三极管工作原理

1、张琥石 广西医科大学基础医学院电子学教研室 Contents Page 目录页 2 01 N型半导体与P型半导体 02 PN结 03 三极管的工作原理 3 Contents Page 目录页 01 N型半导体与P型半导体 02 PN结 03 三极管的工作原理 4 01 N型半导体与P型半导体02 PN结03 三极管的工作原理 半导体器件是由硅元素构成的，硅原子最外层有4个电子 其原子结构如下图所示。 第一节 N型导体与P型半导体 1.1 本征半导体 当硅原子组成硅单质时，最外层的电子互相结合，在每个 原子核周围形成四对共价键。 此时所有的电子都被牢牢束缚在原子核周围，不能移动， 所以硅单质是不

2、导电的 我们把这种完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本 征半导体 共价健共价健 Si Si Si Si 价电子价电子 5 01 N型半导体与P型半导体02 PN结03 三极管的工作原理 第一节 N型半导体和P型半导体 1.2 N型半导体 在本征半导体中掺入微量的磷元素的半导体成为N型半导体 磷元素最外层有五个电子，在形成共价键之后还多出一个电子，这个 电子很容易摆脱原子核的束缚，形成自由移动的载流子，从而让半导 体导电 Si Si Si Si p+ 磷原子磷原子 失去一个失去一个 电子变为电子变为 正离子正离子 在N 型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。 6 01 N型半导体

3、与P型半导体02 PN结03 三极管的工作原理 第一节 N型半导体和P型半导体 1.3 P型半导体 在本征半导体中掺入微量的硼元素的半导体成为P型半导体 硼元素最外层只有三个电子，在形成共价键之后少了一个电子，形成 一个空穴，可以吸引临近的电子填补到这个空穴之中，形成电流，从 而让半导体导电 在P 型半导体中空穴是多数载流子，电子是少数载流子。 Si Si Si Si B 硼原子硼原子 空穴空穴 7 Contents Page 目录页 01 N型半导体与P型半导体 02 PN结 03 三极的管工作原理 8 01 N型半导体与P型半导体02 PN结03 三极管的工作原理 第二节 PN结 2.1

4、PN结的形成 多子的多子的扩散运动扩散运动 内电场内电场 浓度差浓度差 扩散和漂移这一对 相反的运动最终达到 动态平衡，空间电荷 区的厚度固定不变。 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 形成形成空间电荷区空间电荷区 把P型半导体和N型半导体 放在一起就形成了一个PN 结，因两端的浓度差，N区 中的多子电子扩散到P区， 与P区中的空穴复合，在交 界面形成一个空间电荷区。 随着空间电荷区的形成，在 PN结内部形成了一个从N 指向P的内电场，在内电作 用下N区的少子空穴向P区 漂移，P区少子电子向N区 漂移 9 01 N型半导体与P型半导体

5、02 PN结03 三极管的工作原理 第二节 PN结 2.2 PN结正向偏置 外电场外电场 IF 内电场内电场 PN + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 当在PN结两端加上一个正向偏置电压时，内电场被削弱，空间电荷区变薄，扩散运动增强，当正偏电压大于0.7 伏时，空间电荷区消失，PN结处于导通状态 10 01 N型半导体与P型半导体02 PN结03 三极管的工作原理 第二节 PN结 2.3 PN结反向偏置 当在PN结两端加上一个反偏置电压时，内电场被增强，空间电荷区变厚，漂移运动增强，形成了一个由少子移 动而形成的漂移电流IR，但因为PN结中的少子很少，所

6、以这个IR十分微弱，约等于0，此时PN结截止，视同为 一个断开的开关 + 11 01 N型半导体与P型半导体02 PN结03 三极管的工作原理 第二节 PN结 2.3 PN结反向偏置 当在PN结两端加上一个反偏置电压时，内电场被增强，空间电荷区变厚，漂移运动增强，形成了一个由少子移 动而形成的漂移电流IR，但因为PN结中的少子很少，所以这个IR十分微弱，约等于0，此时PN结截止，视同为 一个断开的开关 IR + 12 Contents Page 目录页 01 N型半导体与P型半导体 02 PN结 03 三极管的工作原理 13 03 三极管的工作原理02 PN结01 N型半导体与P型半导体 第三

7、节 三极管的工作原理 3.1 三极管的结构 三极：基极、集电极、发射极 两结：集电结、发射结 三区：饱和区、截止区、放大区 三极管的结构特点可概括为：三极两结三区 14 03 三极管的工作原理02 PN结01 N型半导体与P型半导体 第三节 三极管的工作原理 3.2 三极管的工作电路 集电结反偏：VBVE 三极管工作在放大区的条件： E EB RB RC 15 03 三极管的工作原理02 PN结01 N型半导体与P型半导体 第三节 三极管的工作原理 B E C N N P EB RB EC IE IBE ICE ICBO 16 03 三极管的工作原理02 PN结01 N型半导体与P型半导体 第三节 三极管的工作原理 三级管工作在放大区时，基极电流IB微小的变化能够引起集电极电流IC较大变化的特性称之为晶体管的电流放大作用 IC与IB之间的关系可以描述为IC=IB 的值在三极管被生产出来之后就确定了，其范围一般为50200 三极管的实质是用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化，是CCCS器件。 。 17 03 三极管的工作原理02 PN结01 N型半导体