三極管的工作原理

一、概念理解

1、N型半導體：又稱為電子型半導體。在純淨的矽晶體中通過特殊工藝摻入少量的五價元素（如磷、砷、銻等）而形成，其内部自由電子濃度遠大于空穴濃度。所以，N半導體内部形成帶負電的多數載流子——自由電子，而少數載流子是空穴。N型半導體主要靠自由電子導電。由于自由電子主要由所摻入的雜質提供，所以摻入的五價雜質越多，自由電子的濃度就越高，導電性能就越強。而空穴由熱激發形成，環境溫度越高，熱激發越劇烈。

2、P型半導體：又稱為空穴型半導體。在純淨的矽晶體中摻入三價元素（如硼）而形成，其内部空穴濃度遠大于自由電子濃度，所以，P型半導體内部形成帶正電的多數載流子——空穴，而少數載流子是自由電子。P型半導體主要靠空穴導電。由于空穴主要由所摻入雜質原子提供，摻入三價的雜質越多，空穴的濃度就越高，導電性能就越強。而自由電子是由熱激發形成，環境溫度越高，熱激發越激烈。

3、PN結及特性：P型和N型半導體接觸時，在界面附近空穴從P型半導體向N型半導體擴散，電子從N型半導體向P型半導體擴散。空穴和電子相遇而複合，載流子消失。因此在界面附近的結區中有一段距離缺少載流子，卻有内建一個由N區指向P區的内電場。由于内電場是由多子建成，所以達到平衡後，内建電場将阻擋多數載流子的擴散，但不能阻止少數載流子。P區和N區的少數載流子一旦接近PN結，便在内電場的作用下漂移到對方。

ＰＮ結的單向導電性

外加正向電壓（正偏）：在外電場作用下，多子将向ＰＮ結移動，結果使空間電荷區變窄，内電場被削弱，有利于多子的擴散而不利于少子的漂移，擴散運動起主要作用。結果，Ｐ區的多子空穴将源源不斷的流向Ｎ區，而Ｎ區的多子自由電子亦不斷流向Ｐ區，這兩股載流子的流動就形成了ＰＮ結的正向電流。

外加反向電壓（反偏）：在外電場作用下，多子将背離ＰＮ結移動，結果使空間電荷區變寬，内電場被增強，有利于少子的漂移而不利于多子的擴散，漂移運動起主要作用。漂移運動産生的漂移電流的方向與正向電流相反，稱為反向電流。因少子濃度很低，反向電流遠小于正向電流。當溫度一定時，少子濃度一定，反向電流幾乎不随外加電壓而變化，故稱為反向飽和電流。

4、擴散和漂移：多數載流子移動時擴散，少數載流子移動時漂移。

5、複合：電子和空穴相遇就會複合，大量的電子-空穴對複合就形成電流。

6、空間電荷區：也稱耗盡層。在PN結中，由于自由電子的擴散運動和内電場導緻的漂移運動，使PN結中間的部位(P區和N區交界面)産生一個很薄的電荷區，它就是空間電荷區。在這個區域内，多數載流子已擴散到對方并複合掉了，或者說消耗殆盡了，因此，空間電荷區又稱為耗盡層。P區一側呈現負電荷，N區一側呈現正電荷，因此空間電荷區出現了方向由N區指向P區的内電場。内電場将阻礙多子的擴散，而少子一旦靠近PN結，便在内電場的作用下漂移到對方。PN結正偏時，内電場減弱，有利于多子的擴散而不利于少子的漂移。PN結反偏時，擴散運動使空間電荷區加寬，内電場增強，有利于少子的漂移而不利于多子的擴散。

7、内電場：PN結附近空間電荷區中，方向由N區指向P區的内電場。内電場對多數載流子起隔離作用，而對少數載流子起導通作用。

8、載流子：可以自由移動的帶有電荷的物質微粒，如電子和離子。金屬中為電子，半導體中有兩種載流子即電子和空穴。

9、少數載流子：P型半導體地少數載流子是自由電子，N型半導體中是空穴。

10、二極管：單向導電性。正偏多數載流子可以通過，反偏少數載流子可以通過。反偏時P型半導體和N型半導體不能提供源源不斷的少數載流子，所以反偏近似無電流。

二、 三極管的工藝要求及作用

1、發射區摻雜濃度高：确保發射區中有足夠多的多數載流子——電子，當基極電壓高于發射極的時候，才有足夠多的電子擴散到基極。

2、基區做得非常薄：可以更好的讓基極（P型半導體）中的少數載流子——電子漂移到集電極。

三、工作條件

1、集電極電壓（Vc）大于基極電壓（Vb），基極電壓（Vb）稍高于發射極電壓（Ve）。即：Vc>Vb>Ve，其中Vb一般高于Ve為0.7V；Vc常見電壓比Ve高12V。這樣就使得集電結反偏，發射結正偏。

2、如要取得輸出必須加負載電阻。

四、三極管的工作原理

圖解如下：

NPN型三極管工作原理圖

五、關于三極管的問題

1、集電極（C極）處于反偏狀态，為什麼還有電流通過？

答：PN結正偏情況下是利于“多數載流子”通過，而反偏則利于“少數載流子”通過，對于基極（B極）來說，它的少數載流子是電子，而當基極電壓高于發射極，有電流注入時，發射結正偏導通，發射區向基區擴散大量電子。這些電子在内電場的作用下漂移到C極。從三極管外部看來，電流能通過反偏的集電結，其實，要分清楚“多子”、“少子”的區别。P型半導體的多子是空穴，少子是自由電子；N型半導體的多子是自由電子，少子是空穴。

2、為什麼集電極要加上很高的電壓？

答：電壓高能使集電結的内電場更強，作用在少子上的力更大，有利于少子、尤其是從基區漂移到發射區的電子；同時阻止多子的通過。

3、為什麼基區要做得很薄？

答：因為少子越貼近内電場，就越容易受其作用漂移到PN結對面。如果做得太厚，那進入基區的電子就不能很好地受内電場的作用，不能很好地漂移到集電區，所以要從生産工藝上把它做得很薄，厚度一般在幾個微米至幾十個微米。

4、為什麼發射區的摻雜濃度最高？

答：發射區摻雜濃度高才有更多的多數載流子，P型半導體中的多子是空穴，而NPN型半導體的發射區是N型半導體，摻雜濃度高使其有更多的自由電子，這樣在基極和發射極的電壓差（基極高于發射極）作用下，才有更多電子擴散到基區。假設發射區的摻雜濃度和基區濃度相同，那麼擴散到基區的電子絕大多數會跟基區的空穴進行複合掉，電流的放大能力下降。

5、放大倍數β如何确定？

答：在生産過程中，控制基區的厚度和各個區的摻雜濃度，就能生産出不同放大倍數β的三極管。

6、基極（B極）小電流如何控制集電極大電流？

答：當基極沒有電流的時候，發射結電流幾乎為零，集電結幾乎沒有電子通過；基極電流慢慢增大時，發射結在正偏電壓作用下，多子逐漸激烈地向基區擴散，成為基區的少子。由于基區摻雜濃度低，被基區複合掉的少子少，基極提供的電荷量小，即基極輸入的電流小。發射區摻雜濃度高，擴散到基區的多子多，需要外部注入的電荷量大。發射極跟基極複合的電子非常少，主要被集電結的内電場拉到集電區，集電極電流近似于發射極電流。外部注入基極電流越大，發射區到基區的電子擴散就越激烈，漂移到集電區的電子也越多。在三極管的外部看來，發射極電流和集電極電流也急劇增大。

7、用兩個二極管可否焊接成一個三極管？

答：雖然兩個二極管能結成一個NPN或PNP型的三極管，但其内部矽晶體的摻雜濃度不同于三極管，再者“基極”沒能做得很薄，漂移過“集電結”的少子相當少（不是沒有），因此發射極中的載流子幾乎不能到達集電結。

該内容轉載自網絡，僅供學習交流使用，如有侵權，請聯系删除。

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!