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三極管的結(jié)構(gòu)分析

文章出處:作者:人氣:-發(fā)表時(shí)間:2016-09-13 15:15:00

  三極管的基本結(jié)構(gòu)是兩個(gè)反向連結(jié)的PN結(jié)面,可有pnp和npn兩種組合。三個(gè)接出來的端點(diǎn)依序稱為發(fā)射極(emitter,E)、基極(base,B)和集電極(collector,C),名稱來源和它們在三極管操作時(shí)的功能有關(guān)。圖中也顯示出npn與pnp三極管的電路符號(hào),發(fā)射極特別被標(biāo)出,箭號(hào)所指的極為n型半導(dǎo)體,和二極體的符號(hào)一致。在沒接外加偏壓時(shí),兩個(gè)pn接面都會(huì)形成耗盡區(qū),將中性的p型區(qū)和n型區(qū)隔開。

  pnp和npn三極管的結(jié)構(gòu)及其示意圖三極管的電特性和兩個(gè)pn結(jié)面的偏壓有關(guān),工作區(qū)間也依偏壓方式來分類,這里我們先討論最常用的所謂”正向活性區(qū)”(forwardactive),在此區(qū)EB極間的pn接面維持在正向偏壓,而BC極間的pn接面則在反向偏壓,通常用作放大器的三極管都以此方式偏壓。為一pnp三極管在此偏壓區(qū)的示意圖。EB接面的空乏區(qū)由于正向偏壓會(huì)變窄,載體看到的位障變小,射極的空穴會(huì)注入到基極,基極的電子也會(huì)注入到射極;而BC接面的耗盡區(qū)則會(huì)變寬,載體看到的位障變大,故本身是不導(dǎo)通的。圖2(b)畫的是沒外加偏壓,和偏壓在正向活性區(qū)兩種情形下,空穴和電子的電位能的分布圖。三極管和兩個(gè)反向相接的pn二極管有什么差別呢?其間最大的不同部分就在于三極管的兩個(gè)接面相當(dāng)接近。

 


  以上述之偏壓在正向活性區(qū)之pnp三極管為例,射極的空穴注入基極的n型中性區(qū),馬上被多數(shù)載體電子包圍遮蔽,然后朝集電極方向擴(kuò)散,同時(shí)也被電子復(fù)合。當(dāng)沒有被復(fù)合的空穴到達(dá)BC接面的耗盡區(qū)時(shí),會(huì)被此區(qū)內(nèi)的電場加速掃入集電極,空穴在集電極中為多數(shù)載體,很快藉由漂移電流到達(dá)連結(jié)外部的歐姆接點(diǎn),形成集電極電流IC。IC的大小和BC間反向偏壓的大小關(guān)系不大?;鶚O外部僅需提供與注入空穴復(fù)合部分的電子流IBrec,與由基極注入射極的電子流InBE(這部分是三極管作用不需要的部分)。InBE在射極與與電洞復(fù)合,即InBE=IErec。pnp三極管在正向活性區(qū)時(shí)主要的電流種類可以清楚地。射極注入基極的空穴流大小是由EB接面間的正向偏壓大小來控制,和二極體的情形類似,在啟動(dòng)電壓附近,微小的偏壓變化,即可造成很大的注入電流變化。更精確的說,三極管是利用VEB(或VBE)的變化來控制IC,而且提供之IB遠(yuǎn)比IC小。npn三極管的操作原理和pnp三極管是一樣的,只是偏壓方向,電流方向均相反,電子和空穴的角色互易。pnp三極管是利用VEB控制由射極經(jīng)基極,入射到集電極的空穴,而npn三極管則是利用VBE控制由射極經(jīng)基極、入射到集電極的電子。三極管在數(shù)字電路中的用途其實(shí)就是開關(guān),利用電信號(hào)使三極管在正向活性區(qū)(或飽和區(qū))與截止區(qū)間切換,就開關(guān)而言,對應(yīng)開與關(guān)的狀態(tài),就數(shù)字電路而言則代表0與1(或1與0)兩個(gè)二進(jìn)位數(shù)字。若三極管一直維持偏壓在正向活性區(qū),在發(fā)射極與基極間微小的電信號(hào)(可以是電壓或電流)變化,會(huì)造成射極與集電極間電流相對上很大的變化,故可用作信號(hào)放大器。

 

 

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