一文講述三極管工作原理
發(fā)布時間： 2021-05-25 
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原標題：三極管工作原理
三極管，全稱應為半導體三極管，也稱為雙極晶體管和晶體三極管，是控制電流的半導體設備。其功能是將微弱信號放大成幅度值較大的電信號，也用作無觸點開關(guān)。三極管是半導體的基本部件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心部件。三極管是在一塊半導體基板上形成兩個相距很近的 PN結(jié)，兩個 PN結(jié)將整個半導體分為三部分，中間是基板，兩邊是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，以 PNP和 NPN為排列方式。那么三極管其工作原理分為理論原理和放大原理，這兩大三極管工作原理分別解析如下。
三極管工作原理
簡介：根據(jù)材料可分為晶體三極管(以下簡稱三極管)和硅晶三極管。每種又有 NPN和 PNP兩種結(jié)構(gòu)形式，但最常用的是硅 NPN和鍺 PNP兩種三極管，其中， N代表負極(Negative，英文為 Negative)N型半導體在高純度硅中加入磷代替硅原子，在電壓刺激下產(chǎn)生自由電子導電，p是正極的意思(positive)加入硼代替硅，產(chǎn)生大量空洞有利于導電)。兩者除了電源極性不同外，其工作原理都是相同的，下面僅介紹NPN硅管的電流放大原理。
一、理論原理
對于NPN管，由兩個N型半導體之間夾著一個P型半導體構(gòu)成，發(fā)射區(qū)和基礎區(qū)之間形成的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)，集電區(qū)和基礎區(qū)形成的PN結(jié)稱為集電結(jié)。三條引線分別稱為發(fā)射極e （Emitter）、基極b (Base)和集電極c (Collector)。如下圖所示
當b點電位高于e點電位零點幾伏時，發(fā)射結(jié)處于偏差狀態(tài)，當c點電位高于b點電位幾伏時，集電結(jié)處于偏差狀態(tài)，集電極電源Ec高于基極電源Eb。
在制造三極管時，有意識地使發(fā)射區(qū)的大多數(shù)載流子濃度大于基礎區(qū)，同時基礎區(qū)薄，并嚴格控制雜質(zhì)含量。這樣，一旦接通電源后，由于發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子（電子）及基區(qū)的多數(shù)載流子（空穴）很容易地越過發(fā)射結(jié)互相向?qū)Ψ綌U散，但因前者的濃度基大于后者，所以通過發(fā)射結(jié)的電流基本上是電子流，這股電子流稱為發(fā)射極電子流。
由于基區(qū)很薄,加上集電結(jié)的反偏，注入基區(qū)的電子大部分越過集電結(jié)進入集電區(qū)而形成集電極電流Icn，只剩下很少（1-10%）的電子在基區(qū)的空穴進行復合，被復合掉的基區(qū)空穴由基極電源Eb重新補給，從而形成了基極電流Ibn.根據(jù)電流連續(xù)性原理得：Ie=Ib+Ic
這就是說，在基極補充一個很小的Ib，就可以在集電極上得到一個較大的Ic，這就是所謂電流放大作用，Ic與Ib是維持一定的比例關(guān)系，即：β1=Ic/Ib；式中：β1--稱為直流放大倍數(shù)，集電極電流的變化量△Ic與基極電流的變化量△Ib之比為：β= △Ic/△Ib；式中β--稱為交流電流放大倍數(shù)，由于低頻時β1和β的數(shù)值相差不大，所以有時為了方便起見，對兩者不作嚴格區(qū)分，β值約為幾十至一百多。α1=Ic/Ie(Ic與Ie是直流通路中的電流大小)式中：α1也稱為直流放大倍數(shù)，一般在共基極組態(tài)放大電路中使用，描述了射極電流與集電極電流的關(guān)系。α =△Ic/△Ie；表達式中的α為交流共基極電流放大倍數(shù)。同理α與α1在小信號輸入時相差也不大。
對于兩個描述電流關(guān)系的放大倍數(shù)有以下關(guān)系，如下圖參考
三極管的電流放大作用實際上是利用基極電流的微小變化去控制集電極電流的較大變化。而且三極管是一種電流放大器件，但在實際使用中常常通過電阻將三極管的電流放大作用轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷悍糯笞饔谩?br />
二、放大原理
（1）發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子
電源Ub通過電阻Rb添加到發(fā)射結(jié)上，發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)大部分載流子(自由電子)不斷越過發(fā)射結(jié)進入基礎區(qū)域，形成發(fā)射極電流Ie。與此同時，基區(qū)中的大多數(shù)載流子也向發(fā)射區(qū)擴散，但由于大多數(shù)載流子的濃度遠低于發(fā)射區(qū)中的載流子的濃度，因此可以認為發(fā)射結(jié)主要是電子流；
（2）基區(qū)中電子的擴散與復合
電子進入基礎區(qū)域后，首先在發(fā)射結(jié)附近密集，逐漸形成電子濃度差，在濃度差的作用下，促進電子流在基礎區(qū)域向集電結(jié)擴散，被集電結(jié)電場拉入集電區(qū)域形成集電極電流Ic。還有一小部分電子(因為基區(qū)很薄)和基區(qū)的空穴復合，擴散電子流與復合電子流的比例決定了三極管的放大能力；
（3）集電區(qū)收集電子
由于集電結(jié)和反向電壓大，該反向電壓產(chǎn)生的電場力在阻止集電區(qū)電子向基礎區(qū)擴散的同時，將擴散到集電結(jié)附近的電子拉入集電區(qū)形成集電極主電流Icn。此外，集電區(qū)的少數(shù)載流子(空穴)也會產(chǎn)生漂移運動，流向基區(qū)形成反向飽和電流。Icbo表示，其值很小，但對溫度極其敏感。
以上內(nèi)容主要介紹三極管兩大工作原理。
深圳市順海科技有限公司是一家專業(yè)的保險絲、貼片保險絲、合金電阻、貼片電阻、貼片電感、一體成型電感、TVS、ESD、 PPTC、GDT、TSS、MOS、LDO等保護器件、靜電管代理品牌有華德、薩瑞微、碩凱、天二、國巨、厚聲、旺詮、TDK、大毅、光頡、威世、ELLON、EVER、OHMS、MURATA、TAIYO、SUNLROP、TDK、LRC、ITE、SAMSUNG，專業(yè)的銷售團隊以及海量現(xiàn)貨庫存，為客戶提供更優(yōu)質(zhì)的服務，歡迎咨詢合作。
標簽：三極管工作原理、什么是三極管工作原理、三極管工作原理介紹
三極管，全稱應為半導體三極管，也稱為雙極晶體管和晶體三極管，是控制電流的半導體設備。其功能是將微弱信號放大成幅度值較大的電信號，也用作無觸點開關(guān)。三極管是半導體的基本部件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心部件。三極管是在一塊半導體基板上形成兩個相距很近的 PN結(jié)，兩個 PN結(jié)將整個半導體分為三部分，中間是基板，兩邊是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，以 PNP和 NPN為排列方式。那么三極管其工作原理分為理論原理和放大原理，這兩大三極管工作原理分別解析如下。
三極管工作原理
簡介：根據(jù)材料可分為晶體三極管(以下簡稱三極管)和硅晶三極管。每種又有 NPN和 PNP兩種結(jié)構(gòu)形式，但最常用的是硅 NPN和鍺 PNP兩種三極管，其中， N代表負極(Negative，英文為 Negative)N型半導體在高純度硅中加入磷代替硅原子，在電壓刺激下產(chǎn)生自由電子導電，p是正極的意思(positive)加入硼代替硅，產(chǎn)生大量空洞有利于導電)。兩者除了電源極性不同外，其工作原理都是相同的，下面僅介紹NPN硅管的電流放大原理。
一、理論原理
對于NPN管，由兩個N型半導體之間夾著一個P型半導體構(gòu)成，發(fā)射區(qū)和基礎區(qū)之間形成的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)，集電區(qū)和基礎區(qū)形成的PN結(jié)稱為集電結(jié)。三條引線分別稱為發(fā)射極e （Emitter）、基極b (Base)和集電極c (Collector)。如下圖所示
當b點電位高于e點電位零點幾伏時，發(fā)射結(jié)處于偏差狀態(tài)，當c點電位高于b點電位幾伏時，集電結(jié)處于偏差狀態(tài)，集電極電源Ec高于基極電源Eb。
在制造三極管時，有意識地使發(fā)射區(qū)的大多數(shù)載流子濃度大于基礎區(qū)，同時基礎區(qū)薄，并嚴格控制雜質(zhì)含量。這樣，一旦接通電源后，由于發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子（電子）及基區(qū)的多數(shù)載流子（空穴）很容易地越過發(fā)射結(jié)互相向?qū)Ψ綌U散，但因前者的濃度基大于后者，所以通過發(fā)射結(jié)的電流基本上是電子流，這股電子流稱為發(fā)射極電子流。
由于基區(qū)很薄,加上集電結(jié)的反偏，注入基區(qū)的電子大部分越過集電結(jié)進入集電區(qū)而形成集電極電流Icn，只剩下很少（1-10%）的電子在基區(qū)的空穴進行復合，被復合掉的基區(qū)空穴由基極電源Eb重新補給，從而形成了基極電流Ibn.根據(jù)電流連續(xù)性原理得：Ie=Ib+Ic
這就是說，在基極補充一個很小的Ib，就可以在集電極上得到一個較大的Ic，這就是所謂電流放大作用，Ic與Ib是維持一定的比例關(guān)系，即：β1=Ic/Ib；式中：β1--稱為直流放大倍數(shù)，集電極電流的變化量△Ic與基極電流的變化量△Ib之比為：β= △Ic/△Ib；式中β--稱為交流電流放大倍數(shù)，由于低頻時β1和β的數(shù)值相差不大，所以有時為了方便起見，對兩者不作嚴格區(qū)分，β值約為幾十至一百多。α1=Ic/Ie(Ic與Ie是直流通路中的電流大小)式中：α1也稱為直流放大倍數(shù)，一般在共基極組態(tài)放大電路中使用，描述了射極電流與集電極電流的關(guān)系。α =△Ic/△Ie；表達式中的α為交流共基極電流放大倍數(shù)。同理α與α1在小信號輸入時相差也不大。
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二、放大原理
（1）發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子
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（2）基區(qū)中電子的擴散與復合
電子進入基礎區(qū)域后，首先在發(fā)射結(jié)附近密集，逐漸形成電子濃度差，在濃度差的作用下，促進電子流在基礎區(qū)域向集電結(jié)擴散，被集電結(jié)電場拉入集電區(qū)域形成集電極電流Ic。還有一小部分電子(因為基區(qū)很薄)和基區(qū)的空穴復合，擴散電子流與復合電子流的比例決定了三極管的放大能力；
（3）集電區(qū)收集電子
由于集電結(jié)和反向電壓大，該反向電壓產(chǎn)生的電場力在阻止集電區(qū)電子向基礎區(qū)擴散的同時，將擴散到集電結(jié)附近的電子拉入集電區(qū)形成集電極主電流Icn。此外，集電區(qū)的少數(shù)載流子(空穴)也會產(chǎn)生漂移運動，流向基區(qū)形成反向飽和電流。Icbo表示，其值很小，但對溫度極其敏感。
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