三極管的電流放大作用
發(fā)布時(shí)間:2011/11/2 13:59:29 訪問次數(shù):3840
1.三極管放大條件
三極管的電流放大作用與三極管內(nèi)部PN結(jié)的特殊結(jié)構(gòu)有關(guān)。如圖1- 27和圖1- 28所示,三極管猶如兩個(gè)反向串聯(lián)的PN結(jié),如果孤立地看待這兩個(gè)反向串聯(lián)的PN結(jié),或?qū)蓚(gè)普通二極管串聯(lián)起來組成三極管,是不可能具有電流的放大作用的。三極管若想具有電流放大用,則在制作過程中一定要滿足以下內(nèi)部條件:
①為了便于發(fā)射結(jié)發(fā)射電子, ICS8248DF-39發(fā)射區(qū)半導(dǎo)體的摻雜濃度遠(yuǎn)高于基區(qū)半導(dǎo)體的摻雜濃度,且發(fā)射結(jié)的面積較小。
②發(fā)射區(qū)和集電區(qū)雖為同一性質(zhì)的摻雜半導(dǎo)體,但發(fā)射區(qū)的摻雜濃度要高于集電區(qū)的摻雜濃度,且集電結(jié)的面積要比發(fā)射結(jié)的面積大,便于收集電子。
③聯(lián)系發(fā)射結(jié)和集電結(jié)兩個(gè)PN結(jié)的基區(qū)非常薄,且摻雜濃度也很低。
上述的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是三極管具有電流放大作用的內(nèi)因,要使三極管具有電流的放大作用,除了三極管的內(nèi)因外'還要有部條件,要實(shí)現(xiàn)電流放大,必須做到:①三極管的發(fā)射結(jié)為正向偏置;②集電結(jié)為反向偏置。這是三極管具有電流放大作用的外部條件。下面以NPN型三極管為例,分析其內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律——即電流分配和放大的規(guī)律。
2.三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)情況及電流放大作用
圖1- 29中的UBB是基極電源,使三極管的發(fā)射結(jié)處在正向偏置的狀態(tài),Ucc是集電極電源,作用是使三極管的集電結(jié)處在反向偏置的狀態(tài),Rb是基極電阻,Rc是集電極電阻。三極管內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)情況的示意圖如圖1- 29所示。圖中,載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可分為以下的幾個(gè)過程。
(1)發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子
發(fā)射結(jié)處在正向偏置,使發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子(自由電子)不斷地通過發(fā)射結(jié)擴(kuò)散到基區(qū),即向基區(qū)發(fā)射電子。與此同時(shí),基區(qū)的空穴也會(huì)擴(kuò)散到發(fā)射區(qū),由于兩者摻雜濃度上的懸殊,形成發(fā)射極電流IE的載流子主要是電子,電流的方向與電子流的方向相反。發(fā)射區(qū)所發(fā)射的電子由電源Ec的負(fù)極來補(bǔ)充。
(2)電子在基區(qū)中的擴(kuò)散與復(fù)合
擴(kuò)散到基區(qū)的自由電子,開始都聚集在發(fā)射結(jié)附近,濃度較高,靠近集電結(jié)的自由電子很少,形成濃度差別,自由電子繼續(xù)向集電結(jié)方向擴(kuò)散。擴(kuò)散過程中將有一小部分與基區(qū)的空穴復(fù)合’形成電流IBN.同時(shí),基極電源EB不斷地向基區(qū)提供空穴,形成基極電流IB。兩者基本相等,由于基區(qū)摻雜的濃度很低,且很薄,在基區(qū)與空穴復(fù)合的電子很少,所以,基極電流IB也
很小。擴(kuò)散到基區(qū)的電子除了被基區(qū)復(fù)合掉的一小部分外,大量的自由電子繼續(xù)擴(kuò)散到靠近集電結(jié)的基區(qū)邊緣。
(3)集電結(jié)收集電子的過程
反向偏置的集電結(jié)在阻礙集電區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子的同時(shí),可將擴(kuò)散到靠近集電結(jié)的基區(qū)邊緣的自由電子拉入集電區(qū),形成電流ICN。集電極收集到的電子由集電極電源Ec吸收,形成集電極電流Ic。ICN基本上等子集電極電流Ic。
此外,集電結(jié)反偏,在內(nèi)電場(chǎng)作用下,極電區(qū)少數(shù)載流子空穴和基區(qū)少子電子將發(fā)生漂移運(yùn)動(dòng),形成電流ICBO,其值很小,構(gòu)成極電極及基極電流的一小部分,它與外加電壓無關(guān)但受溫度影響較大。
對(duì)于PNP管,三個(gè)電極產(chǎn)生昀電流方向正好與NPN管相反。其內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)情況與此類似。由節(jié)點(diǎn)電流定律可得,三極管三個(gè)電極的電流IE、IB、Ic。之間的關(guān)系為
Ic=ICN+ICBO
IB=IBN-ICBO
IE=ICN+IBN=IC+lB
三極管的特殊結(jié)構(gòu)使載流子運(yùn)動(dòng)過程中從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的電子中只有很少一部分在基區(qū)復(fù)合,絕大部分到達(dá)集電區(qū),說明IE中的兩部分IBN份額很小,ICN份額很大,比值用p表示
β=ICN/IBN=IC-ICBO/IB+ICBO≈IC/IB
Ic遠(yuǎn)大于IB,β稱為三極管的直流電流放大倍數(shù)。它是描述三極管基極電流對(duì)集電極電流控制能力大小的物理量,p大的管子,基極電流對(duì)集電極電流控制的能力就大。β是由晶體管的結(jié)構(gòu)來決定的,一個(gè)管子做成以后,該管子的盧就確定了。ICBO稱為集電結(jié)反向飽和電流,ICEO稱為穿透電流。當(dāng)ICBO可以忽略時(shí),上式可簡(jiǎn)化為 IC≈βIB
把集電極電流的變化量與基極電流的變化量之比,定義為三極管的共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)盧,體現(xiàn)了三極管的電流放大能力,其表達(dá)式為 β=△IC/△IB
1.三極管放大條件
三極管的電流放大作用與三極管內(nèi)部PN結(jié)的特殊結(jié)構(gòu)有關(guān)。如圖1- 27和圖1- 28所示,三極管猶如兩個(gè)反向串聯(lián)的PN結(jié),如果孤立地看待這兩個(gè)反向串聯(lián)的PN結(jié),或?qū)蓚(gè)普通二極管串聯(lián)起來組成三極管,是不可能具有電流的放大作用的。三極管若想具有電流放大用,則在制作過程中一定要滿足以下內(nèi)部條件:
①為了便于發(fā)射結(jié)發(fā)射電子, ICS8248DF-39發(fā)射區(qū)半導(dǎo)體的摻雜濃度遠(yuǎn)高于基區(qū)半導(dǎo)體的摻雜濃度,且發(fā)射結(jié)的面積較小。
②發(fā)射區(qū)和集電區(qū)雖為同一性質(zhì)的摻雜半導(dǎo)體,但發(fā)射區(qū)的摻雜濃度要高于集電區(qū)的摻雜濃度,且集電結(jié)的面積要比發(fā)射結(jié)的面積大,便于收集電子。
③聯(lián)系發(fā)射結(jié)和集電結(jié)兩個(gè)PN結(jié)的基區(qū)非常薄,且摻雜濃度也很低。
上述的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是三極管具有電流放大作用的內(nèi)因,要使三極管具有電流的放大作用,除了三極管的內(nèi)因外'還要有部條件,要實(shí)現(xiàn)電流放大,必須做到:①三極管的發(fā)射結(jié)為正向偏置;②集電結(jié)為反向偏置。這是三極管具有電流放大作用的外部條件。下面以NPN型三極管為例,分析其內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律——即電流分配和放大的規(guī)律。
2.三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)情況及電流放大作用
圖1- 29中的UBB是基極電源,使三極管的發(fā)射結(jié)處在正向偏置的狀態(tài),Ucc是集電極電源,作用是使三極管的集電結(jié)處在反向偏置的狀態(tài),Rb是基極電阻,Rc是集電極電阻。三極管內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)情況的示意圖如圖1- 29所示。圖中,載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可分為以下的幾個(gè)過程。
(1)發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子
發(fā)射結(jié)處在正向偏置,使發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子(自由電子)不斷地通過發(fā)射結(jié)擴(kuò)散到基區(qū),即向基區(qū)發(fā)射電子。與此同時(shí),基區(qū)的空穴也會(huì)擴(kuò)散到發(fā)射區(qū),由于兩者摻雜濃度上的懸殊,形成發(fā)射極電流IE的載流子主要是電子,電流的方向與電子流的方向相反。發(fā)射區(qū)所發(fā)射的電子由電源Ec的負(fù)極來補(bǔ)充。
(2)電子在基區(qū)中的擴(kuò)散與復(fù)合
擴(kuò)散到基區(qū)的自由電子,開始都聚集在發(fā)射結(jié)附近,濃度較高,靠近集電結(jié)的自由電子很少,形成濃度差別,自由電子繼續(xù)向集電結(jié)方向擴(kuò)散。擴(kuò)散過程中將有一小部分與基區(qū)的空穴復(fù)合’形成電流IBN.同時(shí),基極電源EB不斷地向基區(qū)提供空穴,形成基極電流IB。兩者基本相等,由于基區(qū)摻雜的濃度很低,且很薄,在基區(qū)與空穴復(fù)合的電子很少,所以,基極電流IB也
很小。擴(kuò)散到基區(qū)的電子除了被基區(qū)復(fù)合掉的一小部分外,大量的自由電子繼續(xù)擴(kuò)散到靠近集電結(jié)的基區(qū)邊緣。
(3)集電結(jié)收集電子的過程
反向偏置的集電結(jié)在阻礙集電區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子的同時(shí),可將擴(kuò)散到靠近集電結(jié)的基區(qū)邊緣的自由電子拉入集電區(qū),形成電流ICN。集電極收集到的電子由集電極電源Ec吸收,形成集電極電流Ic。ICN基本上等子集電極電流Ic。
此外,集電結(jié)反偏,在內(nèi)電場(chǎng)作用下,極電區(qū)少數(shù)載流子空穴和基區(qū)少子電子將發(fā)生漂移運(yùn)動(dòng),形成電流ICBO,其值很小,構(gòu)成極電極及基極電流的一小部分,它與外加電壓無關(guān)但受溫度影響較大。
對(duì)于PNP管,三個(gè)電極產(chǎn)生昀電流方向正好與NPN管相反。其內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)情況與此類似。由節(jié)點(diǎn)電流定律可得,三極管三個(gè)電極的電流IE、IB、Ic。之間的關(guān)系為
Ic=ICN+ICBO
IB=IBN-ICBO
IE=ICN+IBN=IC+lB
三極管的特殊結(jié)構(gòu)使載流子運(yùn)動(dòng)過程中從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的電子中只有很少一部分在基區(qū)復(fù)合,絕大部分到達(dá)集電區(qū),說明IE中的兩部分IBN份額很小,ICN份額很大,比值用p表示
β=ICN/IBN=IC-ICBO/IB+ICBO≈IC/IB
Ic遠(yuǎn)大于IB,β稱為三極管的直流電流放大倍數(shù)。它是描述三極管基極電流對(duì)集電極電流控制能力大小的物理量,p大的管子,基極電流對(duì)集電極電流控制的能力就大。β是由晶體管的結(jié)構(gòu)來決定的,一個(gè)管子做成以后,該管子的盧就確定了。ICBO稱為集電結(jié)反向飽和電流,ICEO稱為穿透電流。當(dāng)ICBO可以忽略時(shí),上式可簡(jiǎn)化為 IC≈βIB
把集電極電流的變化量與基極電流的變化量之比,定義為三極管的共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)盧,體現(xiàn)了三極管的電流放大能力,其表達(dá)式為 β=△IC/△IB
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