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随着科学技的发展,电子技术的应用几乎渗透到了人们生产生活的
方方面面。晶体三极管作为电子技术中一个最为基本的常用器件,其原
理对于学习电子技术的人自然应该是一个重点。三极管原理的关键是要
说明以下三点:
1、 集电结为何会发生反偏导通并产生 Ic,这看起来与二极管原理强
调的 PN 结单向导电性相矛盾。
2、 放大状态下集电极电流 Ic,为什么会只受控于电流 Ib 而与电压无
关;即:Ic 与 Ib 之间为什么存在着一个固定的放大倍数关系。虽
然基区较薄,但只要 Ib 为零,则 Ic 即为零。
3、 饱和状态下,Vc 电位很弱的情况下,仍然会有反向大电流 Ic 的
产生。
很多教科书对于这部分内容,在讲解方法上处理得并不适当。特别
是针对初、中级学者的普及性教科书,大多采用了回避的方法,只给出
结论却不讲原因。即使专业性 很强的教科书,采用的讲解方法大多也
存在有很值得商榷的问题。这些问题集中表现在讲解方法的切入角度不
恰当,使讲解内容前后矛盾,甚至造成讲还不如不讲的 效果,使初学
者看后容易产生一头雾水的感觉。
一、 传统讲法及问题:
传统讲法一般分三步,以 NPN 型为例(以下所有讨论皆以 NPN 型硅
管为例),如示意图 A。1.发射区向基区注入电子;2.电子在基区的扩散
与复合;3.集电区收集由基区扩散过来的电子。”(注 1)
问题 1:这种讲解方法在第 3 步中,讲解集电极电流 Ic 的形成原因时,
不是着重地从载流子的性质方面说明集电结的反偏导通,从而产生了 Ic,
而是不恰当地侧重 强调了 Vc 的高电位作用,同时又强调基区的薄。这
种强调很容易使人产生误解。以为只要 Vc 足够大基区足够薄,集电结
就可以反向导通,PN 结的单向导电性就 会失效。其实这正好与三极管
的电流放大原理相矛盾。三极管的电流放大原理恰恰要求在放大状态下
Ic 与 Vc 在数量上必须无关,Ic 只能受控于 Ib。
问题 2:不能很好地说明三极管的饱和状态。当三极管工作在饱和区时,
Vc 的值很小甚至还会低于 Vb,此时仍然出现了很大的反向饱和电流 Ic,
也就是说在 Vc 很小时,集电结仍然会出现反向导通的现象。这很明显
地与强调 Vc 的高电位作用相矛盾。
问题 3:传统讲法第 2 步过于强调基区的薄,还容易给人造成这样的误
解,以为是基区的足够薄在支承三极管集电结的反向导通,只要基区足
够薄,集电结就可能会失去 PN 结的单向导电特性。这显然与人们利用
三极管内部两个 PN 结的单向导电性,来判断管脚名称的经验相矛盾。
既使基区很薄,人们判断管脚名称时,也并没有 发现因为基区的薄而
导致 PN 结单向导电性失效的情况。基区很薄,但两个 PN 结的单向导
电特性仍然完好无损,这才使得人们有了判断三极管管脚名称的办法和
根 据。
问题 4:在第 2 步讲解为什么 Ic 会受 Ib 控制,并且 Ic 与 Ib 之间为什
么会存在着一个固定的比例关系时,不能形象加以说明。只是从工艺上
强调基区的薄与掺杂度低,不能从根本上说明电流放大倍数为什么会保
持不变。
问题 5:割裂二极管与三极管在原理上的自然联系,不能实现内容上的
自然过渡。甚至使人产生矛盾观念,二极管原理强调 PN 结单向导电反
向截止,而三极管原理则又要求 PN 结能够反向导通。同时,也不能体
现晶体三极管与电子三极管之间在电流放大原理上的历史联系。
二、新讲解方法:
1、切入点:
要想很自然地说明问题,就要选择恰当地切入点。讲三极管的原理我们
从二极管的原理入手讲起。二极管的结构与原理都很简单,内部一个 PN
结具有单向导电性,如 示意图 B。很明显图示二极管处于反偏状态,PN
结截止。我们要特别注意这里的截止状态,实际上 PN 结截止时,总是
会有很小的漏电流存在,也就是说 PN 结总 是存在着反向关不断的现
象,PN 结的单向导电性并不是百分之百。
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