模拟电路—三极管

点击上方“果果小师弟”，选择“置顶/星标公众号”

  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，如下图所示：

  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下图所示：

  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(即放大、截止、饱和)，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。

(3)饱和区:发射结正偏，集电结正偏。

三极管工作状态

       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，故事就发生在如下图所示的这片区域。

在没有任何处理的NPN三极管施加了两个电压之后，如下图所示的：

  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)，如下图所示：

  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)。

  与此同时，基区的多数载流子空穴也扩散至发射区，形成空穴扩散电流Iep(该电流方向与Ien相同)，很明显，Iep相对于Ien而言很小，然而，革命的力量是不分大小的！Ien与Iep两者相 加即为发射极电流Ie，如下图所示：

  从发射区扩散到基区的多数载流子电子在发射结附近浓度最高，离发射结越远浓度越低，从而形成了一定的电子浓度差，这种浓度差使得扩散到基区的电子继续向集电结方向扩散。

  在电子扩散的过程中，有一小部分电子与基区的多数载流子空穴复合，从而形成基区电流Ibn。我们知道：基区很薄且掺杂浓度低，因此，电子与空穴复合机会少，基区电流Ibn也很小，大多数电子都将被扩散到集电结，如下图所示：

  在三极管的放大状态下，只要控制外加发射结电压Vbe，基极电流IB也会随之变化，继而控制发射区的多数载流电子数量，最终也将控制集电极的电流IC。从三极管放大的原理上可以看出，所谓的“放大”并不是将基极电流IB放大，只不过是用较小的基极电流IB值来控制较大的集电极电流IC值，从外部电路来看就好像是IB被放大一样，这与“四两拔千斤”也是一个道理。

      1.发射结加正向电压，扩散运动形成发射极电流Ie。2.扩散基区的自由电子与空穴的复合运动系形成了基极电流Ib。3.集电结加反向电压，漂移运动形成集电极电流Ic。

直流放大特性

  为了让这个枯燥的概念形象些， 我们用一幅画来比喻三极管的电流放大作用。把三极管比作一个水箱， 其排水管由阀门控制，只要微调阀门就能控制排水管的流量。水箱好像三极管的c极，阀门就好像b极，而排水管相当于e极。当三极管b极获得如图所示的微小偏置电压后(+0.7V) ，就好像阀门被打开一样， 水得以从水箱向下快速流出一电流从c 极流向e极。且三极管b极偏置电压消失，就好像阀门关上了一样，c极到e极也就没有电流了。