三極管工作原理

三極管是我們學習模擬技術中最重要的器件之一，三極管的工作原理有些復雜，下面我們一起來學習一下三極管的工作原理。

晶體三極管(以下簡稱三極管)按材料分有兩種：鍺管和硅管。而每一種又有NPN和PNP兩種結構形式，但使用最多的是硅NPN和鍺PNP兩種三極管，(其中，N表示在高純度硅中加入磷，是指取代一些硅原子，在電壓刺激下產生自由電子導電，而p是加入硼取代硅，產生大量空穴利于導電)。兩者除了電源極性不同外，其工作原理都是相同的，下面僅介紹NPN硅管的電流放大原理?！τ贜PN管，它是由2塊N型半導體中間夾著一塊P型半導體所組成，發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間形成的PN結稱為發(fā)射結，而集電區(qū)與基區(qū)形成的PN結稱為集電結，三條引線分別稱為發(fā)射極e、基極b和集電極c。

當b點電位高于e點電位零點幾伏時，發(fā)射結處于正偏狀態(tài)，而C點電位高于b點電位幾伏時，集電結處于反偏狀態(tài)，集電極電源Ec要高于基極電源Ebo。在制造三極管時，有意識地使發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子濃度大于基區(qū)的，同時基區(qū)做得很薄，而且，要嚴格控制雜質含量，這樣，一旦接通電源后，由于發(fā)射結正偏，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子(電子)及基區(qū)的多數(shù)載流子(空穴)很容易地越過發(fā)射結互相向對方擴散，但因前者的濃度基大于后者，所以通過發(fā)射結的電流基本上是電子流，這股電子流稱為發(fā)射極電流了。由于基區(qū)很薄，加上集電結的反偏，注入基區(qū)的電子大部分越過集電結進入集電區(qū)而形成集電極電流Ic，只剩下很少(1-10%)的電子在基區(qū)的空穴進行復合，被復合掉的基區(qū)空穴由基極電源Eb重新補給，從而形成了基極電流Ibo.根據(jù)電流連續(xù)性原理得：Ie=Ib+Ic，這就是說，在基極補充一個很小的Ib，就可以在集電極上得到一個較大的Ic，這就是所謂電流放大作用，Ic與Ib是維持一定的比例關系，即：β1=Ic/Ib 式中：β1--稱為直流放大倍數(shù)，集電極電流的變化量△Ic與基極電流的變化量△Ib之比為：β= △Ic/△Ib。式中β--稱為交流電流放大倍數(shù)，由于低頻時β1和β的數(shù)值相差不大，所以有時為了方便起見，對兩者不作嚴格區(qū)分，β值約為幾十至一百多。三極管是一種電流放大器件，但在實際使用中常常利用三極管的電流放大作用，通過電阻轉變?yōu)殡妷悍糯笞饔谩?/p>

NPN三極管放大時管子內部的工作原理：

1、發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子(形成發(fā)射極電流)

發(fā)射結施加正向電壓且摻雜濃度高，所以發(fā)射區(qū)多數(shù)自由電子越過發(fā)射結擴散到基區(qū)，發(fā)射區(qū)的自由電子由直流電源補充，從而形成了發(fā)射極電流。(同時，基區(qū)的多數(shù)載流子也會擴散到發(fā)射區(qū)，成為發(fā)射極電流的一部分。由于基區(qū)很薄，且摻雜濃度較低，因此由基區(qū)多數(shù)空穴形成的電流可以忽略不計。)

2、自由電子在基區(qū)和空穴復合，形成基區(qū)電流，并繼續(xù)向集電區(qū)擴散

自由電子進入基區(qū)后，先在靠近發(fā)射結的附近密集，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)中向集電結擴散，被集電結電場拉入集電區(qū)形成集電極電流。也有很小一部分電子(因為基區(qū)很薄)與基區(qū)的空穴復合(基區(qū)中的空穴由直流電源補充)，擴散的電子流與復合電子流之比例決定了三極管的放大能力。

3、集電區(qū)收集自由電子，形成集電極電流

由于集電結加反向電壓且面積很大，這個反向電壓產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附近的電子拉入集電區(qū)從而形成集電極主電流Icn。另外集電區(qū)的少數(shù)載流子(空穴)也會產生漂移運動，流向基區(qū)形成反向飽和電流，用Icbo來表示，其數(shù)值很小，但對溫度卻異常敏感。

4 三極管工作狀態(tài)

NPN 型,當B與E之間電壓Vbe>0.5V時,如果三個管腳電壓關系是Vc>Vb>Ve,則會處於放大狀態(tài);如果是Vb>Vc>Ve 則會處於飽和狀態(tài)(相當於開關);如果此時Ve>Vc則仍會處於截止狀態(tài).

PNP 型,當B和E之間電壓Veb>0.5V時,如果三個管腳電壓關系是Ve>Vb>Vc,則會處於放大狀態(tài);如果是Ve>Vc>Vb則會處於飽和狀態(tài)(相當於開關);如果此時Vc>Ve則仍會處於截止狀態(tài).

注:三極管放大狀態(tài)時,導通能力大小由基極電流Ib決定,因此三極管是電流控制型元件.