晶体管原理(二)

作者:admin  来源:改改快学习  发布时间:2025-11-04  访问量:1151

上一篇中介绍了晶体管家族中重要分支的MOS管,接下来继续介绍另一个常见的概念三极管,也称之为BJT(Bipolar Junction Transistor)双极结型晶体管,三级管的结构依旧绕不开本征半导体,P/N型半导体和PN结的概念。

选取一块本征半导体,在其左边较小的区域中掺杂较高浓度的磷原子,其体内的硅原子融合了较多的磷原子,形成N型半导体,其自由电子也就更多。

在给中间极小区域掺杂少量浓度的硼原子,较少的硼原子也就具有较少的空穴,形成P型半导体。

在剩下的右侧较宽的区域掺杂正常浓度的磷原子,其中的自由电子数量要比左侧的少很多,形成N型半导体。

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此时在P/N型半导体的中间会形成PN结,也就是耗尽层。此时可以简单的理解为上述的NPN型三极管,就是由两个二极管的P区域相连。

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再将三个区域分别接上引脚,命名分别为E:发射极,C:集电极,B:基极。

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接下来给发射极和基极接上一个电源,当电源正极连接P型半导体时,三极管内开始产生正向偏置,如果电压超过0.7V左右,该正向偏置就会突破耗尽层,也就是我们在PN结文章中所说的,PN结会在外电场的作用下变窄。

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此时发射极中的电子开始填充基极中的空穴直至完全导通,为了减少P型半导体中空穴过多占用发射极来的电子,所以基极才会设计成少量掺杂并且做的很薄。这样就会有更多的电子在三极管中流动,为这些电子流向集电极创造条件。

 

在发射极和集电极之间再接入一个电源组成主电路,正极连接集电极,负极连接发射极,此时集电极中带负电的自由电子会被吸引到主电源正极,此时左侧PN结会变宽。

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此时左侧N区域接入两个电源负极会输入电子,再加上本身高浓度掺杂含有大量自由电子的,当BE电源正极每吸引一个电子形成空穴,就会涌入大量自由电子试图抢占该空穴,但是最后只有一个电子可以占据这个空穴。

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对于那些多出来的自由电子会积攒在基极区域。同时积攒的电子之间同性相斥的力远小于右侧正极对其的吸引力,这些多余的电子就会产生漂移运动,突破耗尽层进入到右侧N型半导体,最终流向主电源的正极形成集电极电流。

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整个过程是,基极区每出现一个空穴就会有β倍的电子会漂移到集电极,那么也就是说加大BE的电压吸引更多的电子形成更多的空穴,就会有更多的电子漂移到集电极。

电子流动的方向和电流的方向相反,所以流入基极的电流为Ib,流入集电极的电流为Ic,Ib*β=Ic,然后再将两个电流相加就是等于总的流出发射极的电流。当然在放大倍数β都会在三极管的选型手册中给出。

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以上就是三极管的基本原理了,可以看到三极管本质还是通过电流实现控制,通过电子和空穴两种载流子导电,其优点是电流控制力度大,可以精准调节流量,但是功耗也较大不适合高频电路。

上一篇中介绍的MOS管则是通过电压实现控制,其优缺点和三极管正好相反,功耗较小,开关频率快,但是开关通断控制阈值较低易受静电影响。

那是否有融合两者长处,规避短处的元器件呢,答案也是肯定的这就是我们下一篇将介绍的IGBT。

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