一篇详尽的晶体三极管工作原理介绍
说明外部电压Ube太小,没有达到发射结的门电压值,发射区没有载流子“电子”向基区的发射与注入,所以,此时既不会有电流Ib,也更不可能有电流Ic。另外,从纯数学的电流放大公式更容易推出结论,Ic=βIb,Ib为0,很显然Ic也为0。
三、新讲法需要注意的问题:
![](../img/eep-analog/analog-334172cilqwzec3b.jpg)
以上,我们用了一种新的切入角度,对三极管的原理在讲解方法上进行了探讨。特别是对晶体三极管放大状态下,集电结为什么会反向导电形成集电极电流做了重点讨论。同时,对三极管的电流放大倍数β为什么是定值也做了深入分析。
这种讲解方法的关键,在于强调二极管与三极管在原理上的自然联系。从二极管PN的反向截止特性曲线上很容易看出,只要将这个特性曲线转过180度,如图F所示,它的情形与三极管的输出特性非常相似,三极管输出特性如图G所示。实际上,图F代表是PN结的反向截止特性,那么,图G所示所代表的是晶体三极管内部集电结对于不同的Ib值时的反向特性,是集电结的一组反向特性。这表明二极管与三极管在原理上确实存在着很自然的联系。所以,在讲解方法上选择这样的切入点,从PN结的反偏状态入手讲解三极管,就显得非常自然合理。而且,这样的讲解会使问题变得浅显易懂,前后内容之间也显得自然和谐、顺理成章。
这种讲法的不足点在于,从PN结的漏电流入手讲起,容易造成本征漏电流与放大电流在概念上的混肴。所以,在后面讲解晶体管输入输出特性曲线时,应该注意强调说明“本征载流子”与“掺杂载流子”的性质区别。本征载流子对电流放大没有贡献。本征载流子的电流对晶体管的特性影响往往是负面的,是需要克服的。晶体管电流放大作用主要是靠掺杂载流子来实现的。要注意在概念上进行区别。
另外,还要注意说明,本质上晶体内部有关载流子的问题其实并非如此简单,它涉及到晶体的能级问题以及晶体的能带结构问题,还有载流子移动时的势垒分析等。所以,并不是随便找一些具有载流子的导体或半导体就可以制成PN结,从而进一步制成晶体管。晶体管实际的制造工艺也并非如此简单。
本文这样的讲解方法主要是在不违反物理原则的前提下,试图把问题尽量地简化,尽量做到浅显易懂、自然合理,以便于人们的理解与接受。这才是这种讲解方法的主要意义所在。
附篇:
请问,这篇大作把三极管的放大和截止两个状态阐述其机理挺明白了。那么还有第三个状态,饱和状态是怎么一个情况?
1.三极管饱和状态是通过外部偏置电阻等预先设置好,通电后直接进入这个饱和状态的吗?
2.三极管处于饱和状态时,集电结施加正偏电压后,基区及集电区各载流子的运动状态是怎样的?我怎么觉得两个PN结都处于正偏置状态,感觉怪怪的呢?少数载流子怎么流动的?已经加的正偏电压 了,怎么还说是“反向导通”呢?
3.三极管饱和状态,集电极到发射极的电压为什么只有0.3V? 请把基极到发射极,集电极到发射极之间的电压用图示表示出来一下吧。难道发射结跟集电结的势垒不一样大? 集电结如果是0.4,那么为什么发射结是0.7V?真是奇怪了。
你的问题很好!这也是三极管原理不好理解的关键之所在,也是传统讲法的问题之所在。饱和状态时,集电极(NPN)的高电位已不存在(为零),如你所说甚至低于基极电位,但仍然有很大的饱和电流反向通过集电结。注意,这里所说的“反向”是指电流的方向与集电结的单向导电(P指向N)的方向相反,电流的性质也仍然是由发射极“发射”过来的“少数截流子”电流。值得强调的是:集电结对这个反向的少子电流本质上没有阻碍作用,集电结作为PN结反向截止的只是“多子”电流,而不是“少子”电流。下面按你问题的顺序来逐条说一下:
1 三极客的饱和状态确实取决于外部偏置电阻电路,但不一定需要事先设置好。如,当集电极电阻的参数处在合适范围时,三极客是否进入饱和状态主要取决于基极的控制。开关型三极管就是这样工作的,要么截止要么饱和,取决于基极的控制。
2 三极客处于饱和状态时,两个PN结不是“都”处于正偏状态,发射结是正偏状态,要特别注意的是集电结,集电结电压虽然可以为正但决不能达到门值,所以集电结并不是正偏状态。如果集电结的正电压达到门值,则反向的集电结(极)“少子”电流将消失,取而代之的就是由基极指向集电极的“正向多子”电流,这时的三极管就完全等效成了两个二极管,这个正向多子电流纯粹就是集电结的一个正向导通电流(即二极管电流),而不再具备集电极电流的任何意义。
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