什么是三極管

　　三極管，全稱應為半導體三極管，也稱雙極型晶體管、晶體三極管，是一種控制電流的半導體器件其作用是把微弱信號放大成幅度值較大的電信號， 也用作無觸點開關。晶體三極管，是半導體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元件。三極管是在一塊半導體基片上制作兩個相距很近的PN結，兩個PN結把整塊半導體分成三部分，中間部分是基區，兩側部分是發射區和集電區，排列方式有PNP和NPN兩種。

　　工作原理

　　理論原理晶體三極管（以下簡稱三極管）按材料分有兩種：鍺管和硅管。而每一種又有NPN和PNP兩種結構形式，但使用最多的是硅NPN和鍺PNP兩種三極管，（其中，N是負極的意思（代表英文中Negative），N型半導體在高純度硅中加入磷取代一些硅原子，在電壓刺激下產生自由電子導電，而P是正極的意思（Positive）是加入硼取代硅，產生大量空穴利于導電）。兩者除了電源極性不同外，其工作原理都是相同的，下面僅介紹NPN硅管的電流放大原理。

　　對于NPN管，它是由2塊N型半導體中間夾著一塊P型半導體所組成，發射區與基區之間形成的PN結稱為發射結，而集電區與基區形成的PN結稱為集電結，三條引線分別稱為發射極e （Emitter）、基極b （Base）和集電極c （Collector）。如下圖所示

　　當b點電位高于e點電位零點幾伏時，發射結處于正偏狀態，而C點電位高于b點電位幾伏時，集電結處于反偏狀態，集電極電源Ec要高于基極電源Eb。

　　在制造三極管時，有意識地使發射區的多數載流子濃度大于基區的，同時基區做得很薄，而且，要嚴格控制雜質含量，這樣，一旦接通電源后，由于發射結正偏，發射區的多數載流子（電子）及基區的多數載流子（空穴）很容易地越過發射結互相向對方擴散，但因前者的濃度基大于后者，所以通過發射結的電流基本上是電子流，這股電子流稱為發射極電流子。

　　由于基區很薄，加上集電結的反偏，注入基區的電子大部分越過集電結進入集電區而形成集電極電流Ic，只剩下很少（1-10%）的電子在基區的空穴進行復合，被復合掉的基區空穴由基極電源Eb重新補給，從而形成了基極電流Ibo.根據電流連續性原理得：

　　Ie=Ib+Ic

　　這就是說，在基極補充一個很小的Ib，就可以在集電極上得到一個較大的Ic，這就是所謂電流放大作用，Ic與Ib是維持一定的比例關系，即：

　　β1=Ic/Ib

　　式中：β1--稱為直流放大倍數，

　　集電極電流的變化量△Ic與基極電流的變化量△Ib之比為：

　　β= △Ic/△Ib

　　式中β--稱為交流電流放大倍數，由于低頻時β1和β的數值相差不大，所以有時為了方便起見，對兩者不作嚴格區分，β值約為幾十至一百多。

　　α1=Ic/Ie（Ic與Ie是直流通路中的電流大小）

　　式中：α1也稱為直流放大倍數，一般在共基極組態放大電路中使用，描述了射極電流與集電極電流的關系。

　　α =△Ic/△Ie

　　表達式中的α為交流共基極電流放大倍數。同理α與α1在小信號輸入時相差也不大。對于兩個描述電流關系的放大倍數有以下關系

　　三極管的電流放大作用實際上是利用基極電流的微小變化去控制集電極電流的巨大變化。

　　三極管是一種電流放大器件，但在實際使用中常常通過電阻將三極管的電流放大作用轉變為電壓放大作用。

　　放大原理

　　1、發射區向基區發射電子

　　電源Ub經過電阻Rb加在發射結上，發射結正偏，發射區的多數載流子（自由電子）不斷地越過發射結進入基區，形成發射極電流Ie。同時基區多數載流子也向發射區擴散，但由于多數載流子濃度遠低于發射區載流子濃度，可以不考慮這個電流，因此可以認為發射結主要是電子流。

　　2、基區中電子的擴散與復合

　　電子進入基區后，先在靠近發射結的附近密集，漸漸形成電子濃度差，在濃度差的作用下，促使電子流在基區中向集電結擴散，被集電結電場拉入集電區形成集電極電流Ic。也有很小一部分電子（因為基區很薄）與基區的空穴復合，擴散的電子流與復合電子流之比例決定了三極管的放大能力。

　　3、集電區收集電子

　　由于集電結外加反向電壓很大，這個反向電壓產生的電場力將阻止集電區電子向基區擴散，同時將擴散到集電結附近的電子拉入集電區從而形成集電極主電流Icn。另外集電區的少數載流子（空穴）也會產生漂移運動，流向基區形成反向飽和電流，用Icbo來表示，其數值很小，但對溫度卻異常敏感。

　　什么叫三極管的發射結正偏、集電結反偏？

　　發射結正偏：基極電壓大于發射極電壓

　　集電結反偏：三極管在正常工作狀態時，加在集電極上的電壓方向與其電流方向相反。

　　在放大電路中be結正偏，bc結反偏，三極管工作在放大區，在數字電路中bc結0偏或反偏，三極管交替工作在飽和區和截止區。

　　正偏：當外界有正向電壓偏置時，外界電場和自建電場的互相抑消作用使載流子的擴散電流增加引起了正向電流。 在電子電路中，將二極管的正極接在高電位端，負極接在低電位端，二極管就會導通，這種連接方式，稱為正向偏置

　　反偏：與正向偏置相比，交換電源的正、負極位置，即P區接電源負極，N區接電源正極，就構成了PN結的反向偏置。

　　PN結反向偏置時，外加電場與空間電荷區的內電場方向一致，同樣會導致擴散與漂移運動平衡狀態的破壞。外加電場驅使空間電荷區兩側的空穴和自由電子移走，使空間電荷區變寬，內電場增強，造成多數載流子擴散運動難于進行，同時加強了少數載流子的漂移運動，形成由N區流向P區的反向電流。但由于常溫下少數載流子恒定且數量不多，故反向電流極小。電流小說明PN結的反向電阻很高，通常可以認為反向偏置的PN結不導電，基本上處于截止狀態，這種情況在電子技術中稱為PN結的反向阻斷。

　　當外加的反向電壓在一定范圍內變化時，反向電流幾乎不隨外加電壓的變化而變化。這是因為反向電流是由少子漂移形成的，在熱激發下，少子數量增多，PN結反向電流增大。換句話說，只要溫度不發生變化，少數載流子的濃度就不變，即使反向電壓在允許的范圍內增加再多，也無法使少子的數量增加，反向電流趨于恒定，因此反向電流又稱為反向飽和電流。值得注意的是，反向電流是造成電路噪聲的主要原因之一，因此，在設計電路時，必須考慮溫度補償問題。