三极管工作原理及作用

三极管，全称应为半导体三极管，也称双极型晶体管、晶体三极管，三极管的作用是一种控制电流的半导体器件其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号，也用作无触点开关。三极管的工作原理是什么？

三极管工作原理

理论原理

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（Emitter）、基极b（Base）和集电极c（Collector）。

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Eb。

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子。

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极电流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。

α1=Ic/Ie（Ic与Ie是直流通路中的电流大小）

式中：α1也称为直流放大倍数，一般在共基极组态放大电路中使用，描述了射极电流与集电极电流的关系。

α=△Ic/△Ie

表达式中的α为交流共基极电流放大倍数。同理α与α1在小信号输入时相差也不大。

三极管的电流放大作用实际上是利用基极电流的微小变化去控制集电极电流的巨大变化

三极管是一种电流放大器件，但在实际使用中常常通过电阻将三极管的电流放大作用转变为电压放大作用。

放大原理

1、发射区向基区发射电子

电源Ub经过电阻Rb加在发射结上，发射结正偏，发射区的多数载流子（自由电子）不断地越过发射结进入基区，形成发射极电流Ie。同时基区多数载流子也向发射区扩散，但由于多数载流子浓度远低于发射区载流子浓度，可以不考虑这个电流，因此可以认为发射结主要是电子流。

2、基区中电子的扩散与复合

电子进入基区后，先在靠近发射结的附近密集，渐渐形成电子浓度差，在浓度差的作用下，促使电子流在基区中向集电结扩散，被集电结电场拉入集电区形成集电极电流Ic。也有很小一部分电子（因为基区很薄）与基区的空穴复合，扩散的电子流与复合电子流之比例决定了三极管的放大能力。

3、集电区收集电子

由于集电结外加反向电压很大，这个反向电压产生的电场力将阻止集电区电子向基区扩散，同时将扩散到集电结附近的电子拉入集电区从而形成集电极主电流Icn。另外集电区的少数载流子（空穴）也会产生漂移运动，流向基区形成反向饱和电流，用Icbo来表示，其数值很小，但对温度却异常敏感。

三极管的作用

1、扩流

把一只小功率可控硅和一只大功率三极管组合，就可得到一只大功率可控硅，其输出电流由大功率三极管的特性决定，见附图9（a）。图9（b）为电容容量扩大电路。利用三极管的电流放大作用，将电容容量扩大若干倍。这种等效电容和一般电容器一样，可浮置工作，适用于在长延时电路中作定时电容。用稳压二极管构成的稳压电路虽具有简单、元件少、制作经济方便的优点，但由于稳压二极管稳定电流一般只有数十毫安，因而决定了它只能用在负载电流不太大的场合。图9（c）可使原稳压二极管的稳定电流及动态电阻范围得到较大的扩展，稳定性能可得到较大的改善。

2、代换

图9（d）中的两只三极管串联可直接代换调光台灯中的双向触发二极管；图9（e）中的三极管可代用8V左右的稳压管。图9（f）中的三极管可代用30V左右的稳压管。上述应用时，三极管的基极均不使用。

3、模拟

用三极管够成的电路还可以模拟其它元器件。大功率可变电阻价贵难觅，用图9（g）电路可作模拟品，调节510电阻的阻值，即可调节三极管C、E两极之间的阻抗，此阻抗变化即可代替可变电阻使用。图9（h）为用三极管模拟的稳压管。其稳压原理是：当加到A、B两端的输入电压上升时，因三极管的B、E结压降基本不变，故R2两端压降上升，经过R2的电流上升，三极管发射结正偏增强，其导通性也增强，C、E极间呈现的等效电阻减小，压降降低，从而使AB端的输入电压下降。调节R2即可调节此模拟稳压管的稳压值。

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