什么是三極管

　　三極管，全稱應(yīng)為半導(dǎo)體三極管，也稱雙極型晶體管、晶體三極管，是一種控制電流的半導(dǎo)體器件其作用是把微弱信號(hào)放大成幅度值較大的電信號(hào)， 也用作無觸點(diǎn)開關(guān)。晶體三極管，是半導(dǎo)體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元件。三極管是在一塊半導(dǎo)體基片上制作兩個(gè)相距很近的PN結(jié)，兩個(gè)PN結(jié)把整塊半導(dǎo)體分成三部分，中間部分是基區(qū)，兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，排列方式有PNP和NPN兩種。

　　工作原理

　　理論原理晶體三極管（以下簡(jiǎn)稱三極管）按材料分有兩種：鍺管和硅管。而每一種又有NPN和PNP兩種結(jié)構(gòu)形式，但使用最多的是硅NPN和鍺PNP兩種三極管，（其中，N是負(fù)極的意思（代表英文中Negative），N型半導(dǎo)體在高純度硅中加入磷取代一些硅原子，在電壓刺激下產(chǎn)生自由電子導(dǎo)電，而P是正極的意思（Positive）是加入硼取代硅，產(chǎn)生大量空穴利于導(dǎo)電）。兩者除了電源極性不同外，其工作原理都是相同的，下面僅介紹NPN硅管的電流放大原理。

　　對(duì)于NPN管，它是由2塊N型半導(dǎo)體中間夾著一塊P型半導(dǎo)體所組成，發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間形成的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)，而集電區(qū)與基區(qū)形成的PN結(jié)稱為集電結(jié)，三條引線分別稱為發(fā)射極e （Emitter）、基極b （Base）和集電極c （Collector）。如下圖所示

　　當(dāng)b點(diǎn)電位高于e點(diǎn)電位零點(diǎn)幾伏時(shí)，發(fā)射結(jié)處于正偏狀態(tài)，而C點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位幾伏時(shí)，集電結(jié)處于反偏狀態(tài)，集電極電源Ec要高于基極電源Eb。

　　在制造三極管時(shí)，有意識(shí)地使發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子濃度大于基區(qū)的，同時(shí)基區(qū)做得很薄，而且，要嚴(yán)格控制雜質(zhì)含量，這樣，一旦接通電源后，由于發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子（電子）及基區(qū)的多數(shù)載流子（空穴）很容易地越過發(fā)射結(jié)互相向?qū)Ψ綌U(kuò)散，但因前者的濃度基大于后者，所以通過發(fā)射結(jié)的電流基本上是電子流，這股電子流稱為發(fā)射極電流子。

　　由于基區(qū)很薄，加上集電結(jié)的反偏，注入基區(qū)的電子大部分越過集電結(jié)進(jìn)入集電區(qū)而形成集電極電流Ic，只剩下很少（1-10%）的電子在基區(qū)的空穴進(jìn)行復(fù)合，被復(fù)合掉的基區(qū)空穴由基極電源Eb重新補(bǔ)給，從而形成了基極電流Ibo.根據(jù)電流連續(xù)性原理得：

　　Ie=Ib+Ic

　　這就是說，在基極補(bǔ)充一個(gè)很小的Ib，就可以在集電極上得到一個(gè)較大的Ic，這就是所謂電流放大作用，Ic與Ib是維持一定的比例關(guān)系，即：

　　β1=Ic/Ib

　　式中：β1--稱為直流放大倍數(shù)，

　　集電極電流的變化量△Ic與基極電流的變化量△Ib之比為：

　　β= △Ic/△Ib

　　式中β--稱為交流電流放大倍數(shù)，由于低頻時(shí)β1和β的數(shù)值相差不大，所以有時(shí)為了方便起見，對(duì)兩者不作嚴(yán)格區(qū)分，β值約為幾十至一百多。

　　α1=Ic/Ie（Ic與Ie是直流通路中的電流大小）

　　式中：α1也稱為直流放大倍數(shù)，一般在共基極組態(tài)放大電路中使用，描述了射極電流與集電極電流的關(guān)系。

　　α =△Ic/△Ie

　　表達(dá)式中的α為交流共基極電流放大倍數(shù)。同理α與α1在小信號(hào)輸入時(shí)相差也不大。對(duì)于兩個(gè)描述電流關(guān)系的放大倍數(shù)有以下關(guān)系

　　三極管的電流放大作用實(shí)際上是利用基極電流的微小變化去控制集電極電流的巨大變化。

　　三極管是一種電流放大器件，但在實(shí)際使用中常常通過電阻將三極管的電流放大作用轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷悍糯笞饔谩?br />

　　放大原理

　　1、發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子

　　電源Ub經(jīng)過電阻Rb加在發(fā)射結(jié)上，發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子（自由電子）不斷地越過發(fā)射結(jié)進(jìn)入基區(qū)，形成發(fā)射極電流Ie。同時(shí)基區(qū)多數(shù)載流子也向發(fā)射區(qū)擴(kuò)散，但由于多數(shù)載流子濃度遠(yuǎn)低于發(fā)射區(qū)載流子濃度，可以不考慮這個(gè)電流，因此可以認(rèn)為發(fā)射結(jié)主要是電子流。

　　2、基區(qū)中電子的擴(kuò)散與復(fù)合

　　電子進(jìn)入基區(qū)后，先在靠近發(fā)射結(jié)的附近密集，漸漸形成電子濃度差，在濃度差的作用下，促使電子流在基區(qū)中向集電結(jié)擴(kuò)散，被集電結(jié)電場(chǎng)拉入集電區(qū)形成集電極電流Ic。也有很小一部分電子（因?yàn)榛鶇^(qū)很薄）與基區(qū)的空穴復(fù)合，擴(kuò)散的電子流與復(fù)合電子流之比例決定了三極管的放大能力。

　　3、集電區(qū)收集電子

　　由于集電結(jié)外加反向電壓很大，這個(gè)反向電壓產(chǎn)生的電場(chǎng)力將阻止集電區(qū)電子向基區(qū)擴(kuò)散，同時(shí)將擴(kuò)散到集電結(jié)附近的電子拉入集電區(qū)從而形成集電極主電流Icn。另外集電區(qū)的少數(shù)載流子（空穴）也會(huì)產(chǎn)生漂移運(yùn)動(dòng)，流向基區(qū)形成反向飽和電流，用Icbo來表示，其數(shù)值很小，但對(duì)溫度卻異常敏感。

　　什么叫三極管的發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏？

　　發(fā)射結(jié)正偏：基極電壓大于發(fā)射極電壓

　　集電結(jié)反偏：三極管在正常工作狀態(tài)時(shí)，加在集電極上的電壓方向與其電流方向相反。

　　在放大電路中be結(jié)正偏，bc結(jié)反偏，三極管工作在放大區(qū)，在數(shù)字電路中bc結(jié)0偏或反偏，三極管交替工作在飽和區(qū)和截止區(qū)。

　　正偏：當(dāng)外界有正向電壓偏置時(shí)，外界電場(chǎng)和自建電場(chǎng)的互相抑消作用使載流子的擴(kuò)散電流增加引起了正向電流。 在電子電路中，將二極管的正極接在高電位端，負(fù)極接在低電位端，二極管就會(huì)導(dǎo)通，這種連接方式，稱為正向偏置

　　反偏：與正向偏置相比，交換電源的正、負(fù)極位置，即P區(qū)接電源負(fù)極，N區(qū)接電源正極，就構(gòu)成了PN結(jié)的反向偏置。

　　PN結(jié)反向偏置時(shí)，外加電場(chǎng)與空間電荷區(qū)的內(nèi)電場(chǎng)方向一致，同樣會(huì)導(dǎo)致擴(kuò)散與漂移運(yùn)動(dòng)平衡狀態(tài)的破壞。外加電場(chǎng)驅(qū)使空間電荷區(qū)兩側(cè)的空穴和自由電子移走，使空間電荷區(qū)變寬，內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)，造成多數(shù)載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)難于進(jìn)行，同時(shí)加強(qiáng)了少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)，形成由N區(qū)流向P區(qū)的反向電流。但由于常溫下少數(shù)載流子恒定且數(shù)量不多，故反向電流極小。電流小說明PN結(jié)的反向電阻很高，通常可以認(rèn)為反向偏置的PN結(jié)不導(dǎo)電，基本上處于截止?fàn)顟B(tài)，這種情況在電子技術(shù)中稱為PN結(jié)的反向阻斷。

　　當(dāng)外加的反向電壓在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，反向電流幾乎不隨外加電壓的變化而變化。這是因?yàn)榉聪螂娏魇怯缮僮悠菩纬傻模跓峒ぐl(fā)下，少子數(shù)量增多，PN結(jié)反向電流增大。換句話說，只要溫度不發(fā)生變化，少數(shù)載流子的濃度就不變，即使反向電壓在允許的范圍內(nèi)增加再多，也無法使少子的數(shù)量增加，反向電流趨于恒定，因此反向電流又稱為反向飽和電流。值得注意的是，反向電流是造成電路噪聲的主要原因之一，因此，在設(shè)計(jì)電路時(shí)，必須考慮溫度補(bǔ)償問題。