三极管原理认识

看了接近三遍的三极管,表示过了一段时间之后就忘了,忘了又得去重新看,应该也是自己没有深刻理解其工作原理导致最后浪费很多时间。

首先看一下三极管的图:

三极管的组成,我觉得再看三极管工作原理的时候,第一步必须清楚其结构,要不然,就不会引出后面的这么多性质。

三极管的基极是一层很薄(微米数量级)掺杂浓度比较低的N型半导体, 或者是P型半导体

三极管的发射极是一层掺杂浓度比较高的N/P型半导体,由于在工作过程中,其多数载流子会扩散至基区,但是基区在前面说了是很薄的,而且其只能中和一部分,形成Ibn电流,而大部分会在集电极与基区之间形成的电场下,漂移至集电极,这样就形成了Icn,

三极管的集电极之所以叫集电极就是因为其收集来自发射极的多数载流子,所以叫做集电极。

以上都是在发射极正偏和集电极反偏的情况下,才成立的,这样三极管就会工作在放大区域。

那么解释一下正偏和反偏,这两个概念是在学习PN节的时候引出的,那么PN结又是怎么样子形成的呢,好吧,这样子就必须知道P型半导体,和N型半导体。

P型半导体就是多数载流子是空穴,其为什么是空穴,是因为p型半导体是是在硅晶体内参入三价元素杂质,这样的话,由高中的知识就可以知道,三价元素杂质其到稳定状态是需要一个类似正离子的东西,这样子缺少了一个所谓的空穴,本来是一个电子才能够达到4个稳定状态的,结果少了一个电子,这个空出来的位置,就形成了空穴。

N型半导体就是多数载流子是电子

PN结的形成过程,当我们将P型半导体和N型半导体放在一起的时候,他们之间就会存在,扩散,和漂移运动,由高中知识可以知道扩散是因为浓度梯度参数的,那么P型半导体的多数载流子是空穴,而N型半导体则是电子,他们之间相互扩散,那么电子和空穴就会有一部分相互组合在一起,从而产生叫做PN节的东西,为什么这个扩散不一直进行呢,因为在这个过程中,P型半导体由于丢失了空穴而像显示负性,N型半导体由于丢失电子而显示正性,这样子就产生了电场,方向由N型半导体指向P型半导体,这样子电场就会抑制扩散运动,在这种情况之下,扩散运动和漂移运动达到了最后的动态平衡,PN节就这样产生了。

现在来看看正偏和反偏

我们再接触到PN结的时候就讲到了正偏和反偏,为什么会引出来这个,想着应该是我们刚才讲到了动态平衡,但是人们在设计PN结的时候是要将其应用于人类的生活各处的,要应用PN结就必须让其受控,了解其性质,应用它的每个性质,PN结在加上正偏电压的时候PN结会变窄,为什么会这样子,正偏是这样子接的,P区接正电极,而N区接负电极,这样子就会将原来的PN结自己的电场给抵消,那么PN结的中和部分就会消失,这样子就会易于导通,电阻会变小,这样子,如果完全消失,那么其就相当于一个导体,这样子就是三极管的正向导通,而且其有一个死区电压,这个死区电压就是为了,将其PN结自己的电场抵消,从而变成了像导体一样的东西。

反偏和正偏是刚好相反的,加的电压和正偏相反,这样子加宽了PN结,中间的中和部分变宽,这样子就变成了类似半导体的东西,其不容易到点,这样子最后就不导通了。

话题有点远了,回到三极管由于三极管的发射极源源不断的发送多数载流子,一部分在基区中和,而另外一部分扩散并漂移至集电极,这样子,形成了Ie = Ib+Ic, ,这只是一个忽略了很多其他小电流的最后等式,而且有趣的是,a * Ib = Ic, 也就是Ic与Ib存在a倍的关系。这样子就出现了,三极管作为信号的放大了,但是三极管其性能不稳定,最终还是需要一些其他的处理,从而后面就一直用运放来实现放大信号,但是运放主要部分都是三极管搭建起来的。

再看一下三极管的Vce对ib的影响,Vce的增大会导致集电结收集电子的能力增强,但是又产生了一个问题就是集电结电荷区变宽,发射结的多数载流子扩散至基区之后中和的数量变少,导致Ib变小。





### 三极管工作原理详解 #### 基本概念 三极管是一种具有放大功能的半导体器件,其全称为“晶体三极管”,也被称为“晶体管”。它主要由三个区域组成:发射区、基区和集电区。根据结构不同,三极管分为NPN型和PNP型两种[^1]。 #### 工作模式 三极管的工作可以分为三种基本状态:截止状态、饱和状态以及放大状态。 - **截止状态**:当基极电流为零或者不足以开启三极管时,集电极与发射极之间相当于断开电路,此时三极管处于截止状态。 - **饱和状态**:当基极电流过大以至于集电极电流达到最大值时,即使再增加基极电流也不会进一步提升集电极电流,此时三极管进入饱和状态。 - **放大状态**:在适当偏置条件下,基极电流的变化会按比例引起更大的集电极电流变化,从而实现信号放大的作用。这是三极管最常用的工作模式之一。 #### NPN型三极管工作过程 对于NPN型三极管而言,在外加正向电压的情况下,电子从发射极流向基极形成较小的基极电流;同时大部分载流子通过基区到达集电极,最终形成较大的集电极电流。这种现象体现了三极管的核心特性——电流控制能力。 #### PNP型三极管工作过程 相比之下,PNP型三极管的操作机制相似但方向相反。这里空穴作为多数载流子参与导通过程。具体来说,当给定合适的反相电源配置后,空穴自发射极注入到薄层基区内并随后迁移到集电极处完成整个传导路径构建。 ```python # 示例代码展示如何简单模拟三极管开关行为 (仅用于教学目的) def transistor_switch(base_current, threshold): if base_current >= threshold: return "ON" # 表示三极管导通 else: return "OFF" # 表示三极管关闭 print(transistor_switch(0.02, 0.01)) # 输出 ON 或 OFF 取决于输入参数 ``` 上述Python函数只是一个非常简化版的例子来帮助理解三极管作为一个电子开关的基本逻辑操作方式。
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