三极管的基础知识及工作原理
三极管的基础知识及工作原理
1 三极管的结构和分类
其共同特征就是具有三个电极，这就是“三极管”简称的来历。通俗来讲，三极管内部为由p型半导体和n型半导体组成的三层结构，根据分层次序分为npn型和pnp型两大类。
上述三层结构即为三极管的三个区, 中间比较薄的一层为基区，另外两层同为n型或p型，其中尺寸相对较小、多数载流子浓度相对较高的一层为发射区，另一层则为集电区。三极管的这种内部结构特点，是三极管能够起放大作用的内部条件。
三个区各自引出三个电极，分别为基极（b） 、发射极（e）和集电极（c）。
如图b所示，三层结构可以形成两个pn结，分别称为发射结和集电结。三极管符号中的箭头方向就是表示发射结的方向。
三极管内部结构中有两个具有单向导电性的pn结，因此当然可以用作开关元件，但同时三极管还是一个放大元件，正是它的出现促使了电子技术的飞跃发展。
2 三极管的电流放大作用
直流电压源vcc应大于vbb，从而使电路满足放大的外部条件：发射结正向偏置，集电极反向偏置。改变可调电阻rb，基极电流ib，集电极电流ic 和发射极电流ie都会发生变化，由测量结果可以得出以下结论：
（1） ie ＝ ib ＋ ic ( 符合克希荷夫电流定理）
（2） ic ≈ ib ×? （ ?称为电流放大系数，可表征三极管的电流放大能力）
（3）△ ic ≈ △ ib ×?
由上可见，三极管是一种具有电流放大作用的模拟器件。
3 三极管的放大原理
以下用npn三极管为例说明其内部载流子运动规律和电流放大
原理，
1、发射区向基区扩散电子：由于发射结处于正向偏置，发射区的多数载流子（自由电子）不断扩散到基区，并不断从电源补充进电子，形成发射极电流ie。
2、电子在基区扩散和复合：由于基区很薄，其多数载流子（空穴）浓度很低，所以从发射极扩散过来的电子只有很少部分可以和基区空穴复合，形成比较小的基极电流ib，而剩下的绝大部分电子都能扩散到集电结边缘。
3、集电区收集从发射区扩散过来的电子：由于集电结反向偏置，可将从发射区扩散到基区并到达集电区边缘的电子拉入集电区，从而形成较大的集电极电流ic。
4 三极管的输入输出特性
三极管的输入特性是指当集-射极电压uce为常数时，基极电流ib与基-射极电压ube之间的关系曲线。
对硅管而言，当uce超过1v时，集电结已经达到足够反偏，可以把从发射区扩散到基区的电子中的绝大部分拉入集电区。如果此时再增大uce ，只要ube保持不变（从发射区发射到基区的电子数就一定）， ib也就基本不变。就是说，当uce超过1v后的输入特性曲线基本上是重合的。
由图可见，和二极管的伏安特性一样，三极管的输入特性也有一段死区，只有当ube大于死区电压时，三极管才会出现基极电流ib。通常硅管的死区电压约为0.5v，锗管约为0.1v。在正常工作情况下，npn型硅管的发射结电压ube为0.6～0.7v，pnp型锗管的发射结电压ube为-0.2～ -0.3v。
三极管的输出特性是指当基极电流ib一定时，集电极电流ic与集-射极电压uce之间的关系曲线。在不同的ib下，可得出不同的曲线，所以三极管的输出特性是一组曲线。通常把输出特性曲线分为三个工作区：
1、放大区：输出特性曲线的近于水平部分是放大区。在放大区, ic ＝ ib ×?,由于在不同ib下电流放大系数近似相等，所以放大区也称为线性区。三级管要工作在放大区，发射结必须处于正向偏置，集电结则应处于反向偏置，对硅管而言应使ube>0，ubc<0。
2、截止区： ib ＝ 0的曲线以下的区域称为截止区。实际上，对npn硅管而言，当ube＜0.5v时即已开始截止，但是为了使三极管可靠截止，常使ube≤0v，此时发射结和集电结均处于反向偏置。
3、饱和区：输出特性曲线的陡直部分是饱和区，此时ib的变化对 ic的影响较小，放大区的?不再适用于饱和区 。在饱和区， uce＜ube，发射结和集电结均处于正向偏置。
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上述三层结构即为三极管的三个区, 中间比较薄的一层为基区，另外两层同为n型或p型，其中尺寸相对较小、多数载流子浓度相对较高的一层为发射区，另一层则为集电区。三极管的这种内部结构特点，是三极管能够起放大作用的内部条件。
三个区各自引出三个电极，分别为基极（b） 、发射极（e）和集电极（c）。
如图b所示，三层结构可以形成两个pn结，分别称为发射结和集电结。三极管符号中的箭头方向就是表示发射结的方向。
三极管内部结构中有两个具有单向导电性的pn结，因此当然可以用作开关元件，但同时三极管还是一个放大元件，正是它的出现促使了电子技术的飞跃发展。
2 三极管的电流放大作用
直流电压源vcc应大于vbb，从而使电路满足放大的外部条件：发射结正向偏置，集电极反向偏置。改变可调电阻rb，基极电流ib，集电极电流ic 和发射极电流ie都会发生变化，由测量结果可以得出以下结论：
（1） ie ＝ ib ＋ ic ( 符合克希荷夫电流定理）
（2） ic ≈ ib ×? （ ?称为电流放大系数，可表征三极管的电流放大能力）
（3）△ ic ≈ △ ib ×?
由上可见，三极管是一种具有电流放大作用的模拟器件。
3 三极管的放大原理
以下用npn三极管为例说明其内部载流子运动规律和电流放大
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1、发射区向基区扩散电子：由于发射结处于正向偏置，发射区的多数载流子（自由电子）不断扩散到基区，并不断从电源补充进电子，形成发射极电流ie。
2、电子在基区扩散和复合：由于基区很薄，其多数载流子（空穴）浓度很低，所以从发射极扩散过来的电子只有很少部分可以和基区空穴复合，形成比较小的基极电流ib，而剩下的绝大部分电子都能扩散到集电结边缘。
3、集电区收集从发射区扩散过来的电子：由于集电结反向偏置，可将从发射区扩散到基区并到达集电区边缘的电子拉入集电区，从而形成较大的集电极电流ic。
4 三极管的输入输出特性
三极管的输入特性是指当集-射极电压uce为常数时，基极电流ib与基-射极电压ube之间的关系曲线。
对硅管而言，当uce超过1v时，集电结已经达到足够反偏，可以把从发射区扩散到基区的电子中的绝大部分拉入集电区。如果此时再增大uce ，只要ube保持不变（从发射区发射到基区的电子数就一定）， ib也就基本不变。就是说，当uce超过1v后的输入特性曲线基本上是重合的。
由图可见，和二极管的伏安特性一样，三极管的输入特性也有一段死区，只有当ube大于死区电压时，三极管才会出现基极电流ib。通常硅管的死区电压约为0.5v，锗管约为0.1v。在正常工作情况下，npn型硅管的发射结电压ube为0.6～0.7v，pnp型锗管的发射结电压ube为-0.2～ -0.3v。
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1、放大区：输出特性曲线的近于水平部分是放大区。在放大区, ic ＝ ib ×?,由于在不同ib下电流放大系数近似相等，所以放大区也称为线性区。三级管要工作在放大区，发射结必须处于正向偏置，集电结则应处于反向偏置，对硅管而言应使ube>0，ubc<0。
2、截止区： ib ＝ 0的曲线以下的区域称为截止区。实际上，对npn硅管而言，当ube＜0.5v时即已开始截止，但是为了使三极管可靠截止，常使ube≤0v，此时发射结和集电结均处于反向偏置。
3、饱和区：输出特性曲线的陡直部分是饱和区，此时ib的变化对 ic的影响较小，放大区的?不再适用于饱和区 。在饱和区， uce＜ube，发射结和集电结均处于正向偏置。
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