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三极管工作原理  

2010-05-21 11:18:45|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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三极管的工作原理及基础知识

1 三极管的结构和分类

其共同特征就是具有三个电极,这就是“三极管”简称的来历。通俗来讲,三极管内部为由P型半导体和N型半导体组成的三层结构,根据分层次序分为NPN型和PNP型两大类。

上述三层结构即为三极管的三个区, 中间比较薄的一层为基区,另外两层同为N型或P型,其中尺寸相对较小、多数载流子浓度相对较高的一层为发射区,另一层则为集电区。三极管的这种内部结构特点,是三极管能够起放大作用的内部条件。

三个区各自引出三个电极,分别为基极(b) 、发射极(e)和集电极(c)。

如图b所示,三层结构可以形成两个PN结,分别称为发射结和集电结。三极管符号中的箭头方向就是表示发射结的方向。

三极管内部结构中有两个具有单向导电性的PN结,因此当然可以用作开关元件,但同时三极管还是一个放大元件,正是它的出现促使了电子技术的飞跃发展。

2 三极管的电流放大作用

直流电压源Vcc应大于Vbb,从而使电路满足放大的外部条件:发射结正向偏置,集电极反向偏置。改变可调电阻Rb,基极电流IB,集电极电流Ic 和发射极电流IE都会发生变化,由测量结果可以得出以下结论:

(1) IE = IB + IC ( 符合克希荷夫电流定理)

(2) IC ≈ IB ×? ( ?称为电流放大系数,可表征三极管的电流放大能力)

(3)△ IC ≈ △ IB ×?

由上可见,三极管是一种具有电流放大作用的模拟器件。





3 三极管的放大原理





以下用NPN三极管为例说明其内部载流子运动规律和电流放大

原理,

1、发射区向基区扩散电子:由于发射结处于正向偏置,发射区的多数载流子(自由电子)不断扩散到基区,并不断从电源补充进电子,形成发射极电流IE。

2、电子在基区扩散和复合:由于基区很薄,其多数载流子(空穴)浓度很低,所以从发射极扩散过来的电子只有很少部分可以和基区空穴复合,形成比较小的基极电流IB,而剩下的绝大部分电子都能扩散到集电结边缘。

3、集电区收集从发射区扩散过来的电子:由于集电结反向偏置,可将从发射区扩散到基区并到达集电区边缘的电子拉入集电区,从而形成较大的集电极电流IC。

4 三极管的输入输出特性

三极管的输入特性是指当集-射极电压UCE为常数时,基极电流IB与基-射极电压UBE之间的关系曲线。

对硅管而言,当UCE超过1V时,集电结已经达到足够反偏,可以把从发射区扩散到基区的电子中的绝大部分拉入集电区。如果此时再增大UCE ,只要UBE保持不变(从发射区发射到基区的电子数就一定), IB也就基本不变。就是说,当UCE超过1V后的输入特性曲线基本上是重合的。

由图可见,和二极管的伏安特性一样,三极管的输入特性也有一段死区,只有当UBE大于死区电压时,三极管才会出现基极电流IB。通常硅管的死区电压约为0.5V,锗管约为0.1V。在正常工作情况下,NPN型硅管的发射结电压UBE为0.6~0.7V,PNP型锗管的发射结电压UBE为-0.2~ -0.3V。

三极管的输出特性是指当基极电流IB一定时,集电极电流IC与集-射极电压UCE之间的关系曲线。在不同的IB下,可得出不同的曲线,所以三极管的输出特性是一组曲线。通常把输出特性曲线分为三个工作区:

1、放大区:输出特性曲线的近于水平部分是放大区。在放大区, IC = IB ×?,由于在不同IB下电流放大系数近似相等,所以放大区也称为线性区。三级管要工作在放大区,发射结必须处于正向偏置,集电结则应处于反向偏置,对硅管而言应使UBE>0,UBC<0。

2、截止区: IB = 0的曲线以下的区域称为截止区。实际上,对NPN硅管而言,当UBE<0.5V时即已开始截止,但是为了使三极管可靠截
止,常使UBE≤0V,此时发射结和集电结均处于反向偏置。

3、饱和区:输出特性曲线的陡直部分是饱和区,此时IB的变化对 IC的影响较小,放大区的?不再适用于饱和区 。在饱和区, UCE<UBE,发射结和集电结均处于正向偏置。
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