模电：双极晶体管的结构与放大原理：三极管

1.双极晶体管BJT

空穴和自由电子都参与导电，所以称为双极晶体管，三极管

1.1结构及类型

一个半导体基材上做出三块不同的参杂区域，是一种三明治结构，夹心的，由于是一个是N 一个是P 一个是N ，所以必然形成PN结，形成了两个PN结，一个叫发射区，基区，集电区，

发射区是法师载流子的区域，，话句话说，类似于弹药库和源泉的这么一个地方，往外发射载流子

集电区是收集在留存

基区是一个控制区域

三个的特点

发射区要发射载流子，因此发射区的参杂浓度是所有区域最高的，要有丰富的载流子供他发射，集电区之所以能够收集载流子，可以想象的是，集电极不能参杂浓度过高，电视集电区的面积得大，因为集电区是一个类似仓库的容器，，你把一个仓库弄出来，你要用仓库装东西，如果面积很小，它还能收集东西么，所有需要它面积大，而且里面是空的，近似于空的，

这就是在以后基片上来做的，首先整个一大块弄成N型区，，然后再上面铺一次硼，，把那块弄成P型区，，再再最上面弄上一层高浓度的磷，把它弄成高参杂度的N型区，因此从参杂浓度来说，这个上面的N的浓度比下面的n高的太多，所以上面的小N是发射区，连接发射极，用来发射载流子，而下面的大N是收集用的，是集电区，中间是特意留的，基区的参杂=浓度比较低，基区更大的特点是非常非常薄。

从结构上来说，三个区域，发射区，基区，集电区，三个区域连出三个电极，发射极，基极，集电极，连出来，有三个区域自然就会形成两个PN结。

靠近发射区的基区和发射区之前形成的那个结，叫发射结，靠近集电区区的基区和集电区之前形成的那个结，叫集电结。

NPN型三极管

基区再这起控制作用

基区和集电区之间有一根连线，这是一根PN结，集电结

这还有个PN结发射结，箭头的方向指的是发射极导通的方向，这个方向一旦标出来，就看出这个管子是什么型号，一看往这个方向，这是个PN结，很明显左边是P，右下是N，，，所以当那里是P，那里是N，三明治结构这里就是NPN型三极管。

PNP型三极管

三极管自然还有另外一种构成方式，中间是N两边是P，和NPN型这个差异的唯一差在哪里，就是那个箭头反过来，发射极箭头发过来，什么意思呢，它的PN结方向是发射区，指向基区，发射结是P，基区是N，自然集电区是P，这是PNP型

总结：看发射结导通的方向，发射结导通一定是P指向N

2.三极管的作用

三极管的重要作用是它的一个电流放大作用，

放大作用

现象：如果基极有一个电流流进，叫ib，这时候我们再一定条件下，c和e之间会通过一个电流，集电极会流进一个电流叫ic，在一定工作条件下，我们会惊奇的发现，ic比上ib近似于是一个常数，叫做β，电流放大倍数，也就说ic是跟着ib变的，是ib的放大，如果放大倍数是100倍，ib为10微安，，ic就是1毫安，ib是20微安，ic就是2毫安，相当于把ic放大了，这种放大作用，我们到限制都在应用，这种基本放大基本原理，最常用的英应用，话筒。

当然所有的这一切都是有外部条件的，我们很清楚一点，能量守恒定律，能量再转换过程中，能量不会凭空冒出来，它是从一种转换到另一种，所以你得到一个扩大的声能，，这个三极管一定有一个外部支持的电源，这个三极管特别项一个什么东西呢，它实际上是一个控制元件，它重新控制了电源的能量，重新控制了电源的功率，让电源功率跟着它跑，所以得到的ic是根据它控制电源的来的，放大的ic不上字节变出来的，是它让电源的电流变成那样，通过它控制，特别像什么呢，操作一个机器人，你这个仿生手，你带一个手套，，一抓，那边的机器手也跟着你一抓，你一捏，人家那边把一个大的汽车咔捏碎，是你捏的么，不是，是你控制的，你控制了什么，控制了机器手的能量，三极管也是控制了其他电源的能量，这种控制能量非常重要，这就是它电流放大作用，说是电流放大，实际上它控制了一个能量，让这个能量跟着它变，，就是这个道理，这是它放大的这样的一个根本的实质，，实际从放大来讲，它的三极管是一个控制的核心元件，，它的机理是通过一个能量的新的一个变化来实现这种放大，，而放大根本的真谛是什么呢，绝对不能失真，放大不能失真，基本要求是要保真，再强调一点，在一定条件下它才能放大，ib和ic的电流才能成比例，，

基本共射放大电路

基极那块，如果不加Rb电阻三极管就烧坏了，所以RB是一个限流电阻，，保护三极管不被烧坏

右边可以看到集电极和发射结之间家里一个VCC和RC，从个头上就可以看出VCC大于Vbb，说明什么呢，说明我的发射结箭头那块在这时候是正向导通的，这种情况叫正向偏置,简称正偏

外电场n到p，内电场P到N

P区是空穴多 ，N区是自由电子多

反偏就是截至，PN结反向截至，

发射结正偏，集电极必然反偏，因为这是NPN型，n的电位一定比p的电位高，如果想正偏你必须P比N高

再发射结正偏，集电极反偏的情况下，，如果我的ib电流，和ic电流他俩成比例，ic是一个放大的电流ic的放大电流能量来源于谁，VCC，VCC给的能量，并不是自己无中生有，产出来的，它是控制了vcc的电源，再这样一个条件下，ib和ic成比例了

看看是怎么成比例的，什么原理，我们也叫做内部载流子的运动

3.内部载流子的运动

电流的方向是正电荷的方向

3.1发射结正偏

第一个发射结正偏了，能得到什么，因为发射结那块有个PN结，发射结正偏，那个PN结就导通了，PN结导通势垒削弱，扩散运动就恢复，二极管导通的时候是扩散运动，二极管截至的时候是飘逸运动，一旦导通，发射区是载流子的源泉，这里面大量的自由电子就会向基区扩散，所以一旦正偏，发射区的自由电子，向基区扩散，同时基区里面的多子是空穴，也向发射区扩散，因此这个时候可以形成两个电流，一个是ien，ien是什么呢自由电子扩撒过去，，一个是iep，iep是什么基区空穴扩散过来，这两个，差距实在太大，因为俩个参杂浓度急剧不同，发射极非常高，基区非常低，所以iep比上ien的话近似忽略，iep就没法跟ien比，因为基区空穴的参杂浓度，很少，而发射区的参杂浓度很高，自由电子的数目非常多，可能一点都不成比例，所以虽然形成了两个电流，但是两个电流合一的话，几乎整个电流都是ien，整个电流的形成肯定是iep+ien，但是iep跟ien比近似可以忽略，然后就过去了，过去的速度跟什么相关，跟pn结上加的正向电压，正向电压越大，速度越快，过去的粒子越多.

3.2基区

自由电子ien过去了，在基区怎么样呢，刚到基区的时候，它的大部队肯定都再基区和发射区之间的发射结基区那部分集结，那它再基区的运动是什么呢，它在基区将怎么样呢，必然继续向前扩散，因为这里浓度太高，注意这时候基区很奇怪，本来自由电子是少子，但是现在扩散过来的非平衡少子比原来的多少子还要多，已经远远大于它的多子，然后聚集这个边缘的浓度特别高，所以就要继续往前扩散，所以这些自由电子这大不对，就可以想象军队或是迁徙的动物，呼呼呼呼往那边跑，往那边跑的话浓度梯度在那，它会往那扩散呢，所以它经过基区，往集电结扩散，向集电结扩散，它向集电结扩散的过程当中，你在基区里必然发生一种事情，复合，因为P区空穴是多子，由于两点保证了它的生存度，这特别像有一个河，河里有鳄鱼，然后迁徙的动物，要跳到河里，活活让鳄鱼吃，如果河足够长，鳄鱼足够多，那动物就迁徙不过去了，，如果我们基区足够宽，基区参杂浓度足够高，所有扩散过来的自由电子都将在基区里面消灭，只有极少数的能到达集电结，但现在我们基区的原则是薄且参杂浓度低，，我要让绝大多数都顺利的通过去，在通的过程当中，实际上g区的宽度和基区的参杂浓度决定了复合的百分比，它实际丧失个概率问题，往前走，往前推进复合的百分比就定死了，比如百分之2就复合了，100里面就会复合两个，但是实际上我的基区的参杂浓度是不变的，因为复合了两个，就会在产生两个空穴，

复合了两个就会在这产生两个空穴，

换句话说，在这复合，

这块就会有两个新的电子产生，

上面复合下边产生，最后看到的现象就变成，98个自由电子跑这来

有两个自由电子从这出去

实际上那个是被复合的

所有只不过在，右边大圈复合，在左边小圈重新产生，就类似于两个自由电子，往左边跑，98给往右边跑了，由于这种比例固定，所以ib和ic就渐渐成比例了，现在看到的是49比1

但是还有一个关键点在哪，现在是在基区里，在基区里做那几个工作

第一继续扩散，像集电结扩散

第二复合，同时在基极那块它还会，产生，复合的比家里近似固。

当你基区的结构，不变的时候，复合的比例应该是级四月一个固定，当然这种固定还有一个条件，是你扩散的速度是不变的，怎么维持这个速度，扩散速度跟什么相关，浓度梯度，所以你推到集电结旁边的这些自由电子一定要被快速的移走，否则的自然会聚集，后面往前推，这些大家想一想就会清楚，前面浓度不断提高，扩撒运动会减慢，但是现在集电结在干什么事情，集电结反偏，

带正电的电荷，在电场里中受力方向为电场的方向

集电结反偏，上面电位高，下面电位低，电场方向向下，向下有个很大的电场，而你往集电结过去的是什么呢，是自由电子，被电场收集为什么会被收集，因为自由电子带负电，电场力是正电，异性相吸，同性相斥，所以像一个抽水机一样，把过来的自由电子很快的就收集到它的集电区里去，保证这种浓度正常，，一旦这种反偏没有了，就比较麻烦了，，它这个推进的速度就不能保证ib和ic之前的比例关系，就不能保证它完全是一种自由交谈的状态，，如果集电极也正篇，就会变成自由交通状态，不会有阻挡，然后自由电子就跑过去，然后就变成了一个大导体，然后半导体就变成了导体

第三个点，集电区收集电子

在收集的时候还干了一件事，集电结在反偏，反偏会加大漂移运动，绝大部分都在这里漂移，也叫收集

这里还有少子自由电子，它俩在这也玩漂移icbo相当PN结反向饱和电流，可以想象的是icb很小，

最终的话谁和谁成比例呢，实际上是ibn，和icn，因此我们可以得到放大系数

4.放大系数

iceo 穿透电流

穿透电流 ic 和ie之间当ib=0时，ic那块断开ic=0，但是还有个很小的电流，iceo这样穿过来，因此叫穿透电流，就是基极开路，他们之间的电流

所以我们有一个概念：三极管可以实现电流放大，怎么实现呢，考基区，什么条件下实现呢，发射结正偏，集电结反偏，然后有两个参数出来，一个共射，一个共基的电流放大倍数，在正常情况下，我们按电流放大倍数来讲，ic=βib，打死你有一个非线性因素，但ib=0时，我依然还有一个ice，这个ice叫做ieco叫穿透电流

扩散运动：物质有浓度高的地方，向浓度低的地方扩散，