對(duì)三極管放大作用的理解，切記一點(diǎn)：能量不會(huì)無(wú)緣無(wú)故的產(chǎn)生，所以，三極管一定不會(huì)產(chǎn)生能量。
但三極管厲害的地方在于：它可以通過(guò)小電流去控制大電流。放大的原理就在于：通過(guò)小的交流輸入，控制大的靜態(tài)直流。假設(shè)三極管是個(gè)大壩，這個(gè)大壩奇怪的地方是，有兩個(gè)閥門(mén)，一個(gè)大閥門(mén)，一個(gè)小閥門(mén)。小閥門(mén)可以用人力打開(kāi)，大閥門(mén)很重，人力是打不開(kāi)的，只能通過(guò)小閥門(mén)的水力打開(kāi)。
所以，平常的工作流程便是，每當(dāng)放水的時(shí)候，人們就打開(kāi)小閥門(mén)，很小的水流涓涓流出，這涓涓細(xì)流沖擊大閥門(mén)的開(kāi)關(guān)，大閥門(mén)隨之打開(kāi)，洶涌的江水滔滔流下。
如果不停地改變小閥門(mén)開(kāi)啟的大小，那么大閥門(mén)也相應(yīng)地不停改變，假若能?chē)?yán)格地按比例改變，那么，完美的控制就完成了。
在這里，Ube就是小水流，Uce就是大水流，人就是輸入信號(hào)。當(dāng)然，如果把水流比為電流的話，會(huì)更確切，因?yàn)槿龢O管畢竟是一個(gè)電流控制元件。
如果某一天，天氣很旱，江水沒(méi)有了，也就是大的水流那邊是空的。管理員這時(shí)候打開(kāi)了小閥門(mén)，盡管小閥門(mén)還是一如既往地沖擊大閥門(mén)，并使之開(kāi)啟，但因?yàn)闆](méi)有水流的存在，所以，并沒(méi)有水流出來(lái)。這就是三極管中的截止區(qū)。
飽和區(qū)是一樣的，因?yàn)榇藭r(shí)江水達(dá)到了很大很大的程度，管理員開(kāi)的閥門(mén)大小已經(jīng)沒(méi)用了。如果不開(kāi)閥門(mén)江水就自己沖開(kāi)了，這就是二極管的擊穿。
在模擬電路中，一般閥門(mén)是半開(kāi)的，通過(guò)控制其開(kāi)啟大小來(lái)決定輸出水流的大小。沒(méi)有信號(hào)的時(shí)候，水流也會(huì)流，所以，不工作的時(shí)候，也會(huì)有功耗。而在數(shù)字電路中，閥門(mén)則處于開(kāi)或是關(guān)兩個(gè)狀態(tài)。當(dāng)不工作的時(shí)候，閥門(mén)是完全關(guān)閉的，沒(méi)有功耗。
01
結(jié)構(gòu)與操作原理
三極管的基本結(jié)構(gòu)是兩個(gè)反向連結(jié)的pn接面，如圖1所示，可有pnp和npn兩種組合。三個(gè)接出來(lái)的端點(diǎn)依序稱(chēng)為射極（emitter, E）、基極（base, B）和集極（collector, C），名稱(chēng)來(lái)源和它們?cè)谌龢O管操作時(shí)的功能有關(guān)。圖中也顯示出npn與pnp三極管的電路符號(hào)，射極特別被標(biāo)出，箭號(hào)所指的極為n型半導(dǎo)體，和二極體的符號(hào)一致。在沒(méi)接外加偏壓時(shí)，兩個(gè)pn接面都會(huì)形成耗盡區(qū)，將中性的p型區(qū)和n型區(qū)隔開(kāi)。
圖1 pnp(a)與npn(b)
0 2
三極管的結(jié)構(gòu)示意圖與電路符號(hào)
三極管的電特性和兩個(gè)pn接面的偏壓有關(guān)，工作區(qū)間也依偏壓方式來(lái)分類(lèi)，這里我們先討論最常用的所謂”正向活性區(qū)”(forward active)，在此區(qū)EB極間的pn接面維持在正向偏壓，而B(niǎo)C極間的pn接面則在反向偏壓，通常用作放大器的三極管都以此方式偏壓。圖2(a)為一pnp三極管在此偏壓區(qū)的示意圖。
EB接面的空乏區(qū)由于在正向偏壓會(huì)變窄，載體看到的位障變小，射極的電洞會(huì)注入到基極，基極的電子也會(huì)注入到射極；而B(niǎo)C接面的耗盡區(qū)則會(huì)變寬，載體看到的位障變大，故本身是不導(dǎo)通的。圖2(b)畫(huà)的是沒(méi)外加偏壓，和偏壓在正向活性區(qū)兩種情形下，電洞和電子的電位能的分布圖。
三極管和兩個(gè)反向相接的pn二極管有什么差別呢？其間最大的不同部分就在于三極管的兩個(gè)接面相當(dāng)接近。以上述之偏壓在正向活性區(qū)之pnp三極管為例，射極的電洞注入基極的n型中性區(qū)，馬上被多數(shù)載體電子包圍遮蔽，然后朝集電極方向擴(kuò)散，同時(shí)也被電子復(fù)合。當(dāng)沒(méi)有被復(fù)合的電洞到達(dá)BC接面的耗盡區(qū)時(shí)，會(huì)被此區(qū)內(nèi)的電場(chǎng)加速掃入集電極，電洞在集電極中為多數(shù)載體，很快藉由漂移電流到達(dá)連結(jié)外部的歐姆接點(diǎn)，形成集電極電流IC。
0 3
IC的大小和BC間反向偏壓的大小關(guān)系不大
基極外部?jī)H需提供與注入電洞復(fù)合部分的電子流IBrec，與由基極注入射極的電子流InB? E（這部分是三極管作用不需要的部分）。
InB? E在射極與與電洞復(fù)合，即InB? E=IErec。pnp三極管在正向活性區(qū)時(shí)主要的電流種類(lèi)可以清楚地在圖3(a)中看出。
圖2 (a)一pnp三極管偏壓在正向活性區(qū)；(b)沒(méi)外加偏壓，和偏壓在正向活性區(qū)兩種情形下，電洞和電子的電位能的分布圖比較。
圖3 (a) pnp
三極管在正向活性區(qū)時(shí)主要的電流種類(lèi)；(b)電洞電位能分布及注入的情形；(c)電子的電位能分布及注入的情形。
一般三極管設(shè)計(jì)時(shí)，射極的摻雜濃度較基極的高許多，如此由射極注入基極的射極主要載體電洞（也就是基極的少數(shù)載體）IpE? B電流會(huì)比由基極注入射極的載體
電子電流InB? E大很多，三極管的效益比較高。圖3(b)和(c)個(gè)別畫(huà)出電洞和電子的電位能分布及載體注入的情形。同時(shí)如果基極中性區(qū)的寬度WB愈窄，電洞通過(guò)基極的時(shí)間愈短，被多數(shù)載體電子復(fù)合的機(jī)率愈低，到達(dá)集電極的有效電洞流IpE? C愈大，基極必須提供的復(fù)合電子流也降低，三極管的效益也就愈高。
集電極的摻雜通常最低，如此可增大CB極的崩潰電壓，并減小BC間反向偏壓的pn接面的反向飽和電流，這里我們忽略這個(gè)反向飽和電流。
由圖4(a)，我們可以把各種電流的關(guān)系寫(xiě)下來(lái)：射極電流、基極電流、集電極電流。
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