三极管的工作原理.doc
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1、三极管得工作原理对三极管放大作用得理解,切记一点:能量不会无缘无故得产生,所以,三极管一定不会产生能量。 但三极管厉害得地方在于:它可以通过小电流去控制大电流.放大得原理就在于:通过小得交流输入,控制大得静态直流。 假设三极管就是个大坝,这个大坝奇怪得地方就是,有两个阀门,一个大阀门,一个小阀门。小阀门可以用人力打开,大阀门很重,人力就是打不开得,只能通过小阀门得水力打开。 所以,平常得工作流程便就是,每当放水得时候,人们就打开小阀门,很小得水流涓涓流出,这涓涓细流冲击大阀门得开关,大阀门随之打开,汹涌得江水滔滔流下. 如果不停地改变小阀门开启得大小,那么大阀门也相应地不停改变,假若能严格地按
2、比例改变,那么,完美得控制就完成了. 在这里,be就就是小水流,Uce就就是大水流,人就就是输入信号。当然,如果把水流比为电流得话,会更确切,因为三极管毕竟就是一个电流控制元件。如果某一天,天气很旱,江水没有了,也就就是大得水流那边就是空得。管理员这时候打开了小阀门,尽管小阀门还就是一如既往地冲击大阀门,并使之开启,但因为没有水流得存在,所以,并没有水流出来.这就就是三极管中得截止区。 饱与区就是一样得,因为此时江水达到了很大很大得程度,管理员开得阀门大小已经没用了。如果不开阀门江水就自己冲开了,这就就是二极管得击穿。 在模拟电路中,一般阀门就是半开得,通过控制其开启大小来决定输出水流得大小.
3、没有信号得时候,水流也会流,所以,不工作得时候,也会有功耗.而在数字电路中,阀门则处于开或就是关两个状态。当不工作得时候,阀门就是完全关闭得,没有功耗。 结构与操作原理 三极管得基本结构就是两个反向连结得n接面,如图1所示,可有pnp与npn两种组合.三个接出来得端点依序称为射极(mit, E)、基极(s, )与集 极(clector, ),名称来源与它们在三极管操作时得功能有关。图中也显示出 npn与np三极管得电路符号,射极特别被标出,箭号所指得极为n型半导体, 与二极体得符号一致.在没接外加偏压时,两个n接面都会形成耗尽区,将中 性得p型区与n型区隔开。 图1 pp(a)与npn()三极
4、管得结构示意图与电路符号 三极管得电特性与两个pn接面得偏压有关,工作区间也依偏压方式来分类,这里 我们先讨论最常用得所谓”正向活性区”(frwardactve),在此区E极间得p接 面维持在正向偏压,而C极间得p接面则在反向偏压,通常用作放大器得三极管 都以此方式偏压。图2(a)为一pp三极管在此偏压区得示意图。 EB接面得空乏 区由于在正向偏压会变窄,载体瞧到得位障变小,射极得电洞会注入到基极,基 极得电子也会注入到射极;而BC接面得耗尽区则会变宽,载体瞧到得位障变大, 故本身就是不导通得。图()画得就是没外加偏压,与偏压在正向活性区两种情形 下,电洞与电子得电位能得分布图。 三极管与两个
5、反向相接得pn二极管有什么差别呢?其间最大得不同部分就在 于三极管得两个接面相当接近。以上述之偏压在正向活性区之p三极管为例, 射极得电洞注入基极得n型中性区,马上被多数载体电子包围遮蔽,然后朝集电极 方向扩散,同时也被电子复合.当没有被复合得电洞到达BC接面得耗尽区时,会被此区内得电场加速扫入集电极,电洞在集电极中为多数载体,很快藉由漂移电流 到达连结外部得欧姆接点,形成集电极电流IC.I得大小与BC间反向偏压得大小 关系不大。基极外部仅需提供与注入电洞复合部分得电子流IBrec,与由基极注入 射极得电子流IB?(这部分就是三极管作用不需要得部分)。 In? E在射极与与电 洞复合,即nB?
6、 IErec。pn三极管在正向活性区时主要得电流种类可以清楚地 在图(a)中瞧出. 图2 (a)一pnp三极管偏压在正向活性区;(b)没外加偏压,与偏压在正向活性区两种情形下,电洞与电子得电位能得分布图比较. 图3 (a) pnp三极管在正向活性区时主要得电流种类;(b)电洞电位能分布及 注入得情形;(c)电子得电位能分布及注入得情形。 一般三极管设计时,射极得掺杂浓度较基极得高许多,如此由射极注入基极得射极主要载体电洞(也就就是基极得少数载体)E?B电流会比由基极注入射极 得载体电子电流InB? E大很多,三极管得效益比较高。图3(b)与(c)个别画出电洞 与电子得电位能分布及载体注入得情形
7、。同时如果基极中性区得宽度WB愈窄,电洞通过基极得时间愈短,被多数载体电子复合得机率愈低,到达集电极得有效电 洞流pE?C愈大,基极必须提供得复合电子流也降低,三极管得效益也就愈高。 集电极得掺杂通常最低,如此可增大B极得崩溃电压,并减小BC间反向偏压得 pn接面得反向饱与电流,这里我们忽略这个反向饱与电流。由图(a),我们可以把各种电流得关系写下来: 射极电流 基极电流 集电极电流三极管得工作原理()210年3月08日 星期一 11:07三极管截止与饱合状态 截止状态 三极管作为开关使用时,仍就是处于下列两种状态下工作。 1、截止(cut off)状态:如图5所示,当三极管之基极不加偏压或
8、加上反向偏压使BE极截止时(BE极之特性与二极管相同,须加 上大于0、7V之正向偏压时才态导通),基极电流IB=0,因为IC= IB,所以IC=IE=0,此时CE极之间相当于断路,负载无电流。 a)基极(B)不加偏压使 基极电流IB等于零(b)基极(B)加上反向偏 压使基极电流IB等于零(c)此时集极(C)与射极(E) 之间形同段路,负载无 电流通过 图5 三极管截止状态饱合状态 饱合(saturation)状态:如图6所示,当三极管之基极加入驶 大得电流时,因为ICIE=IB,射极与集极得电流亦非常大,此 时,集极与射极之间得电压降非常低(VCE为0、4V以下),其意义相 当于集极与射极之间
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