重新理解三极管的关键问题

继续讨论图B，PN 结的反偏状态。利用光照控制少数载流子的产生数量就可以实现人为地控制漏电的大校既然如此，人们自然也会想到能否把控制的方法改变一下，不用光照而是用电注入的方法来增加N 区或者是P 区少数载流子的数量，从而实现对PN 结的漏电流的控制。也就是不用“光”的方法，而是用“电”的方法来实现对电流的控制（注2）。接下来重点讨论P 区，P 区的少数载流子是电子，要想用电注入的方法向P 区注入电子，最好的方法就是如图C 所示，在P 区下面再用特殊工艺加一块N 型半导体（注3）。图C 所示其实就是NPN 型晶体三极管的雏形，其相应各部分的名称以及功能与三极管完全相同。为方便讨论，以下我们对图C 中所示的各个部分的名称直接采用与三极管相应的名称（如“发射结”，“集电极”等）。再看示意图C，图中最下面的发射区N 型半导体内电子作为多数载流子大量存在，而且，如图C 中所示，要将发射区的电子注入或者说是发射到P区（基区）是很容易的，只要使发射结正偏即可。具体说就是在基极与发射极之间加上一个足够的正向的门电压（约为0.7 伏）就可以了。在外加门电压作用下，发射区的电子就会很容易地被发射注入到基区，这样就实现对基区少数载流子“电子”在数量上的改变。

4、集电极电流Ic的形成：

如图C，发射结加上正偏电压导通后，在外加电压的作用下，发射区的多数载流子——电子就会很容易地被大量发射进入基区。这些载流子一旦进入基区，它们在基区（P 区）的性质仍然属于少数载流子的性质。如前所述，少数载流子很容易反向穿过处于反偏状态的PN 结，所以，这些载流子——电子就会很容易向上穿过处于反偏状态的集电结到达集电区形成集电极电流Ic。

由此可见，集电极电流的形成并不是一定要靠集电极的高电位。集电极电流的大小更主要的要取决于发射区载流子对基区的发射与注入，取决于这种发射与注入的程度。这种载流子的发射注入程度及乎与集电极电位的高低没有什么关系。这正好能自然地说明，为什么三极管在放大状态下，集电极电流Ic 与集电极电位Vc 的大小无关的原因。放大状态下Ic 并不受控于Vc，Vc 的作用主要是维持集电结的反偏状态，以此来满足三极管放大态下所需要外部电路条件。对于Ic 还可以做如下结论：Ic 的本质是“少子”电流，是通过电子注入而实现的人为可控的集电结“漏”电流，因此它就可以很容易地反向通过集电结。

5、Ic与Ib的关系：

很明显，对于三极管的内部电路来说，图C 与图D 是完全等效的。图D 就是教科书上常用的三极管电流放大原理示意图。看图D，接着上面的讨论，集电极电流Ic 与集电极电位Vc 的大小无关，主要取决于发射区载流子对基区的发射注入程度。

通过上面的讨论，现在已经明白，三极管在电流放大状态下，内部的主要电流就是由载流子电子由发射区经基区再到集电区贯穿三极管所形成。也就是贯穿三极管的电流Ic 主要是电子流。这种贯穿的电子流与历史上的电子三极管非常类似。

如图E，图E 就是电子三极管的原理示意图。电子三极管的电流放大原理因为其结构的直观形象，可以很自然得到解释。

如图E 所示，很容易理解，电子三极管Ib 与Ic 之间的固定比例关系，主要取决于电子管栅极（基极）的构造。当外部电路条件满足时，电子三极管工作在放大状态。在放大状态下，穿过管子的电流主要是由发射极经栅极再到集电极的电子流。电子流在穿越栅极时，很显然栅极会对其进行截流，截流时就存在着一个截流比问题。截流比的大小，则主要与栅极的疏密度有关，如果栅极做的密，它的等效截流面积就大，截流比例自然就大，拦截下来的电子流就多。

反之截流比小，拦截下来的电子流就少。栅极拦截下来的电子流其实就是电流Ib，其余的穿过栅极到达集电极的电子流就是Ic。从图中可以看出，只要栅极的结构尺寸确定，那么截流比例就确定，也就是Ic 与Ib 的比值确定。所以，只要管子的内部结构确定，的值就确定，这个比值就固定不变。由此可知，电流放大倍数的β值主要与栅极的疏密度有关。栅极越密则截流比例越大，相应的β值越低，栅极越疏则截流比例越小，相应的β值越高。其实晶体三极管的电流放大关系与电子三极管类似。晶体三极管的基极就相当于电子三极管的栅极，基区就相当于栅网，只不过晶体管的这个栅网是动态的是不可见的。放大状态下，贯穿整个管子的电子流在通过基区时，基区与电子管的栅网作用相类似，会对电子流进行截流。如果基区做得薄，掺杂度低，基区的空穴数就会少，那么空穴对电子的截流量就小，这就相当于电子管的栅网比较疏