三极管工作原理

张琥石广西医科大学基础医学院电子学教研室ContentsPage目录页—2—01N型半导体与P型半导体02PN结03三极管的工作原理—3—ContentsPage目录页01N型半导体与P型半导体02PN结03三极管的工作原理401N型半导体与P型半导体02PN结03三极管的工作原理半导体器件是由硅元素构成的，硅原子最外层有4个电子其原子结构如下图所示。第一节N型导体与P型半导体1.1本征半导体当硅原子组成硅单质时，最外层的电子互相结合，在每个原子核周围形成四对共价键。此时所有的电子都被牢牢束缚在原子核周围，不能移动，所以硅单质是不导电的我们把这种完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体共价健SiSiSiSi价电子501N型半导体与P型半导体02PN结03三极管的工作原理第一节N型半导体和P型半导体1.2N型半导体在本征半导体中掺入微量的磷元素的半导体成为N型半导体磷元素最外层有五个电子，在形成共价键之后还多出一个电子，这个电子很容易摆脱原子核的束缚，形成自由移动的载流子，从而让半导体导电SiSiSiSip+磷原子失去一个电子变为正离子在N型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。。601N型半导体与P型半导体02PN结03三极管的工作原理第一节N型半导体和P型半导体1.3P型半导体在本征半导体中掺入微量的硼元素的半导体成为P型半导体硼元素最外层只有三个电子，在形成共价键之后少了一个电子，形成一个空穴，可以吸引临近的电子填补到这个空穴之中，形成电流，从而让半导体导电在P型半导体中空穴是多数载流子，电子是少数载流子。。SiSiSiSiB–硼原子接受一个电子变为负离子空穴—7—ContentsPage目录页01N型半导体与P型半导体02PN结03三极的管工作原理801N型半导体与P型半导体02PN结03三极管的工作原理第二节PN结2.1PN结的形成多子的扩散运动内电场浓度差P型半导体N型半导体内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。扩散和漂移这一对相反的运动最终达到动态平衡，空间电荷区的厚度固定不变。－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－形成空间电荷区把P型半导体和N型半导体放在一起就形成了一个PN结，因两端的浓度差，N区中的多子电子扩散到P区，与P区中的空穴复合，在交界面形成一个空间电荷区。随着空间电荷区的形成，在PN结内部形成了一个从N指向P的内电场，在内电作用下N区的少子空穴向P区漂移，P区少子电子向N区漂移901N型半导体与P型半导体02PN结03三极管的工作原理第二节PN结2.2PN结正向偏置外电场IF内电场PN－－－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++++–当在PN结两端加上一个正向偏置电压时，内电场被削弱，空间电荷区变薄，扩散运动增强，当正偏电压大于0.7伏时，空间电荷区消失，PN结处于导通状态1001N型半导体与P型半导体02PN结03三极管的工作原理第二节PN结2.3PN结反向偏置当在PN结两端加上一个反偏置电压时，内电场被增强，空间电荷区变厚，漂移运动增强，形成了一个由少子移动而形成的漂移电流IR，但因为PN结中的少子很少，所以这个IR十分微弱，约等于0，此时PN结截止，视同为一个断开的开关外电场内电场PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－–+1101N型半导体与P型半导体02PN结03三极管的工作原理第二节PN结2.3PN结反向偏置当在PN结两端加上一个反偏置电压时，内电场被增强，空间电荷区变厚，漂移运动增强，形成了一个由少子移动而形成的漂移电流IR，但因为PN结中的少子很少，所以这个IR十分微弱，约等于0，此时PN结截止，视同为一个断开的开关PN结变宽外电场IR–+内电场PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－—12—ContentsPage目录页01N型半导体与P型半导体02PN结03三极管的工作原理1303三极管的工作原理02PN结01N型半导体与P型半导体第三节三极管的工作原理3.1三极管的结构①三极：基极、集电极、发射极②两结：集电结、发射结③三区：饱和区、截止区、放大区三极管的结构特点可概括为：三极两结三区基区：最薄，掺杂浓度最低发射区：掺杂浓度最高发射结集电结BECNNP基极发射极集电极集电区：面积最大1403三极管的工作原理02PN结01N型半导体与P型半导体第三节三极管的工作原理3.2三极管的工作电路①集电结反偏：VBVC②发射结正偏：VBVE三极管工作在放大区的条件：BECNNPEBRBECRC1503三极管的工作原理02PN结01N型半导体与P型半导体第三节三极管的工作原理BECNNPEBRBECIEIBEICEICBO基区空穴向发射区的扩散可忽略。发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IE。进入P区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IBE，多数扩散到集电结。从基区扩散来的电子作为集电结的少子，漂移进入集电结而被收集，形成ICE。集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO。1603三极管的工作原理02PN结01N型半导体与P型半导体第三节三极管的工作原理三级管工作在放大区时，基极电流IB微小的变化能够引起集电极电流IC较大变化的特性称之为晶体管的电流放大作用IC与IB之间的关系可以描述为IC=βIBβ的值在三极管被生产出来之后就确定了，其范围一般为50～200三极管的实质是用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化，是CCCS器件。。1703三极管的工作原理02PN结01N型半导体与P型半导体第三节三极管的工作原理可以把三极管想象成一个水龙头，B极是水龙头的开关，而IC就是流出的水随着空间电荷区的形成，在IB越大，开关也就开得越大，流出的水也就越多，IC也就越大B极C极E极ICIB18ThankYou