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三极管的工作原理及基础知识
leidynk100
>《三极管》
2010.10.15
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三极管的工作原理及基础知识
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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