第十二讲三极管工作机理

三极管工作时，需要外加特定的电压，按要求，其发射结外加正向电压即发射结的P端加+，N端加-；集电结的P端加-，N端加+，以NPN型三极管为例，其外加电压的情况如下图

注意图中，情况分析如下
左边是发射区，是N型半导体，掺杂最重，因此有很多的自由电子，便于发射载流子；中间基区，是P型半导体，掺杂较轻，有部分空穴，且宽度较窄，使发射区发射过来的载流子很容易越过基区到达集电区；右边是集电区，是N型半导体，掺杂最轻，但容积很大，便于收集载流子。
在发射区和基区交界处是发射结（PN结）；在基区和集电区交界处是集电结（也是PN结）。
图的下部是两组电源为VBE和VCB，暂不考虑电压的大小，只关心电压的方向。
其工作情况描述
先撇开右半部分不看，见下图
<ignore_js_op>

这就是前面描述的二极管外加正向电压的情况，可以参考二极管一节的外加正向电压分析，这里大部分与之相同的如扩散、复合、形成电流等内容从略。不过，也有不同之处，就是掺杂轻重的区别和容积大小的区别，这就是说，复合掉的数量很少，形成的基极电流IB（目前看也是发射极电流），目前请认识一个重要的概念，就是发射区在正向电压驱使下扩散过来的多数载流子-自由电子如果不能被复合掉的话，在基区里将成为基区的少数载流子。还有一点，不管哪个区，都有因热激发而产生的少数载流子的存在。
此时对左边部分暂告一段落，再看下右边部分，见下图
<ignore_js_op>

这是外加反向电压的PN结，由二极管一节可知，PN结外加反向电压有利于少数载流子的漂移运动，形成极小的饱和电流。
现在我们再把第一幅的这个图复制下来看一下，综合发射结外加正向集电结外加反向电压的情况。
<ignore_js_op>

从图上看，注意箭头，发社区的最右边7个自由电子（多数载流子）在VBE正向电压驱使下，向右边作扩散运动，同时，基区的最左边3个空穴（多数载流子）也在在VBE正向电压驱使下，向左边作扩散运动，因与左边来的7个自由电子中的3个相遇而复合（掉），左边刚刚运动的还剩下4个自由电子将继续向右边扩散从而到达基区，这4个自由电子在基区就属于少数载流子，受外加反向电压VCB的驱使，作漂移运动，将继续向右边移动，直到越过集电结到达集电区形成集电极电流。
这是第一批载流子运动的概貌
我们分析下形成电流的因素：发射区有7个自由电子向右运动，形成发射极电流IE，其方向与自由电子（带负电荷）运动方向相反；而基区有3个空穴在向左移动，形成基极电流，其方向与空穴（带正电荷）方向相同；剩余4个自由电子继续向右运动，形成集电极电流，其方向与自由电子（带负电荷）运动方向相反。
因此，IE = IC + IB
且
IC > IB （实际情况是远大于）
以上分析都说明什么问题呢？
发射区发射出大量的多数载流子形成发射极电流IE，被基区多数载流子复合掉一小部分形成基极电流IB，剩余的一大部分到达基区形成基区大量的少数载流子，又被集电区所收集形成集电极电流IC。
由此，我们再进一步总结一下：
发射极电流IE最大，集电极电流IC次之，仅比发射极电流小一个基极电流IB，基极电流IB最小，相对于IC来说约为1%左右，合格的一般为5%~0.2%。
需要说明的是，一旦管子制造成功，这个百分比将被固定，基本不受电流大小所改变。
从另一个方面来说，也可以理解为用微小的基极电流可以控制集电极较大的电流，这就是所谓的电流放大。控制能力就是电流放大倍数，用β表示。即
β= IC / IB
一般三极管的β在20~500的范围内。
配合IE = IC + IB，我们称为三极管的电流分配关系，即
三极管的电流分配关系是①IE = IC + IB②β= IC / IB。

冯大同发表于03-07 14:28 浏览65535次

分享到：