初步认识三极管

双极型晶体管（BJT）又叫半导体三极管，晶体三极管，简称三极管，是非常重要的电子原件，有放大信号和电子开关的功能（CPU其实也就是几亿个"开关"组成）

常见外观

内有乾坤---PN结

• 三极:基极，发射极，集电极。分别用 b e c表示
• 三区：基区，发射区 ，集电区。

其实三极管也是由PN结组成，背靠背的PN结，更具背靠背的顺序，可以分成 PNP型和NPN型

NPN型

画的有点丑，QWQ.

发射区：由N型半导体组成，杂质含量最多（远大于集电区，这是为了方便发射区发射电子），引出发射极 e。

集电区：由N型半导体组成，杂质含量比基区多（为了方便收集发射极的电子），引出集电极 c 。

基区：由P型半导体组成，杂质含量非常少，同时非常薄（为了方便发射极的电子穿过），引出基极 b。

我先把有关结论放在这里，

• 如果没有 b到e的电流 I_be ，也就没有的 c到e的电流I_cb ，也就是 I_be 决定 I_cb

在晶体管在放大模式下

• V_C >V_b >V_e , C区电势最高

• 发射区发射电子，集电区收集电子

• I_E =I_B+I_c ,发射极电流等于其他两极之和，I_B<<I_c ,也就是基极电流非常小。

• β=I_c/I_B ，β为直流（交流）放大系数

• 发射极工作在放大模式下要求 发射结正向偏置，集电结反向偏置

PNP型

其实和NPN型差不多，P型组成发射区和集电区，基极由N区组成，当然正因如此，性质就有所不同。

我先把有关结论放在这里，

• 如果没有 e到b的电流 I_eb ，也就没有的 E到C的电流I_EC ，也就是 I_EB 决定 I_EC

在晶体管在放大模式下

• V_E >V_b >V_C , C区电势最高
• 发射区发射电子，集电区收集电子
• I_E =I_B+I_c ,发射极电流等于其他两极之和，I_B<<I_c ,也就是基极电流非常小。
• β=I_c/I_B ，β为直流（交流）放大系数
• 发射极工作在放大模式下要求 发射结正向偏置，集电结反向偏置

认识符号

看上面的插图（画的太丑了），如何认识呢？

1. 带箭头的是发射极
2. 箭头指向就是电流流向，也是 发射区和基区P--->N

基本共射放大电路晶体管内部载流子运动情况

上图，被称为共射放大电路，发射极作为公共端，本电路又两条回路，左边叫输入电路，右侧叫输出电路。

1. R_b 基极电阻,也叫偏置电阻。
2. R_C 集电极电阻
3. V_CC 集电极电源，使集电姐处于反偏状态
4. V_BB,基极电源，使发射结处于正偏状态

发射区向基区发射电子的过程

如上图，发射区电势低，基区电势高，发射结处于正偏的情况，使发射结的多子（自由电子）不断向基区扩散，于此同时基区的空穴也会扩散到发射区，形成了基区到发射区的电流。发射极发射的电子被电源V_cc 不断补充

电子在基区的扩散和符合情况

两者的浓度的差距（发>>基），基区又很薄并且空穴少，所以只有少数电子被基区的空穴所符合，从而基区到发射区的电流很小（I_B）,并且发射极来的电子被复合的电子非常少，所以有大量电子扩散到了基极边缘。

集电极的收集电子

反偏的集电结阻碍了集电区的多子(自由电子向基区扩散)，但是扩散到基极边缘的电子在集电极的电场作用（正电荷）下穿越到了集电极（集电结被击穿了一样），在集电极电源的作用下形成了电流 I_C

总结

由此电路图我们就又得到了一个公式

U_CE =U_CC -I_cR_C , 和 U_BE =U_CC -I_BR_B ,当然我们时常确立发射极接地电势为0.

在配合上面的公式 β=I_c/I_B ，I_E =I_B+I_c 我们就可以解决大多数题目。

练习一下

判断下列，三极管是可能工作在放大状态

解答

1. 先判断PNP还是NPN型
2. 再判断 是否可能 发射结正向偏置，集电结反向偏置

三极管的共射特性曲线

通过上面的分析，我们简单了解了一下三极管在放大区的基本工作原理，当然那仅仅就是一种情况---工作在发射区的情况。

输入特性曲线

输入特性曲线描述了 ，在管降压U_CE不变的前提下，基极电流I_B 和发射结压降的关系。

I_B =f(u_be) | u_CE=常数

由上图可见：

1. 在输入特性曲线上也有开启电压，当U_BE 不足打开发射结开启电压的时候，I_B 为0；只有U_BE 大于开启电压 之后，I_B 随U_BE 指数级上涨。 硅晶体管开启电压约为0.5V, 发射结导通电压约为 0.7V;锗晶体管开启电压约为0.2V, 发射结导通电压约为 0.3V
2. 当U_CE为0的时候， 也就是发射结和集电极并联,也就是两个二极管并联，那么输入特性曲线与PN结类似。
3. 当U_CE为1的时候**，集电极处于方向偏置，那么内电场加强，发射结扩散的电子多数别集电区收集**，只有少数和基区的空穴复合，那么I_B,就会减小，故在同等U_BE 下，U_CE越大，那么I_B就越小（不破坏晶体管情况下）。
4. U_CE 大于 Iv的时候，集电极几乎将发射过来的电子几乎完全收走，那么I_B 几乎和 U_CE为1 一致。

输出特性曲线

输入特性曲线，是指当I_B一定之时，I_c和U_CE的关系，I_C =f(u_CE) | I_B=常数

存在三种工作状态，为了方便理解，我们在上图左侧画一个红线，我们可以清晰的分析出，当U_CE 一定的时候，I_B 随着越大，三极管从截止区--放大区-->包饱和区。当然饱和区和截至区直接的边界，我们成为临界饱和区。论述的时候按照这个顺序就好理解了。

以下都假设在硅NPN晶体管，发射结导通电压为 0.7V,开启电压为0.5V，电路图如下：

发射区接地，U_e为0.

截止区

截止区下的晶体管是 断开的，也就是不存在I_CE 集电区到发射区的电流。

当 V_b 为0（或小于0）的时候，集电基 电势为 V_CC，发射结U_e为0，NPN型晶体管，此时处于，发射结零偏（反偏），集电极反偏，都不能导通，所以此时晶体管犹如断开的开关。

当 V_b <0.7(不到发射结的开启电压)，虽然集电结处于反偏，但是发射结无法导通，故无I_b 电流，但是当处于截止状态的时候，集电结到发射结存在微小的穿透电流

不受I_b 控制，受温度影响。

放大区

在放大区，晶体管才有放大电流的作用，即为 β=I_c/I_B， I_c与I_B存在线性关系 。此时集电基电势大于 基极，基极大于发射极，满足发射结正向偏置，集电结反向偏置，故为放大区。

同时 满足公式 U_CE =U_CC -I_cR_C ，可以分析可知，当I_B 越大的时候，I_c 也随着放大，那么 U_CE就会减小。则一定会导致一种结果，集电结电压U_CE 小于基极电压（0.7V），从而，发射结也正偏，如此则进入了 饱和区。

饱和区

饱和区，晶体管不在具有放大作用.当集电结下降到0.7V之后,集电极也就失去了收集电子的能力（处于正偏）。饱和区和放大区零界点就是临界饱和区，临界饱和区是最后一个满足 β=I_c/I_B 的电路。当U_CE < U_CES(饱和管压降)，则进入深度饱和区，集电结和发射结都处于正偏。

总结

在饱和区和截止区，晶体管好像受基极控制的开关；处于放大区，晶体管其放大作用。

练习一下

解答

晶体管的主要参数

1. $\overline{β}$ 共射交流放大系数

2. β 共射直流放大系数

3. 极间反向饱和电流 ，I_CEO 和I_CEO

   I_CBO ,发射极开路，集电极加反向电压的时候，测得集电极电流

   I_CEO,基极开路，集电极和发射结之间的穿透电流，穿透电流越小，说明管子的热稳定性越好

4. 极限参数 ：

   1. I_CM,集电极最大电流
   2. P_CM集电极最大功耗
   3. U_BR(CEO)反向击穿电压