模电基础：三极管的基本原理

目录

一、三极管的结构

二、三极管的放大原理

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三、三极管的输入输出特性曲线

（1）输入曲线

（2）输出曲线

（3）温度对三极管性能的影响

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        上一篇文章中我们了解了PN结的基础知识，现在我们将两个PN结拼在一起，就形成了三极管。三极管被广泛的用于电流放大电路，本篇文章我们来学习一下三极管的原理。

一、三极管的结构

        三极管内部有三个掺杂区域：发射区（掺杂浓度高，负责 “发射” 载流子）、基区（厚度薄、掺杂浓度低，负责 “传输” 载流子）、集电区（面积大，负责 “收集” 载流子）。

        将N型杂质半导体和P型杂质半导体采用注入的工艺，就形成了图中的三极管结构（这里以NPN型为例）。

我们以后分析就以这个图为准了。

对应三个电极：发射极（e）、基极（b）、集电极（c）；
两个 PN 结：发射结（基区与发射区之间的 PN 结）、集电结（基区与集电区之间的 PN 结）。

二、三极管的放大原理

我们以这个图来理解：

三极管要实现电流放大，需满足外部偏置条件：

注意：这里我们称Ic/Ib为放大倍数。是因为从发射极来的自由电子一方面浓度远高于基极空穴浓度，另一方面因为基极很薄，所以被基极空穴结合的自由电子数量极少，大部分都流向了集电极。而从概率的角度来说，有多少被基极结合，就会成比例的有对应的电子被集电极吸收。

三、三极管的输入输出特性曲线

（1）输入曲线

        当CE两端之间电压为0的时候，该三极管退化成一个普通的PN结二极管，所以曲线与二极管一样，在温度提高的时候会向左移动。而当CE两端电压逐渐升高的时候，表示着集电极端对电子的吸引能力增强，所以在BE电压一定（发射的自由电子数目相同）的时候，CE电压越高，IB电流越小，当CE电压超过1V之后，几乎所有的自由电子都被集电极吸引，从而较为稳定不变。

（2）输出曲线

        输出曲线表示的是三极管有三种状态区间。当BE之间电压小于PN结开启电压的时候，三极管处于截止态，并不工作，此时不会有自由电子被发射出去，也就没有放大电流。

        当BE之间电压大于PN结开启电压，且C电位高于B，集电结处于反接状态，内建电场扩宽，电压增强，集电极吸引能力提升，三极管工作在放大区，此时IB和IC呈一个固定的β比例关系。

        当BE之间电压大于PN结开启电压，且C端电位低于B，则说明集电结两端电压对内建电场起到削弱作用，仅凭内建电场的吸引力很难吸收大量自由电子，此区间内IC与IB没有比例关系，由于集电极的抓取电子能力太弱，会让许多电子跑掉，所以看起来IB不管怎么增大，IC都饱和了，所以称为饱和区。

（3）温度对三极管性能的影响

        

        在温度升高时，输入曲线会往左移动。这是因为热运动加剧，在相同的BE电压时，会有更多的自由电子产生，从而导致IB增大。

        而对于输出曲线，在CE电压一定的情况下，IC仍然会增大，因为IC=β*IB。不过值得注意的是，这个放大倍数β也会扩大。