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半导体三极管及其应用

发布时间:1970-01-01

5.1半导体三极管的基本结构

5.1.1 三极管内部结构

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半导体二极管内部只有一个PN结,若在半导体二极管P型半导体的旁边,再加上一块N型半导体如图5-1(a)所示。由图5-1(a)可见,这种结构的器件内部有两个PN结,且N型半导体和P型半导体交错排列形成三个区,分别称为发射区,基区和集电区。从三个区引出的引脚分别称为发射极,基极和集电极,用符号e、b、c来表示。处在发射区和基区交界处的PN结称为发射结;处在基区和集电区交界处的PN结称为集电结。具有这种结构特性的器件称为三极管。

三极管通常也称双极型晶体管(BJT),简称晶体管或三极管。三极管在电路中常用字母T来表示。因三极管内部的两个PN结相互影响,使三极管呈现出单个PN结所没有的电流放大的功能,开拓了PN结应用的新领域,促进了电子技术的发展。

因图5-1(a)所示三极管的三个区分别由NPN型半导体材料组成,所以,这种结构的三极管称为NPN型三极管,图5-1(b)是NPN型三极管的符号,符号中箭头的指向表示发射结处在正向偏置时电流的流向。

半导体三极管及其应用 - 呆鸟 - 呆鸟之巢根据同样的原理,也可以组成PNP型三极管,图5-2(a)、(b)分别为PNP型三极管的内部结构和符号。

由图5-1和图5-2可见,两种类型三极管符号的差别仅在发射结箭头的方向上,理解箭头的指向是代表发射结处在正向偏置时电流的流向,有利于记忆NPN和PNP型三极管的符号,同时还可根据箭头的方向来判别三极管的类型。

例如,当大家看到“半导体三极管及其应用 - 呆鸟 - 呆鸟之巢 ”符号时,因为该符号的箭头是由基极指向发射极的,说明当发射结处在正向偏置时,电流是由基极流向发射极。根据前面所讨论的内容已知,当PN结处在正向偏置时,电流是由P型半导体流向N型半导体,由此可得,该三极管的基区是P型半导体,其它的两个区都是N型半导体,所以该三极管为NPN型三极管。

晶体管除了PNP和NPN两种类别的区分外,还有很多种类。根据三极管工作频率的不同,可将三极管分为低频管和高频管;根据三极管消耗功率的不同,可将三极管分为小功率管、中功率管和大功率管等。常见三极管的外形如图5-3所示。

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a,b小功率管,中功率管,大功率管

5.1.2 三极管的电流放大作用

1、三极管内部PN结的结构

对模拟信号进行处理最基本的形式是放大。在生产实践和科学实验中,从传感器获得的模拟信号通常都很微弱,只有经过放大后才能进一步处理,或者使之具有足够的能量来驱动执行机构,完成特定的工作。放大电路的核心器件是三极管,三极管的电流放大作用与三极管内部PN的特殊结构有关。

从图5-1和5-2可见,三极管犹如两个反向串联的PN结,如果孤立地看待这两个反向串联的PN结,或将两个普通二极管串联起来组成三极管,是不可能具有电流的放大作用。具有电流放大作用的三极管,PN结内部结构的特殊性是:

 

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(1)为了便于发射结发射电子,发射区半导体的掺杂溶度远高于基区半导体的掺杂溶度,且发射结的面积较小。
(2)发射区和集电区虽为同一性质的掺杂半导体,但发射区的掺杂溶度要高于集电区的掺杂溶度,且集电结的面积要比发射结的面积大,便于收集电子。
(3)联系发射结和集电结两个PN结的基区非常薄,且掺杂溶度也很低。

上述的结构特点是三极管具有电流放大作用的内因。要使三极管具有电流的放大作用,除了三极管的内因外,还要有外部条件。三极管的发射极为正向偏置,集电结为反向偏置是三极管具有电流放大作用的外部条件。

放大器是一个有输入和输出端口的四端网络,要将三极管的三个引脚接成四端网络的电路,必须将三极管的一个脚当公共脚。取发射极当公共脚的放大器称为共发射极放大器,基本共发射极放大器的电路如图5-4所示。

图5-4中的基极和发射极为输入端,集电极和发射极为输出端,发射极是该电路输入和输出的公共端,所以,该电路称为共发射极电路。

图5-4中的ui是要放大的输入信号,uo是放大以后的输出信号,VBB是基极电源,该电源的作用是使三极管的发射结处在正向偏置的状态,VCC是集电极电源,该电源的作用是使三极管的集电结处在反向偏置的状态,RC是集电极电阻。

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