最新三极管原理及应用

三极管原理及应用

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半导体从字面上理解为介于导体和绝缘体之间的物质，但是它可以通过人为控2

制在导体和绝缘体之间变化，如今的大部分电子产品都有半导体的身影。

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本征半导体通过掺杂衍生出了P型（空穴多）和N型（自由电子多）半导体，P型半导体

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中有多余空穴（共价键上空出的位置），N型半导体中有多余自由电子（共价键填满后多出的自由

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电子）。P型和N型半导体本身并没有电，但当他们相接触时，由于两边的空穴和自由电子有浓度差会产生扩散运动，导致N型半导体中多余的自由电子会扩散到P型半导体的空穴7

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中，使得P区因得到电子而带负电，N区因失去电子而带正电，这样就在PN结产生由N区

指向P区的内建电场。随着扩散的进行，内建电场越来越强，而自由电子由于受到内建电场9

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的作用力会产生向N区的漂移运动，最终电子的扩散运动和漂移运动势均力敌达到平衡，

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通常该内建电场电压约为0.7V。平衡后的PN结如图一所示。

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图一

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半导体的一个应用就是三极管，它属于电流控制器件，通过控制基极电流达到控制集电

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极电流的目的。以NPN型三极管为例，它是由两个PN结对向放置构成，如图二所示。

1From Mr.JI

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图二

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当三个电极都未加电压时，内部两个PN结都处于平衡状态，PN结就相当于一道关闭

的门，使得没有电流能够通过；而当在BE间加正向电压时，此时外加的电压会抵消一部分19

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内建电场，使得自由电子向P区的扩散运动得以加强，向N区的漂移运动减弱，这时只有

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一小部分电流可以流过；当外加电场大于内建电场时，电子不再向N区漂移反而是向P区

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漂移，这时PN结处于完全打开状态，类似于短路，就可以流过更多的电流，这就是三极管

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的输入特性，本质上来说它就是二极管特性，如图三所示。

2From Mr.JI

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图三

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BC之间也有一个PN结，当在BC间也加一个正向电压时，即BE、BC之间的PN结都处27

于正向偏置，但由于两个PN结是对向布置的，内建电场的方向也是相反的，因此自由电子

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由发射极穿过BE的PN结到达基区后就穿不过BC的PN结了，导致无法有电流流过CE，此

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时的工作区域即为饱和区。如果在BC之间加反向电压，那么流经到基区的自由电子紧接着

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就会在电场的作用下流到集电区（基区掺杂浓度低且很薄，所以没有太多的电子与空穴复合形成基级

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电流，大部分都被收集到集电区），这个时候就会有电流流过CE之间，基级电流控制着BE间PN 32

结的开启程度，进而控制着流经CE间的电流，由此得来小电流控制大电流的能力，此区域

即为放大区。如果基级电流为零，即BE间的PN结都没有打开，自然就没有电流流过，此33

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区域即为截止区。三极管的输出特性如图四所示。

3From Mr.JI

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图四

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一个系统中电源是一切的源泉，电源的设计有线性电源和开关电源等，他们当中都有三38

极管的身影。线性电源中的三极管工作在放大区域，根据输出电压不断调整自身的导通程度，39

而开关电源中的三极管则工作在饱和和截止区，根据输出电压来开关自己，所以工作在放大40

区的三极管较工作在饱和和截止区的三极管自身功耗要大，所以线性稳压电源通常用在低压差的情况下，而开关电源则没有这个限制。

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4From Mr.JI