三極管結(jié)構(gòu)解析

三極管的基本結(jié)構(gòu)是兩個(gè)反向連結(jié)的PN結(jié)面，如圖1所示，可有pnp和npn 兩種組合。三個(gè)接出來(lái)的端點(diǎn)依序稱(chēng)為發(fā)射極(emitter,E)、基極(base,B)和集電極(collector,C)，名稱(chēng)來(lái)源和它們?cè)谌龢O管操作時(shí)的功能有關(guān)。圖中也顯示出 npn與pnp三極管的電路符號(hào)，發(fā)射極特別被標(biāo)出，箭號(hào)所指的極為n型半導(dǎo)體， 和二極體的符號(hào)一致。在沒(méi)接外加偏壓時(shí)，兩個(gè)pn接面都會(huì)形成耗盡區(qū)，將中性的p型區(qū)和n型區(qū)隔開(kāi)。

pnp和npn三極管的結(jié)構(gòu)及其示意圖三極管的電特性和兩個(gè)pn結(jié)面的偏壓有關(guān)，工作區(qū)間也依偏壓方式來(lái)分類(lèi)，這里 我們先討論最常用的所謂”正向活性區(qū)”(forward active)，在此區(qū)EB極間的pn接 面維持在正向偏壓，而B(niǎo)C極間的pn接面則在反向偏壓，通常用作放大器的三極管 都以此方式偏壓。圖2(a)為一pnp三極管在此偏壓區(qū)的示意圖。EB接面的空乏區(qū)由于正向偏壓會(huì)變窄，載體看到的位障變小，射極的空穴會(huì)注入到基極，基極的電子也會(huì)注入到射極;而B(niǎo)C接面的耗盡區(qū)則會(huì)變

寬，載體看到的位障變大， 故本身是不導(dǎo)通的。圖2(b)畫(huà)的是沒(méi)外加偏壓，和偏壓在正向活性區(qū)兩種情形下，空穴和電子的電位能的分布圖。三極管和兩個(gè)反向相接的pn二極管有什么差別呢?其間最大的不同部分就在于三極管的兩個(gè)接面相當(dāng)接近。以上述之偏壓在正向活性區(qū)之pnp三極管為例， 射極的空穴注入基極的n型中性區(qū)，馬上被多數(shù)載體電子包圍遮蔽，然后朝集電極方向擴(kuò)散，同時(shí)也被電子復(fù)合。當(dāng)沒(méi)有被復(fù)合的空穴到達(dá)BC接面的耗盡區(qū)時(shí)，會(huì)被此區(qū)內(nèi)的電場(chǎng)加速掃入集電極，空穴在集電極中為多數(shù)載體，很快藉由漂移電流到達(dá)連結(jié)外部的歐姆接點(diǎn)，形成集電極電流IC。IC的大小和BC間反向偏壓的大小 關(guān)系不大。基極外部?jī)H需提供與注入空穴復(fù)合部分的電子流IBrec，與由基極注入 射極的電子流InBE(這部分是三極管作用不需要的部分)。InB E在射極與與電 洞復(fù)合，即InB E=IErec。pnp三極管在正向活性區(qū)時(shí)主要的電流種類(lèi)可以清楚地 在圖3(a)中看出。

3(a)射極注入基極的空穴流大小是由EB接面間的正向偏壓大小來(lái)控制，和二極體的情形類(lèi)似，在啟動(dòng)電壓附近，微小的偏壓變化，即可造成很大的注入電流變化。更精確的說(shuō)，三極管是利用VEB(或VBE)的變化來(lái)控制IC，而且提供之IB遠(yuǎn)比IC小。npn三極管的操作原理和pnp三極管是一樣的，只是偏壓方向，電流方 向均相反，電子和空穴的角色互易。pnp三極管是利用VEB控制由射極經(jīng)基極，入射到集電極的空穴，而npn三極管則是利用VBE控制由射極經(jīng)基極、入射到集電極的電子。三極管在數(shù)字電路中的用途其實(shí)就是開(kāi)關(guān)，利用電信號(hào)使三極管在正向活性區(qū)(或飽和區(qū))與截止區(qū)間切換，就開(kāi)關(guān)而言，對(duì)應(yīng)開(kāi)與關(guān)的狀態(tài)，就數(shù)字電路而言則代表0與1(或1與0)兩個(gè)二進(jìn)位數(shù)字。若三極管一直維持偏壓在正向活性區(qū)，在發(fā)射極與基極間微小的電信號(hào)(可以是電壓或電流)變化，會(huì)造成射極與集電極間電流相對(duì)上很大的變化，故可用作信號(hào)放大器。