三極管是我們學(xué)習(xí)模擬技術(shù)中最重要的器件之一，三極管的工作原理有些復(fù)雜，下面我們一起來學(xué)習(xí)一下三極管的工作原理。

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表示在高純度硅中加入磷，是指取代一些硅原子，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?！?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、基極b和集電極c。

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Ebo。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)射極電流了。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。三極管是一種電流放大器件，但在實(shí)際使用中常常利用三極管的電流放大作用，通過電阻轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷悍糯笞饔谩?/p>

NPN三極管放大時(shí)管子內(nèi)部的工作原理：

1、發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子(形成發(fā)射極電流)

發(fā)射結(jié)施加正向電壓且摻雜濃度高，所以發(fā)射區(qū)多數(shù)自由電子越過發(fā)射結(jié)擴(kuò)散到基區(qū)，發(fā)射區(qū)的自由電子由直流電源補(bǔ)充，從而形成了發(fā)射極電流。(同時(shí)，基區(qū)的多數(shù)載流子也會(huì)擴(kuò)散到發(fā)射區(qū)，成為發(fā)射極電流的一部分。由于基區(qū)很薄，且摻雜濃度較低，因此由基區(qū)多數(shù)空穴形成的電流可以忽略不計(jì)。)

2、自由電子在基區(qū)和空穴復(fù)合，形成基區(qū)電流，并繼續(xù)向集電區(qū)擴(kuò)散

自由電子進(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。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(基區(qū)中的空穴由直流電源補(bǔ)充)，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)收集自由電子，形成集電極電流

由于集電結(jié)加反向電壓且面積很大，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。

4 三極管工作狀態(tài)

NPN 型,當(dāng)B與E之間電壓Vbe>0.5V時(shí),如果三個(gè)管腳電壓關(guān)系是Vc>Vb>Ve,則會(huì)處?kù)斗糯鬆顟B(tài);如果是Vb>Vc>Ve 則會(huì)處?kù)讹柡蜖顟B(tài)(相當(dāng)於開關(guān));如果此時(shí)Ve>Vc則仍會(huì)處?kù)督刂範(fàn)顟B(tài).

PNP 型,當(dāng)B和E之間電壓Veb>0.5V時(shí),如果三個(gè)管腳電壓關(guān)系是Ve>Vb>Vc,則會(huì)處?kù)斗糯鬆顟B(tài);如果是Ve>Vc>Vb則會(huì)處?kù)讹柡蜖顟B(tài)(相當(dāng)於開關(guān));如果此時(shí)Vc>Ve則仍會(huì)處?kù)督刂範(fàn)顟B(tài).

注:三極管放大狀態(tài)時(shí),導(dǎo)通能力大小由基極電流Ib決定,因此三極管是電流控制型元件.