三极管结构难?——秒了

news2024/12/25 12:38:21

        前边我们已经学完了PN结,二极管,在分析了二极管后,我们对这些东西有了一定深度的了解,但是只给我们一个二极管去研究,这玩意好像真的没啥大用,其实我们追求的是用半导体材料去代替电子管的放大作用,下面我们要更深一步进行学习,来到三极管。

一、三极管的结构

        说到三极管,我们首先要来看三级管的结构,和二极管相比,三极管具有相对复杂的结构,简单的说,二极管有一个极,三极管有两个极,极你太美,因此三极管又有个别名,叫双极型晶体管(BJT)。简单的结构就如下图:

        我们从这张图下手去拆分理解它,首先三极管,从名称上来看就有三个电极,结合图示,很简单的能够看出来有:发射极,基极,集电极。这是类似一个三明治的夹心结构。有三个区,看这三个区,发射区是e(emitter),基区是b(base),集电区c(collector),这里你可能会产生疑惑,为什么要这样去称呼呢。

        我们先从其本身的性质去理解它,发射区,看名称就清楚,是发射载流子的,那么集电区就是收集载流子的,基区是一个控制区域。那么我们可以从名称去理解它们的特点,首先发射区,你既然是发射载流子的,那么就相当于一个载流子仓库,载流子一定足够多,因此发射区对应的结构,掺杂浓度一定是所有区域中最高的。集电区既然能够收集载流子,就能知道集电区的掺杂浓度一定不会很高,但还是对应的面积大,就好比一个没装东西的大仓库,嘎嘎能装,来多少都装多少,再看它们的排布顺序,俩N加一个P,势必在接触面处形成PN结。三极管就是靠这俩PN结来实现自己功能的,所以说如果这俩PN结离得太远,彼此之间像我和我女神之间的距离,那就几乎毫不相干,形同陌路,肯定不能来一场轰轰烈烈(我真哭死)。因此,基极的宽度必须非常窄!别看图上的基极很宽,其实是画出来哄小孩的,实际上基极的宽度通常在几十微米(10的负六次方米)的范围内。然后发射区,基区,集电区对应的掺杂浓度,一般是10的19次方,10的17次方,10的15次方。其实对应一个不是相当抽象的图的话,就是如下的这个图

 

        从图中就看出,其实基区就是可薄一层,零感超薄! 

所形成的两个PN结,一个叫发射结,一个叫集电结,两结公用基区,为了方便区分,就不提基区。下面我们看三极管的符号:

 

        以上就是我们对三极管结构的分析,但是单给你一个管子,我们该怎么去用呢? 

二、内部载流子运动——电子宝宝我乱跑

实际上我们用三极管,主要就是用三极管的放大作用,就是Ib对Ic的控制,那么如何去进行放大呢?放大是功率的放大,能量可不会凭空产生,因此我们要外加电源,我在发极和基极加一个电压,再发射极和集电极之间加一个电压,这其实是一个基本共射放大电路。这里我们后边会去研究。

        我们从设计的角度去考虑,首先是两个电阻,这两个电阻的作用是什么,我们的VBB、VCC、其实是直接加在发射结和集电结上的,我们前边学习的PN结的知识来说,电源是不能直接加再PN结的,直接加上去,你会看见很辉煌的一幕,电源坚强,PN结烧了,PN结坚强,电源烧了,这里加电阻的作用就是限流,防止PN结损坏。对于电源来说,VCC要比VBB大,说明发射结是正向导通的,也叫正向导通,简称正偏,这里发射结正偏,对应的分析电压,集电结应该是反偏的,看不懂的话可以看看我画的很好看的图

下面我们去分析它,从内部载流子运动开始分析 

上边这个图是晶体管内部载流子运动与电流的关系。下面我们来分析 

        首先发射结正偏,下边这个回路就类似于二极管导通,扩散运动不就恢复了吗,而且我们发射区的掺杂浓度特别高,载流子就特别多啊,大量的自由电子花花花花花花向基区去扩散。形成电流IEP,基区的多子空穴也会扩散到发射区形成IEP,但是基区还薄,掺杂又低,IEP相对于IEN来说就太小了,都不够塞牙缝的。

        接着大量的自由电子扩散到基区后,由于数量太多了,比原来基区的多子还要多,由于浓度梯度,会嘎嘎扩散,在扩散的同时,电子和基区的空穴势必会复合,此时就体现到我们基区掺杂浓度低,且薄的优点了,就好比与河马渡河,如果这条河非常宽,而且里边鳄鱼足够多,那么一大群河马一个都不可能过去的,这里的鳄鱼就相当于基区的空穴,河的宽度就是基区宽度,由于我们基区的特性,绝大多数的电子都能到集电结。但是势必会有复合,复合与基区的掺杂浓度有关,但是基区的空穴少啊,假设复合的比例是100个自由电子复合2个,对于基区来说,产生两对空穴和电子,空穴没了,剩下的2个电子就在基极上产生了电流,这里的倍数就是1:50,其实这也是三极管放大的实质,这里的复合由于基区的掺杂浓度不变,所以这个比例保持不变,这里就是Ib对Ic的控制。其实这里的复合还与自由电子扩散速度有关,还是那条河,河马渡河,在里边游一年,肯定死定了。由于电子不断的在扩散,后边推着前边嘎嘎跑,前边要是慢或者造成呢拥堵都是致命的,所以我们的集电结就要起作用了。

        扩散到集电结的电子,由于集电结是反偏的电子刚进入集电结,就被集电结的内电场作用下到集电结,夸夸夸夸给电子都踹上去,都被集电区收集。至此,电子完成了艰难的取经路线。

三、结语 

        至此,是不是突然发现三极管没你想象的那么难,你没想象中那么恋旧,回忆换不回你的温柔,今天的结构就讲到这里,明天期待下一次更新吧,困料,睡觉睡觉~~

 

 

 

 

 

 

 

 

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