三极管内部载流子的运动规律、电流分配关系和放大作用

一、三极管的三种连接方式
    三极管在电路中的连接方式有三种：①共基极接法；②共发射极接法，③共集电极接法。如图Z0115所示。 共什么极是指电路的输入端及输出端以这个极作为公共端。必须注意，无论那种接法，为了使三极管具有正常的电流放大作用，都必须外加大小和极性适当的电压。即必须给发射结加正向偏置电压，发射区才能起到向基区注入载流子的作用；必须给集电结加反向偏置电压（一般几～几十伏），在集电结才能形成较强的电场，才能把发射区注入基区，并扩散到集电结边缘的载流子拉入集电区，使集电区起到收集载流子的作用。
   二、三极管内部载流子的运动规律
    在发射结正偏、集电结反偏的条件下，三极管内部载流子的运动，可分为3个过程，下面以NPN型三极管为例来讨论（共射极接法）。
    1．发射区向基区注入载流子的过程
    由于发射结外加正向电压，发射区的电子载流子源源不断地注入基区，基区的多数载流子空穴，也要注入发射区。如图Z0116所示，二者共同形成发射极电流IE。但是，由于基区掺杂浓度比发射区小2～3个数量级，注入发射区的空穴流与注入基区的电子流相比，可略去。
　　　　　　
    2. 载流子在基区中扩散与复合的过程
由发射区注入基区的电子载流子，其浓度从发射结边缘到集电结边缘是逐渐递减的，即形成了一定的浓度梯度，因而，电子便不断地向集电结方向扩散。由于基区宽度制作得很小，且掺杂浓度也很低，从而大大地减小了复合的机会，使注入基区的95％以上的电子载流子都能到达集电结。故基区中是以扩散电流为主的，且扩散与复合的比例决定了三极管的电流放大能力。
    3．集电区收集载流子的过程
    集电结外加较大的反向电压，使结内电场很强，基区中扩散到集电结边缘的电子，受强电场的作用，迅速漂移越过集电结而进入集电区，形成集电极电流 Inc。另一方面，集电结两边的少数载流子，也要经过集电结漂移，在c，b之间形成所谓反向饱和电流 I CBO，不过， I CBO一般很小，因而集电极电流
        　　　　　　　 I NC +I CBO ≈ I NC　　　　　　　　　　 GS0105
同时基极电流
        　　　　　　I B = I PB +I E -I CBO ≈I PB - I CBO 　　　GS0106
    反向饱和电流 I CBO与发射区无关，对放大作用无贡献，但它是温度的函数，是管子工作不稳定的主要因素。制造时，总是尽量设法减小它。
三、三极管的电流分配关系与放大作用
    1．电流分配关系
    由图Z0116可知，三极管三个电极上的电流组成如下：
发射极电流 I E
        　　　　　 I E ＝I NE ＋I PE ≈I NE 　　　　　　　GS0107
基极电流 I B
        　　　　　I B = I PB + I PE - I CBO ≈I PB - I CBO
集电极电流 I C
        　　　　　I C =I NC +I CBO ≈ I NC
同时由图Z0116也可看出
        　　　　 　I NE ＝ I NC ＋I PB　　　　　　　　GS0108
由以上诸式可得到
        　　　　　I E ＝IC＋ I B 　　　　　　　　　GS0109
    它表明，发射极电流 IE按一定比例分配为集电极电流 Ic和基极电流 I B 两个部分，因而晶体三极管实质上是一个电流分配器件。对于不同的晶体管，尽管 IC与 IB的比例是不同的，但上式总是成立的，所以它是三极管各极电流之间的基本关系式。
由 图Z0116也可以看出， I NC 代表由发射区注入基区进而扩散到集电区的电子流， I PB代表从发射区注入基区被复合后形成的电流。对于一个特定的三极管，这二者的比例关系是确定的，通常将这个比值称为共发射极直流电流放大系数。用 表示，
即
如果忽略 I CBO，则
该式说明 IB对 IC有控制作用。
    变换一下式GS0110，可写成

    令 则上式可写成:

    此式表明，集电极电流由两部分组成：一部分是 ，它表示 IC与 IB的比例关系，另一部分是
称为穿透电流其意义将在三极管参数中介绍。
    综合共射极三极管的电流分配关系，可写为
      
    三极管的电流分配关系还可以用由发射区传输到集电区的电子流 I NC与发射极总发射的电子流 IE之间的比例关系来表示。将这二者的比值称为共基极直流电流放大系数，用 表示即:
由于 I C = I NC ＋II CBO，且 I C ＞＞I CBO，故:
　　　　　　　　　　　　
    该式说明 IE对 IC也有控制作用。
    由上可得出共基极电流分配关系为
　　　　　　　　　　　
     和 都是描述三极管的同一过程，它们之间必然存在着内在联系。由它们各自的表达式知：

即:

一般 ≤1 （约0.9～0.99）， >>1（约20～200）。
   2．三极管的放大作用
图Z0117为共射接法的三极管放大电路。待放大的输入信号 ui接在基极回路，负载电阻 Rc接在集电极回路， Rc两端的电压变化量 uo就是输出电压。由于发射结电压增加了 ui（由 UBE 变成 UBE + uI）引起基极电流增加了 ΔIB，集电极电流随之增加了 ΔIC ，ΔIC =βΔIB，它在 RC形成输出电压 uo=ΔICRC=βΔIB RC 。
   只要 Rc取值较大，便有 uo >> ?font size="+1">ui ，从而实现了放大。