一、三極體型別與區別
三極體大致分兩類:pnp型和npn型。(p代表正極:positive,n代表負極:negative)p型半導體在高純度矽中加入硼取代一些矽原子,產生大量空穴利於導電,而n型半導體在高純度矽中加入磷取代矽,在電壓刺激下產生自由電子導電。
三極體在內部製造工藝上有三個特點:
a、基區很薄,且摻雜濃度比較低(但薄了會增大結電容,從而影響頻寬效能);
b、發射區高摻雜,增加多子(空穴或自由電子)數量;
c、集電結面積大,利於接收多子(空穴或自由電子)。
原理圖符號如下:
圖1-1 npn型三極體
圖1-2 pnp型三極體
二、截止和導通內部狀態
(以npn三極體為例進行講解)
1、截止
截止條件:a、發射結電壓ube小於pn結導通電壓或反偏;b、集電結反偏
理想條件下,三極體在截止狀態下,ib=0 ma,ic=0ma,ie=0ma。(實際情況是,pn結截止時,總是會有很小的漏電流存在,也就是說pn結總是存在著反向關不斷的現象,pn結的單向導電性並不是百分之百,同時也是ib控制ic的重要基礎,後面詳細講述。)
圖2-1 npn三極體內部構造示意圖
2、放大導通
放大導通條件:a、發射結電壓ube大於pn結導通電壓;b、集電結反偏
基極、集電極、發射極的電壓關係:uc>ub>ue
當pn結正嚮導通後,發射極e(n型半導體)的大量的多子(自由電子)流向基極b,由於基極b(p型半導體)很薄且摻雜濃度低,對多子(自由電子)的捕獲能力較弱。同時,集電結反偏,使集電極到基極存在正向電勢能,電場的向量方向與電子運動方向正好相反,便於電子向集電極注入。以上因素,促使電子很容易穿透基區和集電結到達集電極,形成電流ic。(這種情況下,pn結反嚮導通比想象的要容易,但要和普通pn結反嚮導通相區別。)
三極體放大導通後,ic與uc無直接關係,uc的作用是維持反向偏置電路。ic與ib、摻雜濃度相關。
對於ic還可以理解為:ic的本質是少子(空穴)電流,是通過電子注入(集電結反偏)而實現的人為可控的集電結「漏」電流,因此它就可以很容易地反向通過集電結。
圖2-2 npn型三極體放大導通電路
3、飽和導通
飽和導通條件:a、發射結電壓ube大於pn結正嚮導通電壓;b、集電結電壓ubc大於pn結正嚮導通電壓;
基極、集電極、發射極的電壓關係:ub>uc且ub >ue。
此時,ib、ic、ie均為少子(空穴)形成的電流,電流大小和基區的摻雜濃度有關。
圖2-3 npn型三極體飽和導通電路
三、總結
雖然上述以npn型三極體為例進行講解,但原理同樣適用於pnp型三極體,pnp型三極體的多子為帶正電荷的空穴。
三極體工作狀態與條件關係如下表:
工作狀態
工作條件
描述
備註截止
發射結反偏,集電結反偏
ube≤0v(或小於pn結正嚮導通電壓),ubc≤0v
向量電壓
放大發射結正偏,集電結反偏
ube大於等於pn結正嚮導通電壓,ucb>0v
向量電壓
飽和發射結正偏,集電結正偏
ube大於等於pn結正嚮導通電壓,ubc>0v
向量電壓
倒置發射結反偏,集電結正偏
ube<0v,ucb>0v
實際使用機會較少,暫不講解
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