三极管内部的深入理解.doc

三极管内部的深入理解 对三极管放大作用的理解，切记一点：能量不会无缘无故的产生，所以，三极管一定不会产生能量。但三极管厉害的地方在于：它可以通过小电流去控制大电流。 放大的原理就在于：通过小的交流输入，控制大的静态直流。 假设三极管是个大坝，这个大坝奇怪的地方是，有两个阀门，一个大阀门，一个小阀门。小阀门可以用人力打开，大阀门很重，人力是打不开的，只能通过小阀门的水力打开。所以，平常的工作流程便是，每当放水的时候，人们就打开小阀门，很小的水流涓涓流出，这涓涓细流冲击大阀门的开关，大阀门随之打开，汹涌的江水滔滔流下。如果不停地改变小阀门开启的大小，那么大阀门也相应地不停改变，假若能严格地按比例改变，那么，完美的控制就完成了。在这里，Ube就是小水流，Uce就是大水流，人就是输入信号。当然，如果把水流比为电流的话，会更确切，因为三极管毕竟是一个电流控制元件。 如果某一天，天气很旱，江水没有了，也就是大的水流那边是空的。管理员这时候打开了小阀门，尽管小阀门还是一如既往地冲击大阀门，并使之开启，但因为没有水流的存在，所以，并没有水流出来。这就是三极管中的截止区。 饱和区是一样的，因为此时江水达到了很大很大的程度，管理员开的阀门大小已经没用了。如果不开阀门江水就自己冲开了，这就是二极管的击穿。 在模拟电路中，一般阀门是半开的，通过控制其开启大小来决定输出水流的大小。没有信号的时候，水流也会流，所以，不工作的时候，也会有功耗。而在数字电路中，阀门则处于开或是关两个状态。当不工作的时候，阀门是完全关闭的，没有功耗。 问题1：这种讲解方法在第3步中，讲解集电极电流 Ic 的形成原因时，不是着重地从载流子的性质方面说明集电结的反偏导通，从而产生了 Ic， 而是不恰当地侧重强调了 Vc 的高电位作用，同时又强调基区的薄。这种强调很容易使人产生误解。以为只要 Vc 足够大基区足够薄，集电结就可以反向导通，PN 结的单向导电性就会失 效。其实这正好与三极管的电流放大原理相矛盾。三极管的电流放大原理恰恰要求在放大状态下 Ic 与 Vc 在数量上必须无关，Ic 只能受控于 Ib。 问题2：不能很好地说明三极管的饱和状态。当三极管工作在饱和区时，Vc 的值很小甚至低于 Vb，此时仍然出现了很大的反向饱和电流 Ic，也就是说在Vc 很小时， 集电结仍然会出现反向导通的现象。 这很明显地与强调 Vc 的高电位作用相矛盾。 问题3：传统讲法第2步过于强调基区的薄，还容易给人造成这样的误解，以为只要基区足够薄，集电结就可能会失去 PN 结的单向导电特性。这显然与人们利用三极管内部 两个 PN 结的单向导电性，来判断管脚名称的经验相矛盾。既使基区很薄，人们判断管脚名称时，也并没有发现因为基区的薄而导致 PN 结单向导电性失效的情况。 基区很薄，但两个 PN 结的单向导电特性仍然完好无损，这才使得人们有了判断三极管管脚名称的办法和根据。 问题4：在第2步讲解为什么 Ic 会受 Ib 控制，并且 Ic 与 Ib 之间为什么会存在着一个固定的比例关系时，不能形象说明。只是从工艺上强调基区的薄与掺杂度低，不能从根本上说明电流放大倍数究竟是因为什么会保持不变。 问题5：割裂二极管与三极管在原理上的自然联系，无法实现内容上的自然过渡。甚至使人产生矛盾观念，二极管原理强调 PN 结正向导电反向截止，而三极管原理则又要求 PN 结能够反向导通。同时，也不能体现晶体三极管与电子三极管之间在电流放大原理上的历史联系。 二、新讲解方法： 1.切入点： 要想很自然地说明问题，就要选择恰当的切入点。讲三极管的原理我们从二极管的原理入手讲起。二极管的结构与原理都很简单，内部一个 PN 结具有单向导电性，如示意图B。很明显图示二极管处于反偏状态，PN 结截止。我们要特别注意这里的截止状态，实际上 PN 结截止时，总是会有很小的漏电流存在，也就是说 PN 结总 是存在着反向关不断的现象，PN 结的单向导电性并不是百分之百。 为什么会出现这种现象呢？这主要是因为 P 区除了因“掺杂”而产生的多数载流子“空穴”之外， 还总是会有极少数的本征载流子“电子”出现。 N 区也是一样，除了多数载流子电子之外，也会有极少数的载流子空穴存在。PN 结反偏时，能够正向导电的多数载流子被拉向电源，使PN结变厚，多数载流子不能再通过PN结承担起载流导电的功能。所以，此时漏电流的形成主要靠的是少数载流子，是少数载流子在起导电作用。反偏时，少数载流子在电源的作用下能够很容易地反向穿过 PN 结形成漏电流。 漏电流只所以很小，是因为少数载流子的数量太少。 很明显，此时漏电流的大小主要取决于 少数载流子的数量。如果要想人为地增加漏电流，只要想办法增加反偏时少数载流子的数量即