慧芯为您讲解晶体三极管的工作原理

　　晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把正块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种。接下来，慧芯将为大家讲解晶体三极管的工作原理。

　　晶体三极管系由俩个P—N结组合而成。根据组合方式的不同，有PNP型及NPN型两种。它们的工作原理是完全相同的。

　　晶体三极管的制造方法有生长法、合金法和扩散法等数种。出于生长法工艺复杂，质量控制困难，目前已被淘汰。合金法工艺简单，价格低廉，目前多采用此法生产。国产3AXl—5型晶体管即采用合金法制成。合金法制成的晶体管的缺点是结的厚度不易精确控制，因而工作频率不高。

　　扩散法的优点是P—N结的厚度可以精确控制，能获得很薄的扩散层，因而工作频率可以大大提高。国产3AGll一14即属此型，适易在高频下工作。

　　晶体三极管共有三个不同的导电区域，例如两个P型区夹着一个N型区(P—N—P)，或两个N型区夹着一个P型区N一P—N)，就做成了晶体三极管的基本部分——管芯。在每两个导电区之间都形成一个P—N结，所以无论是哪一种晶体三极管，都含有两个P—N结。按照它们不同的作用，分别叫做发射结和集电结。两个结把一块完整的晶体分成三个区。如果两边是空穴导电的P型区，而中间是电子导电的N型区，我们就称它为P—N—P型晶体三极管，反之，如果两边是N型区，中间是P型区，就叫N—P—N型晶体三极管。晶体三极管的三个区域，根据作用的不同，分别叫做发射区、基区和集电区，它们是三极管的三个电极，分别叫做发射极、基极和集电极。为方便起见，常以拉丁字母e、b、c表示。

　　晶体三极管的工作原理基本上可以用它的放大作用来解释。因为，放大原理是晶体管一切工作的基础。

　　我们知道，在P一N结两端不加电压，电子和空穴的扩散受P—N结势垒电压的阻止，无法继续进行。还知道：加正向电压可使P—N结阻挡层势垒电压降低，扩散就能够继续进行;如果加反向电压，将增高势垒电压，扩散就停止。

　　现在假定：在晶体三极管的发射结加正向电压(P区接电池正极，N区接负极)，集电结加反向电压(P区接电池负极，N区接正极)。这时，发射结势垒降低，扩散能够进行，于是基区的电子跑向左边的发射区，发射区的空八跑向基区。如果用Ib代表从发射结注入基区的空穴电流，用Ic代表从发射结注入发射区的电子电流，那么，从发射结流出的总电流Ie等于两者之和。

　　在实际晶体管中，为了适应需要，人们设法使基区少掺些杂质，所以它的电子远比发射区的空穴少，因此电子电流远小于空穴电流，以至于Ib可以忽略不计，这时Ie=Ic。

　　这样一来，可以明显地看出，发射极的作用就是向基区发射空穴，就好象电子管的阴极是专门发射电子一样。

　　大量的空穴到达基区以后，由于基区做得很簿，空穴很容易渡越基区跑到集电结的边缘。集电结上加有几伏甚至几十伙的反向电压，这个电压对空穴来说是能帮助空穴进入集电区的。也就是况，带正电的空穴一赶到集电结的左边，就受到集电结右边P区的负电压作用，被吸引过去，然后与外电路的电池送来的电子复合，形成集电极电流Ic。

　　但是，并不是所有扩散到基区的空穴都能被集电极吸引，形成集电极电流。因为在空穴路过基区的时候会和基区(N型区)的多数载流子—电子互相吸引，和电子复合而消失，加之上述基区也有少量的电子会跑到发射区去和空穴复合，形成Ic，这两种复合都需要由外电路电池供给负电子，所以形成了基极电流Ib。但因为基区很清(厚度只有万分之一米)，空穴穿过基区的时间只有几亿分之一秒，所以复合的数量是很小的，绝大部分空穴都达到集电极，故集电极电流Ic几乎等于发射极总电流Ie。

　　这是一个模拟晶体管工作状态的FLASH，你现在就可以填入数字或直接按Push开始。

　　上面讲的是只加固定电压而未加输入交流信号的情况。在加入输入信号之后，加到发射结上的电压就等于电池电压Veb和信号电压之和，由于信号电压是不断变化的，发射结上的电压也就随着信号电压在变动，因而引起发射结阻挡层势垒的高低也作相应的变化。势垒高时，发射极电流Ie小，势垒低时Ie大也就是发射极电流Ie会随着输入电压变化而变化。发射极电流Ie大就说明到达基区的空穴多，穿过基区到达集电结的空穴也就多，结果集电极电流Ic也就大，反之，发射极电流Ie小时，集电极电流也会小。同时，我们也会想象到发射极电流Ie大时，空穴在基区的复合数目也会多些，Ie小时复合也相应少些，复合电流也是变化的。不过这种变化，由于复合电流本来就很小，和Ie或1c的变化相比是很小的，可以忽略。在这里我们用△Ie代表发射极电流的变化数量，用△Ic代表集电极电流的变化数量。

　　若用△R代表发射结的交变电阻，R代表负载电阻，我们很容易算出电压放大倍数K。如果以Vo表示集电极电流△Ic在负载R上产生的输出电压，Vin表示输入电压，那么

　　K=Vo/Vin=(△IcR)/(△Ie△R)≒R/△R

　　由于发射结上加的是正向电压，这个电压变化一点点，流过结的电流就会有很大变化，所以发射结电阻△R是很小的，一般只有几十欧。我们知道P—N结的正向电阻很小，而P—N结的反向电阻却很大，所以集电结的电阻很大，可达几百千欧。因此负载电阻R也可以用的很大(阻抗匹配)，R一般是几千欧到几十千欧，所以R/△R就很大，因此从负载上取出的输出信号电压Vc远比输入信号电压Vin大，被放大了很多倍。这就是晶体三极管放大信号的道理。

　　好啦，慧芯的阐述就到这里了，欲知更多二极管的信息，敬请访问慧芯官网：www.hxkj.hk