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三極管的電流放大作用

發布時間:2011/11/2 13:59:29 訪問次數:3833

    1.三極管放大條件
    三極管的電流放大作用與三極管內部PN結的特殊結構有關。如圖1- 27和圖1- 28所示,三極管猶如兩個反向串聯的PN結,如果孤立地看待這兩個反向串聯的PN結,或將兩個普通二極管串聯起來組成三極管,是不可能具有電流的放大作用的。三極管若想具有電流放大用,則在制作過程中一定要滿足以下內部條件:

    ①為了便于發射結發射電子, ICS8248DF-39發射區半導體的摻雜濃度遠高于基區半導體的摻雜濃度,且發射結的面積較小。
    ②發射區和集電區雖為同一性質的摻雜半導體,但發射區的摻雜濃度要高于集電區的摻雜濃度,且集電結的面積要比發
射結的面積大,便于收集電子。
    ③聯系發射結和集電結兩個PN結的基區非常薄,且摻雜濃度也很低。

          
    上述的結構特點是三極管具有電流放大作用的內因,要使三極管具有電流的放大作用,除了三極管的內因外'還要有部條件,要實現電流放大,必須做到:①三極管的發射結為正向偏置;②集電結為反向偏置。這是三極管具有電流放大作用的外部條件。下面以NPN型三極管為例,分析其內部載流子的運動規律——即電流分配和放大的規律。
    2.三極管內部載流子的運動情況及電流放大作用
    圖1- 29中的UBB是基極電源,使三極管的發射結處在正向偏置的狀態,Ucc是集電極電源,作用是使三極管的集電結處在反向偏置的狀態,Rb是基極電阻,Rc是集電極電阻。三極管內部載流子運動情況的示意圖如圖1- 29所示。圖中,載流子的運動規律可分為以下的幾個過程。

                   
    (1)發射區向基區發射電子
    發射結處在正向偏置,使發射區的多數載流子(自由電子)不斷地通過發射結擴散到基區,即向基區發射電子。與此同時,基區的空穴也會擴散到發射區,由于兩者摻雜濃度上的懸殊,形成發射極電流IE的載流子主要是電子,電流的方向與電子流的方向相反。發射區所發射的電子由電源Ec的負極來補充。
    (2)電子在基區中的擴散與復合
    擴散到基區的自由電子,開始都聚集在發射結附近,濃度較高,靠近集電結的自由電子很少,形成濃度差別,自由電子繼續向集電結方向擴散。擴散過程中將有一小部分與基區的空穴復合’形成電流IBN.同時,基極電源EB不斷地向基區提供空穴,形成基極電流IB。兩者基本相等,由于基區摻雜的濃度很低,且很薄,在基區與空穴復合的電子很少,所以,基極電流IB也
很小。擴散到基區的電子除了被基區復合掉的一小部分外,大量的自由電子繼續擴散到靠近集電結的基區邊緣。
    (3)集電結收集電子的過程
    反向偏置的集電結在阻礙集電區向基區擴散電子的同時,可將擴散到靠近集電結的基區邊緣的自由電子拉入集電區,形成電流ICN。集電極收集到的電子由集電極電源Ec吸收,形成集電極電流Ic。ICN基本上等子集電極電流Ic。
    此外,集電結反偏,在內電場作用下,極電區少數載流子空穴和基區少子電子將發生漂移運動,形成電流ICBO,其值很小,構成極電極及基極電流的一小部分,它與外加電壓無關但受溫度影響較大。
    對于PNP管,三個電極產生昀電流方向正好與NPN管相反。其內部載流子的運動情況與此類似。由節點電流定律可得,三極管三個電極的電流IE、IB、Ic。之間的關系為
                    Ic=ICN+ICBO
                    IB=IBN-ICBO
                    IE=ICN+IBN=IC+lB
    三極管的特殊結構使載流子運動過程中從發射區擴散到基區的電子中只有很少一部分在基區復合,絕大部分到達集電區,說明IE中的兩部分IBN份額很小,ICN份額很大,比值用p表示
               β=ICN/IBN=IC-ICBO/IB+ICBO≈IC/IB
    Ic遠大于IB,β稱為三極管的直流電流放大倍數。它是描述三極管基極電流對集電極電流控制能力大小的物理量,p大的管子,基極電流對集電極電流控制的能力就大。β是由晶體管的結構來決定的,一個管子做成以后,該管子的盧就確定了。
ICBO稱為集電結反向飽和電流,ICEO稱為穿透電流。當ICBO可以忽略時,上式可簡化為   IC≈βIB
    把集電極電流的變化量與基極電流的變化量之比,定義為三極管的共發射極交流電流放大系數盧,體現了三極管的電流放大能力,其表達式為           β=△IC/△IB

    1.三極管放大條件
    三極管的電流放大作用與三極管內部PN結的特殊結構有關。如圖1- 27和圖1- 28所示,三極管猶如兩個反向串聯的PN結,如果孤立地看待這兩個反向串聯的PN結,或將兩個普通二極管串聯起來組成三極管,是不可能具有電流的放大作用的。三極管若想具有電流放大用,則在制作過程中一定要滿足以下內部條件:

    ①為了便于發射結發射電子, ICS8248DF-39發射區半導體的摻雜濃度遠高于基區半導體的摻雜濃度,且發射結的面積較小。
    ②發射區和集電區雖為同一性質的摻雜半導體,但發射區的摻雜濃度要高于集電區的摻雜濃度,且集電結的面積要比發
射結的面積大,便于收集電子。
    ③聯系發射結和集電結兩個PN結的基區非常薄,且摻雜濃度也很低。

          
    上述的結構特點是三極管具有電流放大作用的內因,要使三極管具有電流的放大作用,除了三極管的內因外'還要有部條件,要實現電流放大,必須做到:①三極管的發射結為正向偏置;②集電結為反向偏置。這是三極管具有電流放大作用的外部條件。下面以NPN型三極管為例,分析其內部載流子的運動規律——即電流分配和放大的規律。
    2.三極管內部載流子的運動情況及電流放大作用
    圖1- 29中的UBB是基極電源,使三極管的發射結處在正向偏置的狀態,Ucc是集電極電源,作用是使三極管的集電結處在反向偏置的狀態,Rb是基極電阻,Rc是集電極電阻。三極管內部載流子運動情況的示意圖如圖1- 29所示。圖中,載流子的運動規律可分為以下的幾個過程。

                   
    (1)發射區向基區發射電子
    發射結處在正向偏置,使發射區的多數載流子(自由電子)不斷地通過發射結擴散到基區,即向基區發射電子。與此同時,基區的空穴也會擴散到發射區,由于兩者摻雜濃度上的懸殊,形成發射極電流IE的載流子主要是電子,電流的方向與電子流的方向相反。發射區所發射的電子由電源Ec的負極來補充。
    (2)電子在基區中的擴散與復合
    擴散到基區的自由電子,開始都聚集在發射結附近,濃度較高,靠近集電結的自由電子很少,形成濃度差別,自由電子繼續向集電結方向擴散。擴散過程中將有一小部分與基區的空穴復合’形成電流IBN.同時,基極電源EB不斷地向基區提供空穴,形成基極電流IB。兩者基本相等,由于基區摻雜的濃度很低,且很薄,在基區與空穴復合的電子很少,所以,基極電流IB也
很小。擴散到基區的電子除了被基區復合掉的一小部分外,大量的自由電子繼續擴散到靠近集電結的基區邊緣。
    (3)集電結收集電子的過程
    反向偏置的集電結在阻礙集電區向基區擴散電子的同時,可將擴散到靠近集電結的基區邊緣的自由電子拉入集電區,形成電流ICN。集電極收集到的電子由集電極電源Ec吸收,形成集電極電流Ic。ICN基本上等子集電極電流Ic。
    此外,集電結反偏,在內電場作用下,極電區少數載流子空穴和基區少子電子將發生漂移運動,形成電流ICBO,其值很小,構成極電極及基極電流的一小部分,它與外加電壓無關但受溫度影響較大。
    對于PNP管,三個電極產生昀電流方向正好與NPN管相反。其內部載流子的運動情況與此類似。由節點電流定律可得,三極管三個電極的電流IE、IB、Ic。之間的關系為
                    Ic=ICN+ICBO
                    IB=IBN-ICBO
                    IE=ICN+IBN=IC+lB
    三極管的特殊結構使載流子運動過程中從發射區擴散到基區的電子中只有很少一部分在基區復合,絕大部分到達集電區,說明IE中的兩部分IBN份額很小,ICN份額很大,比值用p表示
               β=ICN/IBN=IC-ICBO/IB+ICBO≈IC/IB
    Ic遠大于IB,β稱為三極管的直流電流放大倍數。它是描述三極管基極電流對集電極電流控制能力大小的物理量,p大的管子,基極電流對集電極電流控制的能力就大。β是由晶體管的結構來決定的,一個管子做成以后,該管子的盧就確定了。
ICBO稱為集電結反向飽和電流,ICEO稱為穿透電流。當ICBO可以忽略時,上式可簡化為   IC≈βIB
    把集電極電流的變化量與基極電流的變化量之比,定義為三極管的共發射極交流電流放大系數盧,體現了三極管的電流放大能力,其表達式為           β=△IC/△IB

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