晶体管及其内部原理

晶体管

内部

了解了半导体后，我们开始了解晶体管，也叫三极管。其内部由两个PN结组成，自然有PNP和NPN两种，但这不重要。
重要的是，晶体管分为发射极（e），基极（b），集电极（c）
由于我们学习的是晶体管放大电路，需要保证的外部条件是发射结正偏，集电结反偏
以NPN晶体管为例，我们探究其内部电流过程

1. 因为发射结正偏，N的载流子（带负电）从N到P，产生P到N的电流IE
2. 由于1，发射结有很多电子。由于集电结反偏，基区形成你浓度差，电子从发射结向集电结扩散。扩散过程中有一部分从基极流走，这部分为基极主要电流IBN，因为带负电，所以电流方向从外到内
3. 由于集电结反偏，电子会被吸引到集电结，形成从N到P的电流ICN
4. 由于反偏，集电区的电子基本流走，但空穴还在。集电区的空穴和基区电子在反偏的集电结作用下漂移形成从N到P的电流ICBO。此电流对放大没有贡献且不稳定，要尽量减小。
   
   综上，有以上电流：
5. 发射极主要电流/发射极流出电流：IE
6. 基极主要电流：IBN
7. 集电极主要电流：ICN
8. 反向饱和电流：ICBO
9. 外部流入集电极电流：IC
10. 外部流入基极电流：IB

电流分配

从图中容易看出，IC=ICBO+ICN，IB=IBN-ICBO
我们把这个晶体管看作整体，忽略其内部电流，易得出：IE=IB+IC
在ICBO很小的前提下，为了确定晶体管的放大性能，我们定义共基极直流放大系数：α=ICN/IE=（IC-ICBO）/IE=IC/IE，即IC流入的电流与IE流出电流的比值
现在我们先不忽略ICBO，则α=（IC-ICBO）/IE，就有IE=（IC-ICBO）/α。为了探究IC和IB的关系，我们代入IE=IC+IB，有IC=αIB/（1-α）+ICBO/（1-α）
在此引入共发射极直流放大系数β=α/（1-α），则IC=βIB+（1+β）ICBO。
当基极开路，则IB=0，此时集电结流入电流全从发射极流出，我们引入穿透电流：ICEO=IC=（1+β）ICBO
在ICEO远小于IC的前提下则有：IC=βIB+ICEO=βIB，得出β=IC/IB，即IC流入的电流与IB流入的电流的比值
注意：当α与β的比值是电流变化量的比值的时候，表示的是动态（交流工作状态）时的电流放大特性

特性曲线

输入特性：UCE不变，输入回路的ib与uBE间的关系
输出特性：IB不变，输出回路的ic与uCE间的关系
输出特性曲线可分为三个区域：

1. 放大区：发射结正偏，集电结反偏，即正常状态。此时iC=βIB，与uCE无关；ic只受IB控制
2. 饱和区：发射结和集电结均正偏。iC随uCE增大而增大，无放大作用
3. 截止区：发射结点压过小，集电结反偏。IB=0，iC近似为0。