張飛實(shí)戰(zhàn)電子——三極管的工作原理--（解釋深刻）！！！

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一、概念理解
1、N型半導(dǎo)體：又稱(chēng)為電子型半導(dǎo)體。在純凈的硅晶體中通過(guò)特殊工藝摻入少量的五價(jià)元素（如磷、砷、銻等）而形成，其內(nèi)部自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度。所 以，N半導(dǎo)體內(nèi)部形成帶負(fù)電的多數(shù)載流子——自由電子，而少數(shù)載流子是空穴。N型半導(dǎo)體主要靠自由電子導(dǎo)電。由于自由電子主要由所摻入的雜質(zhì)提供，所以摻 入的五價(jià)雜質(zhì)越多，自由電子的濃度就越高，導(dǎo)電性能就越強(qiáng)。而空穴由熱激發(fā)形成，環(huán)境溫度越高，熱激發(fā)越劇烈。

2、P型半導(dǎo)體：又稱(chēng)為空穴型半導(dǎo)體。在純凈的硅晶體中摻入三價(jià)元素（如硼）而形成，其內(nèi)部空穴濃度遠(yuǎn)大于自由電子濃度，所以，P型半導(dǎo)體內(nèi)部形成帶正電 的多數(shù)載流子——空穴，而少數(shù)載流子是自由電子。P型半導(dǎo)體主要靠空穴導(dǎo)電。由于空穴主要由所摻入雜質(zhì)原子提供，摻入三價(jià)的雜質(zhì)越多，空穴的濃度就越高， 導(dǎo)電性能就越強(qiáng)。而自由電子是由熱激發(fā)形成，環(huán)境溫度越高，熱激發(fā)越激烈。

3、PN結(jié)及特性：P型和N型半導(dǎo)體接觸時(shí)，在界面附近空穴從P型半導(dǎo)體向N型半導(dǎo)體擴(kuò)散，電子從N型半導(dǎo)體向P型半導(dǎo)體擴(kuò)散。空穴和電子相遇而復(fù)合，載 流子消失。因此在界面附近的結(jié)區(qū)中有一段距離缺少載流子，卻有內(nèi)建一個(gè)由N區(qū)指向P區(qū)的內(nèi)電場(chǎng)。由于內(nèi)電場(chǎng)是由多子建成，所以達(dá)到平衡后，內(nèi)建電場(chǎng)將阻擋 多數(shù)載流子的擴(kuò)散，但不能阻止少數(shù)載流子。P區(qū)和N區(qū)的少數(shù)載流子一旦接近PN結(jié)，便在內(nèi)電場(chǎng)的作用下漂移到對(duì)方。ＰＮ結(jié)的單向?qū)щ娦酝饧诱��?a href="http://m.qingdxww.cn/keyword/電壓" target="_blank" class="relatedlink">電壓（正偏）：在外電場(chǎng)作用下，多子將向ＰＮ結(jié)移動(dòng)，結(jié)果使空間電荷區(qū)變窄，內(nèi)電場(chǎng)被削弱，有利于多子的擴(kuò)散而不利于少子的漂移，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)起主要 作用。結(jié)果，Ｐ區(qū)的多子空穴將源源不斷的流向Ｎ區(qū)，而Ｎ區(qū)的多子自由電子亦不斷流向Ｐ區(qū)，這兩股載流子的流動(dòng)就形成了ＰＮ結(jié)的正向電流。外加反向電壓（反偏）：在外電場(chǎng)作用下，多子將背離ＰＮ結(jié)移動(dòng)，結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬，內(nèi)電場(chǎng)被增強(qiáng)，有利于少子的漂移而不利于多子的擴(kuò)散，漂移運(yùn)動(dòng)起主 要作用。漂移運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的漂移電流的方向與正向電流相反，稱(chēng)為反向電流。因少子濃度很低，反向電流遠(yuǎn)小于正向電流。當(dāng)溫度一定時(shí)，少子濃度一定，反向電流幾 乎不隨外加電壓而變化，故稱(chēng)為反向飽和電流。（如有疑問(wèn)，歡迎咨詢張飛QQ：437521793 ）

4、擴(kuò)散和漂移：多數(shù)載流子移動(dòng)時(shí)擴(kuò)散，少數(shù)載流子移動(dòng)時(shí)漂移。
5、復(fù)合：電子和空穴相遇就會(huì)復(fù)合，大量的電子-空穴對(duì)復(fù)合就形成電流。
6、空間電荷區(qū)：也稱(chēng)耗盡層。在PN結(jié)中，由于自由電子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和內(nèi)電場(chǎng)導(dǎo)致的漂移運(yùn)動(dòng)，使PN結(jié)中間的部位(P區(qū)和N區(qū)交界面)產(chǎn)生一個(gè)很薄的電荷 區(qū)，它就是空間電荷區(qū)。在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，多數(shù)載流子已擴(kuò)散到對(duì)方并復(fù)合掉了，或者說(shuō)消耗殆盡了，因此，空間電荷區(qū)又稱(chēng)為耗盡層。P區(qū)一側(cè)呈現(xiàn)負(fù)電荷，N區(qū)一 側(cè)呈現(xiàn)正電荷，因此空間電荷區(qū)出現(xiàn)了方向由N區(qū)指向P區(qū)的內(nèi)電場(chǎng)。內(nèi)電場(chǎng)將阻礙多子的擴(kuò)散，而少子一旦靠近PN結(jié)，便在內(nèi)電場(chǎng)的作用下漂移到對(duì)方。PN結(jié)正偏時(shí)，內(nèi)電場(chǎng)減弱，有利于多子的擴(kuò)散而不利于少子的漂移。PN結(jié)反偏時(shí)，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使空間電荷區(qū)加寬，內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)，有利于少子的漂移而不利于多子的擴(kuò)散。（如有疑問(wèn)，歡迎咨詢張飛QQ：437521793 ）

7、內(nèi)電場(chǎng)：PN結(jié)附近空間電荷區(qū)中，方向由N區(qū)指向P區(qū)的內(nèi)電場(chǎng)。內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多數(shù)載流子起隔離作用，而對(duì)少數(shù)載流子起導(dǎo)通作用。

8、載流子：可以自由移動(dòng)的帶有電荷的物質(zhì)微粒，如電子和離子。金屬中為電子，半導(dǎo)體中有兩種載流子即電子和空穴。
9、少數(shù)載流子：P型半導(dǎo)體地少數(shù)載流子是自由電子，N型半導(dǎo)體中是空穴。
10、二極管：?jiǎn)蜗驅(qū)щ娦浴Ｕ�偏多�?shù)載流子可以通過(guò)，反偏少數(shù)載流子可以通過(guò)。反偏時(shí)P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體不能提供源源不斷的少數(shù)載流子，所以反偏近似無(wú)電流。

二、三極管的工藝要求及作用
1、發(fā)射區(qū)摻雜濃度高：確保發(fā)射區(qū)中有足夠多的多數(shù)載流子——電子，當(dāng)基極
電壓高于發(fā)射極的時(shí)候，才有足夠多的電子擴(kuò)散到基極。
2、基區(qū)做得非常薄：可以更好的讓基極（P型半導(dǎo)體）中的少數(shù)載流子——電
子漂移到集電極。
三、工作條件
1、集電極電壓（Vc）大于基極電壓（Vb），基極電壓（Vb）稍高于發(fā)射極電壓（Ve）即：Vc>Vb>Ve，其中Vb一般高于Ve為0.7V；Vc常見(jiàn)電壓比Ve高12V。這樣就使得集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。
2、如要取得輸出必須加負(fù)載電阻。
四、三極管的工作原理
見(jiàn)附圖
五、關(guān)于三極管的問(wèn)題
1、集電極（C極）處于反偏狀態(tài)，為什么還有電流通過(guò)？答：PN結(jié)正偏情況下是利于“多數(shù)載流子”通過(guò)，而反偏則利于“少數(shù)載流子”通過(guò)，對(duì)于基極（B極）來(lái)說(shuō)，它的少數(shù)載流子是電子，而當(dāng)基極電壓高于發(fā)射極，有電流注入時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏導(dǎo)通，發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散大量電子。這些電子在內(nèi)電場(chǎng)的作用下漂移到C極。從三極管外部看來(lái)，電流能通過(guò)反偏的集電結(jié)，其實(shí)， 要分清楚“多子”、“少子”的區(qū)別。P型半導(dǎo)體的多子是空穴，少子是自由電子；N型半導(dǎo)體的多子是自由電子，少子是空穴。
2、為什么集電極要加上很高的電壓？（如有疑問(wèn)，歡迎咨詢張飛QQ：437521793 ）
答：電壓高能使集電結(jié)的內(nèi)電場(chǎng)更強(qiáng)，作用在少子上的力更大，有利于少子、尤其是從基區(qū)漂移到發(fā)射區(qū)的電子；同時(shí)阻止多子的通過(guò)。
3、為什么基區(qū)要做得很薄？
答：因?yàn)樯僮釉劫N近內(nèi)電場(chǎng)，就越容易受其作用漂移到PN結(jié)對(duì)面。如果做得太厚，那進(jìn)入基區(qū)的電子就不能很好地受內(nèi)電場(chǎng)的作用，不能很好地漂移到集電區(qū)，所以要從生產(chǎn)工藝上把它做得很薄，厚度一般在幾個(gè)微米至幾十個(gè)微米。

4、為什么發(fā)射區(qū)的摻雜濃度最高？
答：發(fā)射區(qū)摻雜濃度高才有更多的多數(shù)載流子，P型半導(dǎo)體中的多子是空穴，而 NPN型半導(dǎo)體的發(fā)射區(qū)是N型半導(dǎo)體，摻雜濃度高使其有更多的自由電子，這樣在 基極和發(fā)射極的電壓差（基極高于發(fā)射極）作用下，才有更多電子擴(kuò)散到基區(qū)。假設(shè)發(fā)射區(qū)的摻雜濃度和基區(qū)濃度相同，那么擴(kuò)散到基區(qū)的電子絕大多數(shù)會(huì)跟基區(qū)的 空穴進(jìn)行復(fù)合掉，電流的放大能力下降。

5、放大倍數(shù)β如何確定？答：在生產(chǎn)過(guò)程中，控制基區(qū)的厚度和各個(gè)區(qū)的摻雜濃度，就能生產(chǎn)出不同放大倍數(shù)β的三極管。

6、基極（B極）小電流如何控制集電極大電流？
答：當(dāng)基極沒(méi)有電流的時(shí)候，集電結(jié)幾乎沒(méi)有電子通過(guò)；基極電流慢慢增大時(shí)，集電結(jié)在正偏電壓作用下，多子逐漸激烈地向基區(qū)擴(kuò)散。由于基區(qū)摻雜濃度低，擴(kuò)散 到集電區(qū)的多子少，需要外部注入的電流小。發(fā)射區(qū)摻雜濃度高，擴(kuò)散到基區(qū)的多子多，需要外部注入的電流大。放大倍數(shù)跟基區(qū)厚度、發(fā)射區(qū)摻雜濃度成正比。發(fā) 射極跟基極復(fù)合的電子非常少，主要被集電結(jié)的內(nèi)電場(chǎng)拉到集電區(qū)，集電極電流近似于發(fā)射極電流。外部注入基極電流越大，發(fā)射區(qū)到基區(qū)的電子擴(kuò)散就越激烈，漂 移到集電區(qū)的電子也越多。在三極管的外部看來(lái)，發(fā)射極電流和集電極電流也急劇增大。

7、用兩個(gè)二極管可否焊接成一個(gè)三極管？答：雖然兩個(gè)二極管能結(jié)成一個(gè)NPN或PNP型的三極管，但其內(nèi)部電子發(fā)燒友體的摻雜濃度不同于三極管，再者“基極”沒(méi)能做得很薄，漂移過(guò)“集電結(jié)”的少子相當(dāng)少（不是沒(méi)有），因此發(fā)射極中的載流子幾乎不能到達(dá)集電結(jié)。（如有疑問(wèn)，歡迎咨詢張飛QQ：437521793 ）

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安卓佳

二極管的單向?qū)щ娦裕�正偏時(shí)導(dǎo)大量的多子，反偏時(shí)導(dǎo)微量的少子，
多子可以變少子，但少子不能成多子，在BJT中，少子流量遠(yuǎn)大于多子流量，但是，沒(méi)有多子開(kāi)道，少子通不了，BJT之所以能成為模擬器件，就是因?yàn)橐环N多子被反偏的那個(gè)結(jié)攔住。

安卓佳

BJT的電流，其實(shí)就是兩種多子各司其職而成，
一種多子為訊號(hào)所用，另一種則變成少子承載功率，
少子漂移所需的電壓其實(shí)不用太高，把集基兩腳并接起來(lái)可當(dāng)二極管用嘛。

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