽略ICBO，則

該式說明IB對IC有控制作用。

變換一下式GS0110，可寫成

令 則上式可寫成:

此式表明，集電極電流由兩部分組成：一部分是，它表示IC與IB的比例關(guān)系，另一部分是

稱為穿透電流其意義將在三極管參數(shù)中介紹。

綜合共射極三極管的電流分配關(guān)系，可寫為

三極管的電流分配關(guān)系還可以用由發(fā)射區(qū)傳輸?shù)郊妳^(qū)的電子流 INC與發(fā)射極總發(fā)射的電子流IE之間的比例關(guān)系來表示。將這二者的比值稱為共基極直流電流放大系數(shù)，用 表示即:

由于 IC = INC＋I(xiàn)ICBO，且IC ＞＞ICBO，故:

該式說明IE對IC也有控制作用。

由上可得出共基極電流分配關(guān)系為

和 都是描述三極管的同一過程，它們之間必然存在著內(nèi)在聯(lián)系。由它們各自的表達(dá)式知：

即