三極體內部工作原理

2021-03-06 16:20:14 字數 5030 閱讀 1480

1樓:焦水淼

它的作用是可以用小電流控制大電流——電流放大作用

1、n型半導體:又稱為電子型半導體。在純淨的矽晶體中通過特殊工藝摻入少量的五價元素(如磷、砷、銻等)而形成,其內部自由電子濃度遠大於空穴濃度。

所以,n半導體內部形成帶負電的多數載流子——自由電子,而少數載流子是空穴。n型半導體主要靠自由電子導電。由於自由電子主要由所摻入的雜質提供,所以摻入的五價雜質越多,自由電子的濃度就越高,導電效能就越強。

而空穴由熱激發形成,環境溫度越高,熱激發越劇烈。

2、p型半導體:又稱為空穴型半導體。在純淨的矽晶體中摻入三價元素(如硼)而形成,其內部空穴濃度遠大於自由電子濃度,所以,p型半導體內部形成帶正電的多數載流子——空穴,而少數載流子是自由電子。

p型半導體主要靠空穴導電。由於空穴主要由所摻入雜質原子提供,摻入三價的雜質越多,空穴的濃度就越高,導電效能就越強。而自由電子是由熱激發形成,環境溫度越高,熱激發越激烈。

3、pn結及特性:p型和n型半導體接觸時,在介面附近空穴從p型半導體向n型半導體擴散,電子從n型半導體向p型半導體擴散。空穴和電子相遇而複合,載流子消失。

因此在介面附近的結區中有一段距離缺少載流子,卻有內建一個由n區指向p區的內電場。由於內電場是由多子建成,所以達到平衡後,內建電場將阻擋多數載流子的擴散,但不能阻止少數載流子。p區和n區的少數載流子一旦接近pn結,便在內電場的作用下漂移到對方。

pn結的單向導電性 外加正向電壓(正偏):在外電場作用下,多子將向pn結移動,結果使空間電荷區變窄,內電場被削弱,有利於多子的擴散而不利於少子的漂移,擴散運動起主要作用。結果,p區的多子空穴將源源不斷的流向n區,而n區的多子自由電子亦不斷流向p區,這兩股載流子的流動就形成了pn結的正向電流。

外加反向電壓(反偏):在外電場作用下,多子將背離pn結移動,結果使空間電荷區變寬,內電場被增強,有利於少子的漂移而不利於多子的擴散,漂移運動起主要作用。漂移運動產生的漂移電流的方向與正向電流相反,稱為反向電流。

因少子濃度很低,反向電流遠小於正向電流。當溫度一定時,少子濃度一定,反向電流幾乎不隨外加電壓而變化,故稱為反向飽和電流。

4、擴散和漂移:多數載流子移動時擴散,少數載流子移動時漂移。

5、複合:電子和空穴相遇就會複合,大量的電子-空穴對複合就形成電流。6、空間電荷區:

也稱耗盡層。在pn結中,由於自由電子的擴散運動和內電場導致的漂移運動,使pn結中間的部位(p區和n區交介面)產生一個很薄的電荷區,它就是空間電荷區。在這個區域內,多數載流子已擴散到對方並複合掉了,或者說消耗殆盡了,因此,空間電荷區又稱為耗盡層。

p區一側呈現負電荷,n區一側呈現正電荷,因此空間電荷區出現了方向由n區指向p區的內電場。內電場將阻礙多子的擴散,而少子一旦靠近pn結,便在內電場的作用下漂移到對方。pn結正偏時,內電場減弱,有利於多子的擴散而不利於少子的漂移。

pn結反偏時,擴散運動使空間電荷區加寬,內電場增強,有利於少子的漂移而不利於多子的擴散。

7、內電場:pn結附近空間電荷區中,方向由n區指向p區的內電場。內電場對多數載流子起隔離作用,而對少數載流子起導通作用。

8、載流子:可以自由移動的帶有電荷的物質微粒,如電子和離子。金屬中為電子,半導體中有兩種載流子即電子和空穴。

9、少數載流子:p型半導體地少數載流子是自由電子,n型半導體中是空穴。

10、二極體:單向導電性。正偏多數載流子可以通過,反偏少數載流子可以通過。反偏時p型半導體和n型半導體不能提供源源不斷的少數載流子,所以反偏近似無電流。

二、三極體的工藝要求及作用

1、發射區摻雜濃度高:確保發射區中有足夠多的多數載流子——電子,當基極電壓高於發射極的時候,才有足夠多的電子擴散到基極。

2、基區做得非常薄:可以更好的讓基極(p型半導體)中的少數載流子——電子漂移到集電極。

三、工作條件 1、集電極電壓(vc)大於基極電壓(vb),基極電壓(vb)稍高於發射極電壓(ve)。即:vc>vb>ve,其中vb一般高於ve為0.

7v;vc常見電壓比ve高12v。這樣就使得集電結反偏,發射結正偏。

2、如要取得輸出必須加負載電阻。

四、三極體的工作原理 **如右:

五、關於三極體的問題 1、集電極(c極)處於反偏狀態,為什麼還有電流通過? 答:pn結正偏情況下是利於「多數載流子」通過,而反偏則利於「少數載流子」通過,對於基極(b極)來說,它的少數載流子是電子,而當基極電壓高於發射極,有電流注入時,發射結正偏導通,發射區向基區擴散大量電子。

這些電子在內電場的作用下漂移到c極。從三極體外部看來,電流能通過反偏的集電結,其實,要分清楚「多子」、「少子」的區別。p型半導體的多子是空穴,少子是自由電子;n型半導體的多子是自由電子,少子是空穴。

2、為什麼集電極要加上很高的電壓? 答:電壓高能使集電結的內電場更強,作用在少子上的力

更大,有利於少子、尤其是從基區漂移到發射區的電子;同時阻止多子的通過。

3、為什麼基區要做得很薄?

答:因為少子越貼近內電場,就越容易受其作用漂移到pn結對面。如果做得太厚,那進入基區的電子就不能很好地受內電場的作用,不能很好地漂移到集電區,所以要從生產工藝上把它做得很薄,厚度一般在幾個微米至幾十個微米。

4、為什麼發射區的摻雜濃度最高?

答:發射區摻雜濃度高才有更多的多數載流子,p型半導體中的多子是空穴,而npn型半導體的發射區是n型半導體,摻雜濃度高使其有更多的自由電子,這樣在基極和發射極的電壓差(基極高於發射極)作用下,才有更多電子擴散到基區。假設發射區的摻雜濃度和基區濃度相同,那麼擴散到基區的電子絕大多數會跟基區的空穴進行復合掉,電流的放大能力下降。

5、放大倍數β如何確定?

答:在生產過程中,控制基區的厚度和各個區的摻雜濃度,就能生產出不同放大倍數β的三極體。 6、基極(b極)小電流如何控制集電極大電流?

答:當基極沒有電流的時候,集電結幾乎沒有電子通過;基極電流慢慢增大時,集電結在正偏電壓作用下,多子逐漸激烈地向基區擴散。由於基區摻雜濃度低,擴散到集電區的多子少,需要外部注入的電流小。

發射區摻雜濃度高,擴散到基區的多子多,需要外部注入的電流大。放大倍數跟基區厚度、發射區摻雜濃度成正比。發射極跟基極複合的電子非常少,主要被集電結的內電場拉到集電區,集電極電流近似於發射極電流。

外部注入基極電流越大,發射區到基區的電子擴散就越激烈,漂移到集電區的電子也越多。在三極體的外部看來,發射極電流和集電極電流也急劇增大。

7、用兩個二極體可否焊接成一個三極體?

答:雖然兩個二極體能結成一個npn或pnp型的三極體,但其內部矽晶體的摻雜濃度不同於三極體,再者「基極」沒能做得很薄,漂移過「集電結」的少子相當少(不是沒有),因此發射極中的載流子幾乎不能到達集電結。

2樓:匿名使用者

三極體的結構和分類

其共同特徵就是具有三個電極,這就是「三極體」簡稱的來歷。通俗來講,三極體內部為由p型半導體和n型半導體組成的三層結構,根據分層次序分為npn型和pnp型兩大類。

上述三層結構即為三極體的三個區, 中間比較薄的一層為基區,另外兩層同為n型或p型,其中尺寸相對較小、多數載流子濃度相對較高的一層為發射區,另一層則為集電區。三極體的這種內部結構特點,是三極體能夠起放大作用的內部條件。

三個區各自引出三個電極,分別為基極(b) 、發射極(e)和集電極(c)。

如圖b所示,三層結構可以形成兩個pn結,分別稱為發射結和集電結。三極體符號中的箭頭方向就是表示發射結的方向。

三極體內部結構中有兩個具有單向導電性的pn結,因此當然可以用作開關元件,但同時三極體還是一個放大元件,正是它的出現促使了電子技術的飛躍發展。

2 三極體的電流放大作用

直流電壓源vcc應大於vbb,從而使電路滿足放大的外部條件:發射結正向偏置,集電極反向偏置。改變可調電阻rb,基極電流ib,集電極電流ic 和發射極電流ie都會發生變化,由測量結果可以得出以下結論:

(1) ie = ib + ic ( 符合克希荷夫電流定理)

(2) ic ≈ ib ×? ( ?稱為電流放大係數,可表徵三極體的電流放大能力)

(3)△ ic ≈ △ ib ×?

由上可見,三極體是一種具有電流放大作用的模擬器件。

3 三極體的放大原理

以下用npn三極體為例說明其內部載流子運動規律和電流放大

原理,1、發射區向基區擴散電子:由於發射結處於正向偏置,發射區的多數載流子(自由電子)不斷擴散到基區,並不斷從電源補充進電子,形成發射極電流ie。

2、電子在基區擴散和複合:由於基區很薄,其多數載流子(空穴)濃度很低,所以從發射極擴散過來的電子只有很少部分可以和基區空穴複合,形成比較小的基極電流ib,而剩下的絕大部分電子都能擴散到集電結邊緣。

3、集電區收集從發射區擴散過來的電子:由於集電結反向偏置,可將從發射區擴散到基區併到達集電區邊緣的電子拉入集電區,從而形成較大的集電極電流ic。

4 三極體的輸入輸出特性

三極體的輸入特性是指當集-射極電壓uce為常數時,基極電流ib與基-射極電壓ube之間的關係曲線。

對矽管而言,當uce超過1v時,集電結已經達到足夠反偏,可以把從發射區擴散到基區的電子中的絕大部分拉入集電區。如果此時再增大uce ,只要ube保持不變(從發射區發射到基區的電子數就一定), ib也就基本不變。就是說,當uce超過1v後的輸入特性曲線基本上是重合的。

由圖可見,和二極體的伏安特性一樣,三極體的輸入特性也有一段死區,只有當ube大於死區電壓時,三極體才會出現基極電流ib。通常矽管的死區電壓約為0.5v,鍺管約為0.

1v。在正常工作情況下,npn型矽管的發射結電壓ube為0.6~0.

7v,pnp型鍺管的發射結電壓ube為-0.2~ -0.3v。

三極體的輸出特性是指當基極電流ib一定時,集電極電流ic與集-射極電壓uce之間的關係曲線。在不同的ib下,可得出不同的曲線,所以三極體的輸出特性是一組曲線。通常把輸出特性曲線分為三個工作區:

1、放大區:輸出特性曲線的近於水平部分是放大區。在放大區, ic = ib ×?

,由於在不同ib下電流放大係數近似相等,所以放大區也稱為線性區。**管要工作在放大區,發射結必須處於正向偏置,集電結則應處於反向偏置,對矽管而言應使ube>0,ubc<0。

2、截止區: ib = 0的曲線以下的區域稱為截止區。實際上,對npn矽管而言,當ube<0.

5v時即已開始截止,但是為了使三極體可靠截止,常使ube≤0v,此時發射結和集電結均處於反向偏置。

3、飽和區:輸出特性曲線的陡直部分是飽和區,此時ib的變化對 ic的影響較小,放大區的?不再適用於飽和區 。在飽和區, uce<ube,發射結和集電結均處於正向偏置。

三極體電路中NPN三極體換成pnp,原理圖該怎麼改?謝謝

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