三极管结构难？—

三极管结构难？——秒了

news2024/11/24 2:24:15

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。