【E課堂】通俗易懂的三極管工作原理

　　本文就三極管的工作原理進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。

　　1、晶體三極管簡(jiǎn)介。晶體三極管是p型和n型半導(dǎo)體的有機(jī)結(jié)合，兩個(gè)pn結(jié)之間的相互影響，使pn結(jié)的功能發(fā)生了質(zhì)的飛躍，具有電流放大作用。晶體三極管按結(jié)構(gòu)粗分有npn型和pnp型兩種類型。如圖2-17所示。(用Q、VT、PQ表示)三極管之所以具有電流放大作用，首先，制造工藝上的兩個(gè)特點(diǎn)：(1)基區(qū)的寬度做的非常薄;(2)發(fā)射區(qū)摻雜濃度高，即發(fā)射區(qū)與集電區(qū)相比具有雜質(zhì)濃度高出數(shù)百倍。

　　2、晶體三極管的工作原理。

　　其次，三極管工作必要條件是(a)在B極和E極之間施加正向電壓(此電壓的大小不能超過(guò)1V);(b)在C極和E極之間施加反向電壓(此電壓應(yīng)比eb間電壓較高);(c)若要取得輸出必須施加負(fù)載。

　　圖2-17 三極管的構(gòu)造示意圖

　　最后，當(dāng)三極管滿足必要的工作條件后，其工作原理如下：

　　(1) 基極有電流流動(dòng)時(shí)。由于B極和E極之間有正向電壓，所以電子從發(fā)射極向基極移動(dòng)，又因?yàn)镃極和E極間施加了反向電壓，因此，從發(fā)射極向基極移動(dòng)的電子，在高電壓的作用下，通過(guò)基極進(jìn)入集電極。于是，在基極所加的正電壓的作用下，發(fā)射極的大量電子被輸送到集電極，產(chǎn)生很大的集電極電流。

　　(2)基極無(wú)電流流動(dòng)時(shí)。在B極和E極之間不能施加電壓的狀態(tài)時(shí)，由于C極和E極間施加了反向電壓，所以集電極的電子受電源正電壓吸引而在C極和E極之間產(chǎn)生空間電荷區(qū)，阻礙了從發(fā)射極向集電極的電子流動(dòng)，因

　　而就沒(méi)有集電極電流產(chǎn)生。

　　綜上所述，在晶體三極管中很小的基極電流可以導(dǎo)致很大的集電極電流，這就是三極管的電流放大作用。此外，三極管還能通過(guò)基極電流來(lái)控制集電極電流的導(dǎo)通和截止，這就是三極管的開關(guān)作用(開關(guān)特性)。

　　參見晶體三極管特性曲線2-18圖所示：

　　圖2-18 晶體三極管特性曲線

　　3、晶體三極管共發(fā)射極放大原理如下圖所示：

　　A、vt是一個(gè)npn型三極管，起放大作用。

　　B、ecc 集電極回路電源(集電結(jié)反偏)為輸出信號(hào)提供能量。

　　C、rc 是集電極直流負(fù)載電阻，可以把電流的變化量轉(zhuǎn)化成電壓的變化量反映在輸出端。

　　D、基極電源ebb和基極電阻rb，一方面為發(fā)射結(jié)提供正向偏置電壓，同時(shí)也決定了基極電流ib.

　　圖2-19 共射極基本放大電路

　　E、cl、c2作用是隔直流通交流偶合電容。

　　F、rl是交流負(fù)載等效電阻。

　　交流通路：ui正端-cl-vtb-vtc-c2-rl-ui負(fù)端。

　　(1)在日常使用中采用兩組電源不便，可用一組供電。

　　(2)為簡(jiǎn)化電路，用“UCC”的端點(diǎn)和“地”表示直流電源。

　　(3)把輸入信號(hào)電壓、輸出信號(hào)電壓和直流電源的公共端點(diǎn)稱為“地”并用符號(hào)“丄”表示，以地端作零電位參考。

　　畫外音： 我們可以用水龍頭與閘門放水的關(guān)系，來(lái)想象或者說(shuō)是理解三極管的放大原理。其示意圖如下圖 2-20 所示：

　　圖 2-20 三極管放大原理參考示意圖

　?、?如圖 2.20 (a)所示：當(dāng)發(fā)射結(jié)無(wú)電壓或施加電壓在門限電壓以下，相當(dāng)于閘門關(guān)緊時(shí)，水未從水龍頭底部通過(guò)水嘴流出來(lái)。此時(shí)， ec 之間電阻值無(wú)窮大， ec 之間的電流處于截止?fàn)顟B(tài)，或者說(shuō)是開關(guān)的 OFF 狀態(tài)。

　　圖 2-20 三極管放大原理參考示意圖

　?、?如圖 2.20 ( b )所示：當(dāng)對(duì)發(fā)射結(jié)施加電壓在門限電壓范圍時(shí)(以硅管 0.7V 左右為例)，相當(dāng)于閘門松動(dòng)一點(diǎn)點(diǎn)，從水龍頭底部通過(guò)水嘴流出的水成滴答狀態(tài)。此時(shí)， ec 之間的電阻值也下降了一點(diǎn)點(diǎn)。

　　圖 2-20 三極管放大原理參考示意圖

　?、?如圖 2.20 ( c )所示：當(dāng)對(duì)發(fā)射結(jié)施加電壓在 0.8V 時(shí)，相當(dāng)于閘門已打開三分之一的狀態(tài)時(shí)，水龍頭底部已經(jīng)可以有三分之一的水通過(guò)水嘴流出來(lái)了，此時(shí)， ec 之間的電阻值也下降了三分之一， ec 之間的電流處于調(diào)控或者說(shuō)是放大狀態(tài)。

　　圖 2-20 三極管放大原理參考示意圖

　?、?如圖 2.20 ( d )所示：當(dāng)對(duì)發(fā)射結(jié)施加電壓在 0.9V 時(shí)，相當(dāng)于閘門已打開三分之二的狀態(tài)時(shí)，水龍頭底部已經(jīng)可以有三分之二的水通過(guò)水嘴流出來(lái)了，此時(shí)， ec 之間的電阻值也下降了三分之二， ec 之間的電流處于調(diào)控或者說(shuō)是放大狀態(tài)。

　　圖 2-20三極管放大原理參考示意圖

　?、?如圖 2.20 ( e )所示：當(dāng)對(duì)發(fā)射結(jié)施加電壓在 1V 或者 1V 以上時(shí)，相當(dāng)于閘門已完全打開的狀態(tài)時(shí)，水龍頭底部所有的水已經(jīng)可以通過(guò)水嘴流出來(lái)了，此時(shí)， ec 之間的電阻值也下降為“ 0 ”，或者說(shuō)很小，可以或略不計(jì)， ec 之間的電流處于飽和狀態(tài)，或者說(shuō)是開關(guān)的 ON 狀態(tài)。