三极管电流放大原理

详细描述三极管工作原理

三极管：三极管，全称应为半导体三极管，也称双极型晶体管、晶体三极管，是一种控制电流的半导体器件。其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号，也用作无触点开关。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结把整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。

为什么基极电流到集电极电流能够成一定倍数放大呢？我们以NPN型三极管举例讲解。

在一定条件下，三极管才能发挥电流放大作用，这个条件可以如图实现：

这是一个共射极放大电路，先说明其中两点：

R_s是限流作用，如果没有R_s就会导致基极和发射极连接在U_s两端，根据PN结的伏安特性曲线，电流早就飞到天上去了，三极管直接烧毁。

在U_cc和U_s的作用下，易知集电极电压>基极电压>发射极电压。由于是NPN型三极管，所以发射结（发射区和基区在交界处形成的PN结）处于正向偏置，集电结（基区和集电区交界处形成的PN结）处于反向偏置。

知道了这些之后就可以根据这个图解释电流放大原理了：

发射结正向偏置发生扩散运动产生扩散电流，发射区的多子（自由电子）向基区扩散形成扩散电流I_EN（如图），基区的多子（空穴）向发射区扩散形成I_EB，注意此时两个电流方向是相同的（因为自由电子带负电，空穴带正电），但是发射区的掺杂度远远大于基区，所以发射区中自由电子的数量远远大于基区中空穴的数量，I_EB在I_EN面前不值一提（可以忽略不计）。

发射区大量的自由电子到达基区后不会停留，由于集电结处于反向偏置状态，所以基区和集电区的漂移运动产生漂移电流，从发射区到达基区的大量自由电子向集电区进发，产生电流I_CN，与此同时集电区的少子（空穴）漂移到基区产生漂移电流I_CBO。

这个过程就把发射区的大量自由电荷集中到了集电区并且输出形成大电流。这个过程，也很好地解释了为什么发射区的掺杂度高（产生大量的自由电子），为什么基区掺杂度低且厚度薄（减少来自发射区自由电子的消耗）。

注意：在整个过程中也存在一种特殊的电流，穿透电流（I_CEO），有兴趣的小伙伴可以深入了解。