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三極管為什么可以做電流放大?

h1654155282.3538 ? 來源:等風的鳥 ? 作者:等風的鳥 ? 2021-05-15 10:55 ? 次閱讀

沒有一個硬件工程師可以繞開的就是三極管和MOS管了,這是當前晶體管時代電子設計的基礎。

說到晶體管,“三極管是流控的,MOS管是壓控的”這句話大概都可以脫口而出,但是說到原理的話,都是似是而非,沒有一個可以清楚的說明的。本文先就三極管為什么可以做電流放大來做一個詳細的說明。

首先上神圖:

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以npn三極管為例,上圖是比較形象的(需要注意區分圖里的電流方向和電子運動方向),也是很多人在講解的時候喜歡使用來說明的,具體的說明過程這里不再詳述,只列下結果:

(其中 是固定值,在20~200之間)

發射結正偏,集電結反偏(即BE正偏, 》 ,CB反偏, )

那么同樣是二極管,憑什么發射結就這么優秀呢,只分走了很小的一部分電流,而

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分走了大部分電流,還有一個固定的倍數關系呢?

下面我們就要把三極管分出來兩部分分別講解了:

發射結正偏,即

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克服了PN結中的勢壘電壓,使得電子可以在外加電壓

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的作用下從發射極E運動到基極B,即圖中

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是極少數的自由運動的電子導致的電流,可以認為是漏電流,非常小,所以可以忽略。

集電結反偏,這個理解相對抽象一些,我們可以使用反向思維來考慮這個問題,即若集電結正偏,會發生什么。當集電結正偏的時候,電流是從基極流向集電極,即電子方向從集電極流向基極,與圖中所畫的正好相反,所以集電極應該反偏,使電流按照圖示流動。

這樣分析下來有個問題,就是沒法解釋為什么

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會比

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小那么多,這里就要說一下三極管的結構了,這也是很多小伙伴所忽略的一個地方。

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如圖所示,三極管的結構。器件并不是對稱的!!!三個區域的參雜濃度明顯不同,其中,發射極的參雜濃度高于集電極,基極的參雜濃度最低。此外,在幾何尺寸上,基極很薄,集電極的面積比發射極大,正是這種結構特點,構成了三極管具有電流放的作用的物質基礎。

由于發射極正偏,所以發射極的電子源源不斷地流入基極,而基極的空穴流入發射極,但是由于基極的參雜濃度很低,所以基極流入發射極的電流

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非常小,而發射極流入基極的電流

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非常大,如圖中對比明顯的兩個電流。此時基極的電子濃度增大很多,集電結反偏,,導致集電極的電子濃度很低,在這個濃度差使得電子從基極流向集電極,而基極中與發射極電子復合的空穴由基極電源提供,形成基極復合電流

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,為基極電流

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的主要成分。

而發射極運動到基極的電子在發射結反偏電壓的作用下,從基極流入集電極,形成了集電極的收集電流

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,構成了集電極電流的主要部分。

通過上述分析可以看出,三極管中的薄的基極將發射結和集電結反緊密地聯系在一起,可以把發射結的電流幾乎全部地傳輸到反偏的集電結回路中去,這正是三極管實現放大作用的關鍵所在。

三極管的放大其實并不是真正的放大,只是

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做了分流,而

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由于自身缺陷,只能分走極小的一部分,其余絕大部分被

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分走,而且柵極的結構尺寸確定,那么電流比例就確定了,這就是放大倍數

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固定只發生在三極管工作在放大區!!!
責任編輯人:CC

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