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半导体三极管的工作原理

发布时间:2008/6/3 0:00:00 访问次数:489

  pnp型半导体三极管和npn型半导体三极管的基本工作原理完全一样,下面以npn型半导体三极管为例来说明其内部的电流传输过程,进而介绍它的工作原理。

  半导体三极管常用的连接电路如图一(a)所示。半导体三极管内部的电流传输过程如图一(b)所示。半导体三极管中的电流传输可分为三个阶段。

  1、发射区向基区发射电子

  电源接通后,发射结为正向连接。在正向电场作用下,发射区的多数载流子(电子)的扩散运动加强。因此,发射区的电子很容易在外电场的作用下越过发射结进入基区,形成电子流ien(注意电流的方向与电子运动的方向相反)。当然,基区的多数载流子(空穴)也会在外电场的作用下流向发射区,形成空穴电流iep。但由于基区的杂质浓度很低,与从发射区来的电子流相比,iep可以忽略不计,所以发射极电流为:

ie=ien+iep≈ien

  图一 npn型三极管中的电流传输

  2、电子在基区中的扩散与复合

  从发射区扩散到基区的电子到达基区后,由于基区靠发射区的一侧电子浓度较大,靠集电区一侧电子浓度较小,所以电子继续向集电区扩散。在扩散过程中,电子有可能与基区的空穴相遇而复合,基极电源马不断提供空穴,这就形成了基极电流ibn。由于基区很薄,而空穴浓度低,电子与空穴复合的机会很少,大部分电子继续向集电区扩散。此外,半导体三极管工作时,集电结为反向连接,在反向电场作用下,基区与集电区之间少数载流子的漂移运动加强。因基区载流子很少,电子更少,故漂移运动主要是集电区的空穴流向基区。漂移运动形成的电流icbo的数值很小,而且与外加电场的大小关系不大,它被称为集电极反向饱和电流。因此,基极电流为:

  3、集电极电流的形成

  由于集电结加的是反向电场,经过基区继续向集电区方向扩散的电子是逆电场方向的,所以受到拉力,加速流向集电区,形成电子流icn。如果考虑集电极饱和电流icbo的影响,集电极电流应为:


  从半导体三极管外电路看,流人管子的电流必须等于流出的电流,所以

  从半导体三极管电流传输过程中可以看出,集电极电流ic大,而基极电流ib很小。另外,由于三极管本身的结构已定,所以ic和ib在相当大的一个范围内总存在一个固定的比例关系,即





  pnp型半导体三极管和npn型半导体三极管的基本工作原理完全一样,下面以npn型半导体三极管为例来说明其内部的电流传输过程,进而介绍它的工作原理。

  半导体三极管常用的连接电路如图一(a)所示。半导体三极管内部的电流传输过程如图一(b)所示。半导体三极管中的电流传输可分为三个阶段。

  1、发射区向基区发射电子

  电源接通后,发射结为正向连接。在正向电场作用下,发射区的多数载流子(电子)的扩散运动加强。因此,发射区的电子很容易在外电场的作用下越过发射结进入基区,形成电子流ien(注意电流的方向与电子运动的方向相反)。当然,基区的多数载流子(空穴)也会在外电场的作用下流向发射区,形成空穴电流iep。但由于基区的杂质浓度很低,与从发射区来的电子流相比,iep可以忽略不计,所以发射极电流为:

ie=ien+iep≈ien

  图一 npn型三极管中的电流传输

  2、电子在基区中的扩散与复合

  从发射区扩散到基区的电子到达基区后,由于基区靠发射区的一侧电子浓度较大,靠集电区一侧电子浓度较小,所以电子继续向集电区扩散。在扩散过程中,电子有可能与基区的空穴相遇而复合,基极电源马不断提供空穴,这就形成了基极电流ibn。由于基区很薄,而空穴浓度低,电子与空穴复合的机会很少,大部分电子继续向集电区扩散。此外,半导体三极管工作时,集电结为反向连接,在反向电场作用下,基区与集电区之间少数载流子的漂移运动加强。因基区载流子很少,电子更少,故漂移运动主要是集电区的空穴流向基区。漂移运动形成的电流icbo的数值很小,而且与外加电场的大小关系不大,它被称为集电极反向饱和电流。因此,基极电流为:

  3、集电极电流的形成

  由于集电结加的是反向电场,经过基区继续向集电区方向扩散的电子是逆电场方向的,所以受到拉力,加速流向集电区,形成电子流icn。如果考虑集电极饱和电流icbo的影响,集电极电流应为:


  从半导体三极管外电路看,流人管子的电流必须等于流出的电流,所以

  从半导体三极管电流传输过程中可以看出,集电极电流ic大,而基极电流ib很小。另外,由于三极管本身的结构已定,所以ic和ib在相当大的一个范围内总存在一个固定的比例关系,即





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