晶体管的结构以及类型 晶体管的电流放大作用

晶体三极管中有两种带有不同极性电荷的载流子参与导电，故称之为双极性晶体管(BJT)，也称为半导体三极管，以下简称晶体管。

一.晶体管的结构以及类型：

根据不同的掺杂方式在同一个硅片上制造出三个掺杂区域，并形成两个PN结，就构成晶体管。

以NPN型三极管为例，位于中间的P区称为基区，它很薄且杂质浓度很低，位于上层的N区是发射区，掺杂浓度很高，位于下层的N区是集电区，面积很大，这三个区域所引出的三个电极分别为基极b、发射极e、集电极c。

发射区与基区间的PN结称为发射结，基区与集电区间的PN结称为集电结。

二.晶体管的电流放大作用：

放大是对模拟信号最基本的处理。晶体管是放大电路的核心元件，它能够控制能量的转换，将输入的任何微小变化不失真地放大输出。

ui为输入电压信号，接入基极—发射极回路，称为输入回路，放大后的信号在集电极—发射极回路，称为输出回路。

由于发射极是两个回路的公共端，故称该电路为共射方法电路。

使晶体管工作在放大状态的外部条件是发射结正向偏置且集电结反向偏置。

因而在输入回路加基极电源VBB，在输出回路需要集电极电源VCC，VCC大于VBB(因为集电极电位要大于基极电位)。

晶体管的方法作用表现为小的基极电流可以控制大的集电极电流。

三.内部结构解析：

当交流电压ui等于0时，晶体管内部载流子运动与外部电流如图。

1.发射结加正向电压，扩散运动形成发射极电流IE

由于发射结加正向电压，且发射区杂质浓度高，所以大量自由电子因扩散运动越过发射结到达基区(IEN)，与此同时，基区的空穴也因扩散运动到达发射区(IEP)，但由于基区杂质浓度低，所以空穴形成的电流非常小，可以忽略不计。

因此，扩散运动形成了发射极电流IE。

IE=IEN+IEP=IBN+ICN+IEP(注，电流正向是负离子反向，是正离子正向)。

2.扩散到基区的自由电子与空穴的复合运动形成基极电流IB

由于基区很薄，且杂质浓度很低，集电结又加了反向电压，所以扩散到基区的电子中只有极少部分与空穴复合(IBN)(因为空穴仅仅有这么多)，其余部分均作为基区的非平衡少子达到集电结。

由于电源VBB的作用，电子与空穴的复合运动将不断的进行，形成基极电流IB。

IB=IBN+IEP-ICBO=I'B-ICBO

3.集电结加反向电压，漂移运动形成集电极电流IC

由于集电结反向电压且其结面积比较大，基区的非平衡少子在外电场作用下越过集电结到达集电区，形成漂移电流(ICN)，与此同时，集电区与基区的平衡少子也参与漂移运动(ICBO)，但它的数量很小，可忽略不计。

由于电源VCC的作用，漂移运动形成集电极电流IC。

IC=ICN+ICBO

从外部看，IE=IB+IC

四.晶体管的共射特性曲线

1.输入特性曲线

输入特性曲线描述管压降UCE一定的情况下，基极电流iB与发射结压降uBE之间的函数关系。

当UCE=0V时，相当于集电极与发射极短路，即发射结与集电结并联，因此输入特性曲线与PN结的伏安特性相类似，呈指数关系。

当UCE增大时，曲线将右移，原因是由发射区注入基区的非平衡少子有一部分越过基区和集电结形成集电极电流iC，使得在基区参与复合运动的非平衡少子随UCE的增大而减小，因此，想要获得同样的基极电流iB就必须加大UBE，使发射区向基区注入更多的自由电子。

实际上，对于确定的UBE，当UCE增大到一定值时，集电结的电场已经足够强，可以将发射区注入基区的绝大部分非平衡少子都收集到集电区，因而再增大UCE，iC也不会明显增大，即iB基本不变。

因此，当UCE超过一定数值后，曲线不再明显右移而基本重合，对于小功率管，可以用UCE大于1V的任何一条曲线来近似之后的所有曲线。

2.输出特性曲线

输出特性曲线描述基极电流IB为一常量时，集电极电流iC与管压降uCE之间的函数关系。

对于每一个确定的IB，都有一条曲线，所以输出特性曲线是一族曲线，当uCE从零逐渐增大时，集电结电场随之增强，收集基区非平衡少子的能力逐渐增强，因而iC也就逐渐增大。而当uCE增大道一定数值，集电结电场已经有足够的能力将基区绝大部分非平衡少子收集到集电区，uCE再增大，iC也不会明显增大，表现为曲线几乎平行于横轴，即iC几乎仅仅取决于IB。

从输出特性曲线中可以看出，有三个工作区域：

截止区：

特征是发射结电压小于开启电压且集电结反向偏置(反偏反偏)。对于共射电路来说，uBE<=Uon且uCE>uBE。

此时IB=0，而ic<=ICEO，因为穿透电流ICEO很小，近似分析中可以认为晶体管截止时的ic约等于0。

饱和区：

特征是发射结与集电结均处于正向偏量(正偏正偏)。对于共射电路来说，uBE>Uon且uCE。

放大区：

特征是发射结正向偏置且集电结反向偏置(正偏反偏)(uBE大于发射结开启电压Uon)。对于共射电路，uBE>Uon且uCE>=uBE，此时，iC几乎仅仅决定于iB，而与uCE无关，表现出iB对iC的控制作用，在理想情况下，当IB按等差变化时，输出特性是一族横轴的等距离平行线(此时iC=βiB)。