三极管结构符号与工作原理详解


有关三极管结构符号与工作原理的相关知识,半导体三极管即晶体三极管,或叫晶体管,本文重点介绍半导体三极管的元器件构成、结构符号,以及三极管的工作原理。

三极管结构符号与工作原理

半导体三极管又称“晶体三极管”或“晶体管”。

在半导体锗或硅的单晶上制备两个能相互影响的PN结,组成一个PNP(或NPN)结构。中间的N区(或P区)叫基区,两边的区域叫发射区和集电区,这三部分各有一条电极引线,分别叫基极B、发射极E和集电极C,是能起放大、振荡或开关等作用的半导体电子器件。
 
三极管结构符号与工作原理详解
图一 三极管     
 
三极管可看成为有两个背靠背的PN结,三极管的品种很多,按极性不同可分为PNP型和NPN型管;按材料不同可分为锗管、硅管和化合物管;按工艺不同可分为合金管、扩散管、台面管、平面管和外延管;按工作原理不同可分为结型管、场效应管等;按放大和开关性能的差别,还可分为小功率或大功率管、低频或高频管和中、高速开关管等。如图二所示为常见的 NPN三极管结构、符号、塑封管外形及引脚排列。 三极管在电路中主要起电流放大作用和开关作用。

三极管结构符号与工作原理详解

图二   三极管结构及符号
 
三极管的工作原理
 
晶体三极管(以下简称三极管)按材料分有两种:锗管和硅管。而每一种又有NPN和PNP两种结构形式,但使用最多的是硅NPN和锗PNP两种三极管,(其中,N表示在高纯度硅中加入磷,是指取代一些硅原子,在电压刺激下产生自由电子导电,而p是加入硼取代硅,产生大量空穴利于导电)。两者除了电源极性不同外,其工作原理都是相同的,下面仅介绍NPN硅管的电流放大原理。

对于NPN管,它是由2块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成,发射区与基区之间形成的PN结称为发射结,而集电区与基区形成的PN结称为集电结,三条引线分别称为发射极e、基极b和集电极c。
 
当b点电位高于e点电位零点几伏时,发射结处于正偏状态,而C点电位高于b点电位几伏时,集电结处于反偏状态,集电极电源Ec要高于基极电源Ebo。

在制造三极管时,有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基区的,同时基区做得很薄,而且,要严格控制杂质含量,这样,一旦接通电源后,由于发射结正偏,发射区的多数载流子(电子)及基区的多数载流子(空穴)很容易地越过发射结互相向对方扩散,但因前者的浓度基大于后者,所以通过发射结的电流基本上是电子流,这股电子流称为发射极电流了。
 
由于基区很薄,加上集电结的反偏,注入基区的电子大部分越过集电结进入集电区而形成集电集电流 Ic,只剩下很少(1-10%)的电子在基区的空穴进行复合,被复合掉的基区空穴由基极电源Eb重新补给,从而形成了基极电流Ibo.根据电流连续性原理得: Ie=Ib+Ic 这就是说,在基极补充一个很小的Ib,就可以在集电极上得到一个较大的Ic,这就是所谓电流放大作用。

Ic与Ib是维持一定的比例关系,即: β1=Ic/Ib 式中:β1--称为直流放大倍数, 集电极电流的变化量△Ic与基极电流的变化量△Ib之比为: β= △Ic/△Ib 式中β--称为交流电流放大倍数,由于低频时β1和β的数值相差不大,所以有时为了方便起见,对两者不作严格区分,β值约为几十至一百多。
 
三极管是一种电流放大器件,但在实际使用中常常利用三极管的电流放大作用,通过电阻转变为电压放大作用。