模电学习笔记 (一) 晶体三极管工作原理

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模电学习笔记 (一) 晶体三极管工作原理

"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"

一、晶体三极管结构与类型

三极管的分类：

• 按材料分：硅管、锗管
• 按结构分：NPN、PNP
• 按工作频率分：低频管、高频管
• 按功率分：小功率管 ( < 500mW )
  中功率管 ( 0.5 ~ 1 W )
  大功率管 ( > 1W )

图一

图二

图二为PNP、和NPN型三极管示意图以及三极管常见的封装形式。可知三极管常见有三个引脚，分别为集电极c，基极b和发射极e。其中SOT223有四个引脚，是因为次管为高频管，多出的引脚用于连接器件的外壳，可以起到去除偶数次谐波的作用。

图三

图三为《模拟电子技术》一书中所示的三极管微观结构示意图。以NPN型为例，上层N区为发射区，掺杂浓度很高。中间P区为基区，很薄且杂质浓度很低，下层N区为集电区，面积很大。由此我们可以看到，三极管并不是简单地两个二极管反向连接在一起，三极管内部结构的特殊设计才赋予了三极管电流放大的功能，接下来我们会具体叙述。

二、晶体三极管电流放大作用原理

图四

图四为共射极放大电路(两个回路共用了三极管的发射极)，以NPN型三极管为例，当左边红框内的基极与发射极电压大于导通电压(硅管0.7V，锗管0.2V)时，发射结正偏；同时右边红框内的集电极与发射极之间电压大于零，则三极管工作于放大状态(发射结正偏，集电结反偏)，三极管起到电流放大的作用。

图五

三极管工作在放大状态的微观示意图如图五所示。以NPN型为例，当发射结正偏时，基区的多子(空穴)扩散，同时因为发射区多子(电子)浓度高，使得大量电子从发射区扩散到基区，两者形成了基极到发射极的电流。因为三极管在制作时把基区做得很薄且多子(空穴)浓度低，只有极少数扩散到基区的电子与空穴复合，剩余大量的电子会继续向上运动到集电极，因集电区面积大，在外电场作用下大部分由发射结扩散到基区然后漂移到集电区的电子形成了集电结到发射结的电流。另外，在集电区还存在少子(空穴)的漂移运动，形成集电极与基极之间的漏电流，该漏电流是三极管一个重要参数，会影响三极管放大的性能，因为该参数受温度影响很大(每升高10°C，该漏电流增大一倍)，在选型时也会考虑到该参数的影响。

三、晶体三极管输出特性曲线

图六

根据三极管两个PN结正偏或反偏的不同，三极管共有三种工作状态：放大区、饱和区、截止区

• 放大区：当发射结正偏，集电结反偏时，三极管工作在放大区，可以起到电流放大的作用，电压关系为：Ube > 0 ，Uce > Ube 。
• 饱和区：当发射结正偏，集电结也处于正偏时，三极管工作在饱和区。三极管之所以集电结正偏，是因为图四中右侧电流过大，Rc 分压过高，导致集电结电压过低，Uce < Ube 所致。此时若再增大基极到发射极的电流，集电极到发射极的电流也不会按比例增大。
• 截止区：当发射结反偏，集电结也反偏时，此时三极管内没有PN结处于导通状态，三极管处于截止区，基极电流近似等于零，Ube < 0 。即使在集电极与发射极之间加再大的电压，也不会有放大的电流产生。

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下期预告：三极管共射极放大电路静态工作点计算及三种放大电路接法详解，敬请期待…