【郑益慧】模拟电子技术:5.双极晶体管的结构与方法原理 |
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双极晶体管的结构与方法原理
空穴和自由电子都参与导电称之为双极晶体管(半导体三极管)
1.结构及类型
一块半导体材料上,做出三个不同的掺杂区域。 发射极 —— emitter 基极 —— basic 集电极 —— collector’ 为什么叫不同的名字? 因为掺咋浓度不同 发射区:发射载流子的区域;——掺杂浓度是最高的 集电区:收集载流子;—— 掺杂浓度不能过高,面积最大 基区:控制;——掺杂浓度比较低,非常薄 三个区域;三个电极;两个PN结:发射结;集电结;从掺杂浓度来说,上面的N比下面的N 大很多很多。 Ic/Ib 近似于一个常数 Ic跟着Ib变,是Ib的放大 能量的转换不是凭空产生,如果电流被放大,那么一定是有外部电源的支持。 一、放大 三极管实际是一个控制元件,控制电源的功率,得到 相当于控制了电源的能量。 因此有了电流放大作用。从而使喇叭声音变大,机械臂的力量增大等等。 注意:放大的最重要的就是不能失真。要保证放大前后一致。 接下来就要说,要实现方法,肯定需要电路,那么基本共射放大电路就出来了。 基本共射放大电路为什么要在基极加一个电阻? 答:如果把1V电压直接加在PN结的两端,电流很大,三极管烧坏。所以要串一个限流电阻。 因此对发射结正偏(导通),集电结反偏。 接下来就说一下,为什么成比例。 晶体管内部载流子的运动 正向偏置:发射区的自由电子向基区扩散,基区中的多子(扩散)向发射区扩散。 (发射区的掺杂浓度远远大于基区),产生的电流。
自由电子到基区了,基区本来自由电子是少子,但是扩散的非平衡少子比它原来的多子还要多。 自由电子聚集浓度特别高,继续向前扩散。经过基区,往集电极扩散;扩散的过程中,在基区必然发生复合(原因看图中红字);由于两点:基区薄且掺杂浓度低,目的就是让绝大多数的自由电子能扩散到集电极;基区的掺杂浓度和宽度决定了复合的百分比;但是,基区的整个掺杂浓度是不变的;由于复合百分比的固定,所以 如果还不明白,为什么成比例:那我重新说一遍,因为基区的空穴基本上都是IB提供的,所以当基区自己的空穴没了以后(通过扩散或者复合),此时基区空穴产生的速度由IB决定,那么IB就和IC成比例了。 在基区干的事: 扩散 、复合(比例近似固定,扩散的速度不变) 、 产生;在扩散的速度是不变的条件下,复合的比例是固定的,要让自由电子快速经过基区到达集电区以后,快速被移走,否则会聚集; 反向偏置:外电场和内电场的力的方向相同。因此自由电子会被快速收集。不懂去看第二节。 作用:自由电子被电场快速收集;保证浓度梯度的正常;一旦反偏没有(电场力变小,收集速度变小),IB和IC的比例就不能保证; 本来因为反向偏置,基区的非平衡少子跑到集电区,会立刻因为电场力被吸走。 如果没有了,那就不能被吸走,IC的电流也不会变大。 而IB的电流还是可以变大。 集电区收集自由电子 反偏,会有漂移运动, 因此最终 在绝大多数情况下,这两者是近似的;从意义上来说,是不一样的; 当IB=0,仍然存在一个电流穿透电流 总结:如何实现电流放大呢,发射极正偏,集电结反偏。 三极管特性的分析,请看下一节。 |
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