三极管工作原理(20211125175511).pdf

三极管，全称双极型晶体管（Bipolar Junction Transistor，BJT），是一种重要的半导体器件，其基本结构包含两个反向连接的pn结，分为pnp和npn两种类型。这种结构使得三极管具备了放大电流的能力，广泛应用于电子电路中。本文将详细解释三极管的工作原理。 三极管的三个引脚分别是射极（Emitter，E）、基极（Base，B）和集电极（Collector，C）。射极和基极之间的pn结称为发射结，基极和集电极之间的pn结称为集电结。当无外部电压时，两个pn结都会形成耗尽区，隔离p型和n型区域。 三极管的工作特性主要取决于两个pn结的偏置电压。在正向活性区，发射结处于正向偏置，集电结处于反向偏置。在这种状态下，pnp三极管的射极电洞会注入基极，基极的电子会注入射极，而集电结因反向偏置而不导通。电洞在基极中被电子复合后，一部分到达集电结，被电场加速进入集电极，形成集电极电流IC。基极外部只需提供与注入电洞复合的电子流IBrec，以及从基极注入射极的电子流InB? E。 在正向活性区，三极管的主要电流包括射极电流IE、基极电流IB和集电极电流IC。射极电流IE由射极注入基极的电洞电流IpE? B和基极复合电子流IErec组成，基极电流IB由基极注入射极的电子流InB? E和基极复合电子流IBrec组成，集电极电流IC等于射极电流IE减去基极复合电流，即IC=IE-IErec-IBrec。三极管的效率α表示射极电流中到达集电极的比例，α小于1，高效的三极管α值接近1，意味着大部分射极电流能有效通过基极到达集电极。 npn三极管的工作原理与pnp三极管类似，只是电流方向和偏置电压方向相反，电子和电洞的角色互换，通过VBE（基极-发射极电压）控制集电极电流IC。 三极管的性能优化通常通过增加射极的掺杂浓度，使得更多的电洞注入基极，同时减小基极中性区的宽度，降低电洞在基极中的复合概率，从而提高电流放大效应。集电极的掺杂浓度通常较低，以提高反向崩溃电压并减小反向饱和电流。 总结来说，三极管的工作原理是利用两个pn结的偏置状态，通过控制发射结的正向偏置来改变基极注入射极的载流子数量，进而控制集电极电流。pnp和npn三极管的差异主要在于载流子类型和电流方向。三极管的效率和放大能力是衡量其性能的重要指标，通过优化结构和掺杂浓度可以提升这些性能。