相对论|三极管放大原理,有人用三国讲明白了!


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晶体三极管中有两种不同的极性电荷的载流子参与导电 , 故称之为双极型晶体管(BJT) 。 它是一种电流控制电流的半导体器件 , 具有电流放大作用 , 其主要作用是把微弱输入信号放大成幅值较大的电信号 , 是很多常用电子电路的核心元件 。
三极管的原理图符号主要有两种 , 如图1所示 。
图1
Q1为NPN管 , Q2为PNP管 , E极箭头方向代表发射结正向偏置时电流的实际方向 , 它们对应的基本结构如图2所示 。
图2
由三个相邻互不相同的杂质半导体叠加起来 , 就形成了三极管的基本结构 。 从三个杂质半导体区域各引出一个电极 , 我们分别将其称之为发射极(Emitter)、集电极(Collector)、基极(Base);而对应的区域分别称为发射区、集电区、基区;相邻的两个不同类型的杂质半导体将形成PN结 , 我们把发射区与基区之间的PN结称之为发射结 , 而把基区与集电区之间的PN结称之为集电结 。
三极管的实物图
三极管在实际应用中可能有三种工作状态:

  • 截止:发射结反偏 , 集电结反偏 。
  • 放大:发射结正偏 , 集电结反偏 。
  • 饱和:发射结正偏 , 集电结正偏 。
下面我们以NPN三极管为例详细讲解三极管放大状态的工作原理 。
三极管放大状态原理
话说天下大势 , 分久必合 , 合久必分 , 在这片由三块半导体组成的小区域内 , 也上演了一部猛兽争霸史 , 故事就发生在图3所示的这片区域 。
【相对论|三极管放大原理,有人用三国讲明白了!】
图3

在没有任何处理的NPN三极管施加了两个电压之后 , 如图4所示 。
图4
要使NPN管处于放大状态 , 施加在CE结两端的电压Vce比施加在BE结的电压Vbe要大 。 因此 , NPN管三个极的电位大小分别是:VC>VB>VE , (发射极电位Ve为参考电位0V) , 这样一来 , 三极管的发射结是正向偏置 , 而集电结是反向偏置 , 这就是三极管处于放大状态的基本条件 。
在电压连接的一瞬间 , 假设基-射(发射结)偏置电压Vbe=5V , 而集-射极偏置电压Vce=12V , 两个N型半导体与P型半导体形成了两个PN结 , BE结(发射结)正向电压偏置而导通将基极电位限制在0.7V(硅管) , 而集电极电位由于PN结反向偏置截止而为12V(瞬间电位 , 此时集电极电流还没有) , 如图5所示 。
图5
好 , 一切已经就绪 , 一场战争马上就要开始了!
当发射结外加正向电压Vbe(正向偏置)时 , 由于发射区的掺杂浓度很高(三个区中最高) , 而基区的掺杂浓度最低 , 发射区的多数载流子电子将源源不断地穿过发射结扩散到基区(因浓度差而引起载流子由高浓度区域向低浓度区域的转移 , 称为扩散) , 形成发射结电子扩散电流Ien(该电流方向与电子运动方向相反) 。


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