【郑益慧】模拟电子技术：5.双极晶体管的结构与方法原理

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

1. 三个区域；
2. 三个电极；
3. 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。

电流放大作用

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。

• 一个PN结正向偏置（正偏）即正向导通
• 一个PN结反向偏置，作用本文后面就知道了。

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。

• 基区的掺杂浓度很低，空穴数目很少；发射区掺杂浓度很高，自由电子数目很多；所以这两个电流

• 扩散运动正常，发射区是载流子的聚居区，高掺杂浓度，大量自由电子向基区扩散；发射区的自由电子向基区扩散，基区中的多子（空穴）向发射区扩散。

总结：

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

放大系数

共射的电流放大系数

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

共基的电流放大系数

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。