浅析三极管的结构及类型

三极管为什么能够放大？

三极管的电流流向到底是怎样的？

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杨诗琪

2021-9-29 10:38:29

　　三极管
　　三极管又称作双极性晶体管（BJT）。
　　结构及类型
　　构成方式：如下图
　　

　　如上图的a和b晶体结构，先看图b，从图上来看的话，三极管的发射区与集电区是完全对称的，那为何不能两边对调使用的？图中并没有将三极管的晶体结构完全细节的表现出来。发射极，故名思意，发射电子的地方，所以发射区的掺杂浓度就要做的很高，集电极，收集电子的区域，所以集电区的掺杂浓度比较低。所以两者的主要区别在于掺杂浓度不同。再看图a，从图中我们可以看出，P型半导体最薄，也就是基区，其次是发射区，最后体积最大的是集电区。这里提出一个问题：为什么要把基区做的这么薄这个问题我们在下面的分析中会得到答案。
　　三极管有两个PN结，基区与发射区组成的PN结叫做发射结，基区与集电区组成的结叫做集电结。
　　我们再看其符号，三极管分为两种，NPN型三极管和PNP型三极管，相比于NPN型三极管，PNP的造价稍高。初学者常常无法分清两个三极管的符号，其实很简单，看箭头的方向，箭头方向代表P→N，例如NPN型三极管，箭头往下，中间也就是基区P，所以就是NPN。
　　其次是三个字母代表的三个极。e发射，b basic基极，c collect 集电极。
　　所以总结一下：一个三极管，三个区域，三个电极，两个PN结，PN结前面几篇文章讲的很详细了，不清楚的小伙伴可以翻翻我之前的几篇文章。
　　工作时，内部载流子运动（如何放大的）
　　为了方便理解，需要使用一个最为常见的三极管的威廉希尔官方网站。基本共射放大威廉希尔官方网站如下图。
　　

　　其实从图中可以看出来，说他是放大，不如说是电源控制器更为贴切。能量是守恒的，因为是共射极输入，所以是Ic对Ib进行放大，而这个放大的能量来源是直流电源Vcc。前面我说的可以不懂，看限免就行了。这里不考虑为什么这么接，只考虑这么接了之后，三极管内部电流是怎么流通的。看下图。
　　

　　首先，已知的是VCC》VBB。所以两个结的偏置状态正好相反，基区的电压大于发射区，所以发射结正向偏置，简称正偏，而集电结正好相反，反向偏置简称反偏。
　　上图中，自上而下分别是集电区，基区，发射区。
　　1.先看IEN基区与发射区的的发射结正向偏置，那么扩散运动就可以进行，因为发射区的掺杂浓度特别高，所以很多很多的自由电子扩散到基区里面，基区是空穴的天下，但是不能将发射区扩散过来的自由电子全部都与空穴复合了，所以基区做的薄而且掺杂浓度低，发射区扩散过来的电子数目远远高于基区内空穴的数目，所以扩散过来的电子只有很少一部分与基区内的空穴复合，这个电流就是IBN，而剩下的自由电子呢？这个时候不能忘记的是集电结反偏，反向偏置的时候对于多子的扩散运动有阻碍，但是却是少子的粒子加速器，此时基区内的自由电子比它的多子还要多，经过集电结的作用，自由电子全部被抽到了集电区，这个很大的电流就是ICN。ICN和IBN组成了IEN。
　　2.IEP发射结正偏，基区内的多子——空穴的扩散运动。这个电流很小。
　　3.ICBO集电结反偏，基区与集电区少子的扩散运动，这个电流也特别小。
　　Ic=Icbo+Icn
　　Ib=Iep-Ibn-Icbo
　　Ie=Iep+Ien
　　放大系数
　　共射放大系数
　　直流放大系数为β⑧（β上面加个横线）=ICN/IBN=（IC-ICBO）/（IB-ICBO）（自动把IEP忽略了，因为太小了）≈IC/IB
　　交流放大系数β=ΔIC/ΔIB
　　当基极开路的时候有一个ICEO，ICEO产生的原因是因为基极开路的时候集电结反偏，双方少子有漂移运动，基区的电压就慢慢上升，当电荷积累到一定程度，会使得发射结正向偏置电压高到足以导通发射结，此时发射区电子扩散至基区，（基区的部分空穴扩散至发射极在此忽略，不忽略也不影响最终关系）少部分电子与空穴复合，而大部分电子飘移至极电区，它们两之间的数量比近似为1：β。则有βQcb的电子穿越集电结。设这一过程用时为T
　　则Iceo=（1+β）Qcb/T，而飘移速率Qcb/T基本恒定，且等于lcbo。
　　所以lceo=（1+β）lcbo
　　ICEO成为穿透电流。
　　射极开路有一个ICBO，CB端接反向电压所得恒定（当温度一定）电流，名曰集电结反偏电流。
　　直流放大系数和交流放大系数基本相等。所以统一用β代替。
　　共基极α=IC/IE=β/1+β

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