三极管是一种电流放大器件
发布时间:2018-11-10 15:37

  

  1947年12月23日,美国新泽西州墨累山的贝尔实验室里,3位科学家——巴丁博士、布菜顿博士和肖克莱博士在紧张而又有条不紊地做着实验。

  他们在导体电路中正在进行用半导体晶体把声音信号放大的实验。3位科学家惊奇地发现,在他们发明的器件中通过的一部分微量电流,竟然可以控制另一部分流过的大得多的电流,因而产生了放大效应。这个器件,就是在科技史上具有划时代意义的成果——晶体管。正因它是在圣诞节前夕发明的,而且对人们的生活发生如此巨大的影响,所以被称为“献给世界的圣诞节礼物”。 晶体管的问世,被称为20世纪最重大的发明之一。它是微电子革命的先声,对电子计算机的进一步发展具有决定性意义.因此,这3位科学家共同荣获了1956年诺贝尔物理学奖。

  1956年,当3位发明家荣获诺贝尔奖时,他们的科技成果正阔步走进世界亿万人民的家庭,应用在电视机、收音机、高保真音响等设备里。

  晶体管促进并带来了“固态革命”,进而推动了全球范围内的半导体电子工业。作为主要部件,它及时、普遍地首先在通讯工具方面得到应用,并产生了巨大的经济效益。由于晶体管彻底改变了电子线路的结构,集成电路以及大规模集成电路应运而生,这样制造像高速电子计算机之类的高精密装置就变成了现实。

  晶体管是一种固体半导体器件,可以用于放大、开关、稳压、信号调制和许多其他功能。晶体管作为一种可变开关,基于输入的电压,控制流出的电流。晶体管主要分为两大类:双极性晶体管(BJT)和场效应晶体管(FET)。

  晶体管有三个极,双极性晶体管的三个极分别是发射极(Emitter)、基极(Base)和集电极(Collector)。NPN晶体管是晶体管的一种. 图1为晶体管的结构图。

  晶体管属于电流控制型半导体器件,其放大特性主要是指电流放大能力。所谓放大,是指当晶体管的基极电流发生变化时,其集电极电流将发生更大的变化或在晶体管具备了工作条件后,若从基极加入一个较小的信号,则其集电极将会输出一个较大的信号。下面来简单地说明.

  发射区与基区之间形成的PN结称为发射结,而集电区与基区形成的PN结称为集电结,三条引线分别称为发射极e、基极b和集电极c。

  对于NPN晶体管,当基极b点电位高于发射极e点电位零点几伏时,发射结处于正偏状态,而集电极C点电位高于b点电位几伏时,集电结处于反偏状态,集电极电源Ec要高于基极电源Ebo。

  在制造三极管时,有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基区的,同时基区做得很薄,而且,要严格控制杂质含量,这样,一旦接通电源后,由于发射结正偏,发射区的多数载流子(电子)和极基区的多数载流子(空穴)很容易地越过发射结构互相向反方各扩散,但因前者的浓度基大于后者,所以通过发射结的电流基本上是电子流,这股电子流称为发射极电流Ie。

  由于基区很薄,加上集电结的反偏,注入基区的电子大部分越过集电结进入集电区而形成集电极电流Ic,只剩下很少(1-10%)的电子在基区的空穴进行复合,被复合掉的基区空穴由基极电源Eb重新补给,从而形成了基极电流Ibo根据电流连续性原理得: Ie=Ib+Ic

  这就是说,在基极补充一个很小的Ib,就可以在集电极上得到一个较大的Ic,这就是所谓电流放大作用,Ic与Ib是维持一定的比例关系,即:βdc=Ic/Ib 式中:βdc称为直流放大倍数,

  集电极电流的变化量△Ic与基极电流的变化量△Ib之比为:β= △Ic/△Ib

  式中β--称为交流电流放大倍数,由于低频时βdc和β的数值相差不大,所以有时为了方便起见,对两者不作严格区分,β值约为几十至一百多。

  三极管是一种电流放大器件,但在实际使用中常常利用三极管的电流放大作用,通过电阻转变为电压放大作用。图2为NPN晶体管的外形图.

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