三极管的原理与作用与电路图.doc

三极管原理我以NPN三极管为例为你说明三极管的原理： 首先三极管是由两个P-N结够成，NPN三极管就是两头是N型，中间是P型。N端为电子端，P端为空穴端 在制造三极管时，要把发射区的N型半导体电子浓度做的很大，基区P型半导体做的很薄，当基极的电压大于发射极电压（硅管要大0.7V，锗管要大0.3V）而小于集电极电压时，这时发射区的电子进入基区，进行复合，形成IE；但由于发射区的电子浓度很大，基区又很薄，电子就会穿过反向偏置的集电结到集电区的N型半导体里，形成IC；基区的空穴被复合后，基极的电压又会进行补给，形成IB。 晶体三极管具有放大、开关、振荡、混频、频率变换等作用，通常晶体三极管可以处理的功率至几百W，频率至几百MHz左右。 这样的晶体三极管是在一个本征半导体中由三层n型半导体和p型半导体构成的。 本章学习晶体三极管所具有的NPN型和PNP型结构以有晶体三极管的命名方法，并且从称为基极、集电极、发射极的三个电极中流过的电流值来研究晶体三极管中电流的流动方法和作用。然后，为了能够正确地作用晶体三极管，对晶体三极管的最大额定值、晶体三极管上施加的电压和电流的关系等进行分析。 2.1 晶体三极管是P型和N型半导体和有机组合 2.1.1 晶体三极管的各种各样形状和名称 晶体三极管有三只脚，有的金属壳相当于其中一只脚。如图2.1所示，对应于不同的用途，有各种各样形状的三极管。另外，晶体三极管的名称根据JIS C 7012，按图2.3所示那样决定。从晶体三极管的名称，我们可以了解其大致的用途和结构。 2.1.2 晶体三极管的结构和电路符号 晶体三极管按结构粗分有npn型和pnp型两种类型。 Npn型如图2.2(a)所示，两端是n型半导体，中间是p型半导体。Pnp 型如同图(b)所示，两端是p型半导体，中间是n型半导体。 在图2.2(a)、(b)中，被夹在中间的p型以及n型半导体部分，宽度只有数微米程度，非常的薄，这一部分称为基区（base:B）。夹住基区的两个半导体中一个称为发射区（emitter:E），另一个称为集电区(collector:C)。还有，发射区和集电区，例如在npn型的情况下，虽然都是n型的，但发射区与集电区相比，具有杂质浓度高出数百倍，并且交界面面积小等在结构上的不同。 同图(c)、(d)是npn型以及pnp型晶体三极管的电路符号。发射极中电流的流向用箭头表示，当为npn型时箭头向外，当为pnp型时箭头向内。 2.2 晶体三极管究竟起着什么样的作用 2.2.1 对晶体三极管一加上电压，其作用就明白了 晶体三极管的工作原理 图2.4所示的是通过在晶体三极管的基极B、集电极C、发射极E上施加电压，来观察电压和电流关系的电路。 （1） 基极电流IB不流通时 在图2.4中，开关S一断开，则由于基极开路，所以IB（基极电流）就不流通。这时只对晶体三极管的C、E间施加电压VCE（集电极电压），观察IC（集电极电流）、IE（发射极电流）的变化，结果如表2.1所示。 （2） 基极电流流通时 在图2.4中，开关S一闭合，则由于B、E间加有电压，所以基极电流IB流通。这时，对应于VCE和IB的变化，IC和IE的变化如表2.2所示。 （3）从表2.1、2.2的结果，可以看出晶体三极管具有以下的工作原理： 即使加有集电极电压，但在基极电流不流通时，集电极电流、发射极电流也都不流通。这样的状态称为晶体三极管的截止（OFF）状态。 加上集电极电压，由基极电流的微量流通，在集电极可获得大的电流流通，这样的状态称为晶体三极管的导通（ON）状态。 基极电流流通时，即使改变集电极电压的大小，集电极电流的大小也不大变化。 使基极电流产生微小的变化，就可以使得集电极电流产生较大的变化。 基极电流与集电极电流之和变成发射极电流，因此，下面的关系式成立。 IE = IB + IC （发射极电流）=（基极电流）+（集电极电流） （b） 晶体三极管的作用 基极电流IB、集电极电流IC，也分别称为输入电流和输出电流，输出电流与输入电流相比有相当的增大，此现象称为放大。 这里，IC与IB的比称为直流电流放大倍数hFE，如下式所示： 晶体三极管的直流电流放大倍数的数值通常大多在50～1000左右的范围内。因此，根据（3）中的第、条，晶体三极管具有在ON，OFF状态间转换的开关作用和放大作用（参照图2.5）。 2.2.2 晶体三极管中电子和空穴的运动 根据基极电流的有无，集电极中有无电流流通的原因在于晶体三极管中电子与空穴的运动。 基极电流不流通时 如图2.7所示，由于在C、B之间加上了反向电压，所以在