一文概述三极管两大工作原理-知识篇

发布时间：2021-04-22

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原标题：三极管工作原理
三极管，全称应为半导体三极管，也称为双极晶体管和晶体三极管，是控制电流的半导体设备。其功能是将微弱信号放大成幅度值较大的电信号，也用作无触点开关。三极管是半导体的基本部件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心部件。三极管是在一块半导体基板上形成两个相距很近的 PN结，两个 PN结将整个半导体分为三部分，中间是基板，两边是发射区和集电区，以 PNP和 NPN为排列方式。那么三极管其工作原理分为理论原理和放大原理，这两大三极管工作原理分别解析如下。

三极管工作原理
简介：根据材料可分为晶体三极管(以下简称三极管)和硅晶三极管。每种又有 NPN和 PNP两种结构形式，但最常用的是硅 NPN和锗 PNP两种三极管，其中， N代表负极(Negative，英文为 Negative)N型半导体在高纯度硅中加入磷代替硅原子，在电压刺激下产生自由电子导电，p是正极的意思(positive)加入硼代替硅，产生大量空洞有利于导电)。两者除了电源极性不同外，其工作原理都是相同的，下面仅介绍NPN硅管的电流放大原理。
三极管工作原理

一、理论原理
对于NPN管，由两个N型半导体之间夹着一个P型半导体构成，发射区和基础区之间形成的PN结称为发射结，集电区和基础区形成的PN结称为集电结。三条引线分别称为发射极e （Emitter）、基极b (Base)和集电极c (Collector)。如下图所示
三极管工作原理

当b点电位高于e点电位零点几伏时，发射结处于偏差状态，当c点电位高于b点电位几伏时，集电结处于偏差状态，集电极电源Ec高于基极电源Eb。

在制造三极管时，有意识地使发射区的大多数载流子浓度大于基础区，同时基础区薄，并严格控制杂质含量。这样，一旦接通电源后，由于发射结正偏，发射区的多数载流子（电子）及基区的多数载流子（空穴）很容易地越过发射结互相向对方扩散，但因前者的浓度基大于后者，所以通过发射结的电流基本上是电子流，这股电子流称为发射极电子流。

由于基区很薄,加上集电结的反偏，注入基区的电子大部分越过集电结进入集电区而形成集电极电流Icn，只剩下很少（1-10%）的电子在基区的空穴进行复合，被复合掉的基区空穴由基极电源Eb重新补给，从而形成了基极电流Ibn.根据电流连续性原理得：Ie=Ib+Ic

这就是说，在基极补充一个很小的Ib，就可以在集电极上得到一个较大的Ic，这就是所谓电流放大作用，Ic与Ib是维持一定的比例关系，即：β1=Ic/Ib；式中：β1--称为直流放大倍数，集电极电流的变化量△Ic与基极电流的变化量△Ib之比为：β= △Ic/△Ib；式中β--称为交流电流放大倍数，由于低频时β1和β的数值相差不大，所以有时为了方便起见，对两者不作严格区分，β值约为几十至一百多。α1=Ic/Ie(Ic与Ie是直流通路中的电流大小)式中：α1也称为直流放大倍数，一般在共基极组态放大电路中使用，描述了射极电流与集电极电流的关系。α =△Ic/△Ie；表达式中的α为交流共基极电流放大倍数。同理α与α1在小信号输入时相差也不大。

对于两个描述电流关系的放大倍数有以下关系，如下图参考
三极管工作原理

三极管的电流放大作用实际上是利用基极电流的微小变化去控制集电极电流的较大变化。而且三极管是一种电流放大器件，但在实际使用中常常通过电阻将三极管的电流放大作用转变为电压放大作用。

二、放大原理
（1）发射区向基区发射电子
电源Ub通过电阻Rb添加到发射结上，发射结正偏，发射区大部分载流子(自由电子)不断越过发射结进入基础区域，形成发射极电流Ie。与此同时，基区中的大多数载流子也向发射区扩散，但由于大多数载流子的浓度远低于发射区中的载流子的浓度，因此可以认为发射结主要是电子流；

（2）基区中电子的扩散与复合
电子进入基础区域后，首先在发射结附近密集，逐渐形成电子浓度差，在浓度差的作用下，促进电子流在基础区域向集电结扩散，被集电结电场拉入集电区域形成集电极电流Ic。还有一小部分电子(因为基区很薄)和基区的空穴复合，扩散电子流与复合电子流的比例决定了三极管的放大能力；

（3）集电区收集电子
由于集电结和反向电压大，该反向电压产生的电场力在阻止集电区电子向基础区扩散的同时，将扩散到集电结附近的电子拉入集电区形成集电极主电流Icn。此外，集电区的少数载流子(空穴)也会产生漂移运动，流向基区形成反向饱和电流。Icbo表示，其值很小，但对温度极其敏感。

以上内容主要介绍三极管两大工作原理。

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