要解释三极管导电机理,必须弄明白其基本结构和电子走向。如图所示,NPN三极管的基极是一段很窄的P型半导体,两端是由N型半导体组成的发射极和集电极。这两个电极的名字也是相当形象的,发射极发射电子,集电极收集电子。
基极和发射极之间施加的是正向偏置电压,其目的是使发射极中的电子在电场的作用下漂移到基极。这些电子到达基极后,部分电子与空穴复合形成电流IB,因为基极窄,所以复合的只是很小一部分,IB也就很小。又因为集电极和基极之间施加的是反向偏置,所以达到基极的大部分电子会在这一电场作用下漂移到集电极形成IC。
在书中,IC和IB之间的关系是IC=βIB,现在假设β=99,就可以理解成发射极发射100个电子,有1个电子与空穴复合形成IB,有99个电子到达集电极形成IC,这个效果就像是IB被放大了99倍。因为在两个过程中的电子漂移方向是一致的,所以从发射极流出的IE=IC+IB,因为IB的电流很小,所以有IE=αIC(α≈1)。
综上所述,如果把这个过程看作一个黑盒的话,就可以简单看成是发射极发射电子,集电极收集电子。
VCE=VCB+VBE,可以用VBE衡量发射电子的能力,用VCB衡量吸收电子的能力,具体表现如下图所示。
在VCE相同的情况下,VBE大的三极管发射电子的能力更强,形成的电流更大;在VBE一定的情况下,电流会随着VCE的增加(也就是吸收电子能力)而增加,但是当VCE到达一定值后,电流出现饱和,其原因就是发射电子的能力是有限的,发射的电子几乎全部在集电极被收集,电流无法继续增大。
简单来说,VBE决定了电流的上限,VCE尽可能地发挥上限。
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