晶體三極管的結(jié)構(gòu)和晶體管電流放大作用
出處:網(wǎng)絡(luò)整理 發(fā)布于:2024-01-12 16:18:03
晶體三極管中有兩種帶有不同極性電荷的載流子參與導(dǎo)電,故稱之為雙極型晶體管(BJΓ),又稱半導(dǎo)體三極管,以下簡(jiǎn)稱晶體管。
圖(a)、(b)所示為小功率管,圖(c)所示為中等功率管,圖(d)所示為大功率管。
圖(b)(c)所示外形便于安裝散熱器,以防止管子功耗過(guò)大而損壞。
集電極(a)(b)(c)(d)圖1.3.1 晶體管的幾種常見(jiàn)外形(a) 小功率管 (b) 小功率管 (c) 中功率管 (d) 大功率管1.3.1晶體管的結(jié)構(gòu)及類型 根據(jù)不同的摻雜方式在同一個(gè)硅片上制造出三個(gè)摻雜區(qū)域,并形成兩個(gè)PN 結(jié),就構(gòu)成晶體管。
采用平面工藝制成的 NPN型硅材料晶體管的結(jié)構(gòu)如圖1.3.2(a)所示,位于中間的P區(qū)稱為基區(qū),它很薄且雜質(zhì)濃度很低;位于上層的 N區(qū)是發(fā)射區(qū),摻雜濃度很高;位于下層的N區(qū)是集電區(qū),面積很大;晶體管的外特性與三個(gè)區(qū)域的上述特點(diǎn)緊密相關(guān)。
圖(b)所示為 NPN 型管的結(jié)構(gòu)示意圖,發(fā)射區(qū)與基區(qū)間的 PN 結(jié)稱為發(fā)射結(jié),基區(qū)與集電區(qū)間的 PN結(jié)稱為集電結(jié)。
圖(c)所示為 NPN 型管和PNP型管的符號(hào)。本節(jié)以 NPN型硅管為例講述晶體管的放大作用、特性曲線和主要參數(shù)。
晶體管的電流放大作用
放大是對(duì)模擬信號(hào)基本的處理。在生產(chǎn)實(shí)際和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中,從傳感器獲得的電信號(hào)都很微弱,只有經(jīng)過(guò)放大后才能作進(jìn)一步的處理,或者使之具有足夠的能量來(lái)推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。晶體管是放大電路的元件,它能夠控制能量的轉(zhuǎn)換,將輸入的任何微小變化不失真地放大輸出。
圖1.3.3所示為基本放大電路,Δu為輸入電壓信號(hào),接入基極-發(fā)射極回路,稱為輸入回路;放大后的信號(hào)在集電極-發(fā)射極回路,稱為輸出回路。由于發(fā)射極是兩個(gè)回路的公共端,故稱該電路為共射放大電路。
使晶體管工作在放大狀態(tài)的外部條件是發(fā)射結(jié)正向偏置且集電結(jié)反向偏置。因而在輸入回路需加基極電源V;;在輸出回路需加集電極電源Vc;V0和Vc的極性應(yīng)如圖1.3.3所示,且Vc應(yīng)大于V晶體管的放大作用表現(xiàn)為小的基極電流可以控制大的集電極電流。
下面從內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)與外部電流的關(guān)系上來(lái)做進(jìn)一步的分析。一、晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)當(dāng)圖1.3.3所示電路中Δu=0時(shí),晶體管內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)示意圖如圖1.3.4所示。7./cIcaoRc+7、7、R.RbuR1.+lAuVcc7.VVBBl.
圖1.3.3 基本共射放大電路圖 1.3.4 晶體管內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)與外部電流
1.發(fā)射結(jié)加正向電壓,擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成發(fā)射極電流I.因?yàn)榘l(fā)射結(jié)加正向電壓,又因?yàn)榘l(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度高,所以大量自由電子因擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)越過(guò)發(fā)射結(jié)到達(dá)基區(qū)。
與此同時(shí),空穴也從基區(qū)向發(fā)射區(qū)擴(kuò)散,但由于基區(qū)雜質(zhì)濃度低,所以空穴形成的電流非常小,近似分析時(shí)可忽略不計(jì)。
可見(jiàn),擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成了發(fā)射極電流l2.擴(kuò)散到基區(qū)的自由電子與空穴的復(fù)合運(yùn)動(dòng)形成基極電流I由于基區(qū)很薄,雜質(zhì)濃度很低,集電結(jié)又加了反向電壓,所以擴(kuò)散到基區(qū)的電子中只有極少部分與空穴復(fù)合,其余部分均作為基區(qū)的非平衡少子達(dá)到集電結(jié)。
又由于電源V的作用,電子與空穴的復(fù)合運(yùn)動(dòng)將源源不斷地進(jìn)行,形成基極電流。I。3.集電結(jié)加反向電壓,漂移運(yùn)動(dòng)形成集電極電流lc由于集電結(jié)加反向電壓且其結(jié)面積較大,基區(qū)的非平衡少子在外電場(chǎng)作用下越過(guò)集電結(jié)到達(dá)集電區(qū),形成漂移電流。
與此同時(shí),集電區(qū)與基區(qū)的平衡少子也參與漂移運(yùn)動(dòng),但它的數(shù)量很小,近似分析中可忽略不計(jì)。可見(jiàn),在集電極電源Vc的作用下,漂移運(yùn)動(dòng)形成集電極電流、I.
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