三極管的電流放大作用

一、三極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)

1、半導(dǎo)體三極管又稱晶體管，它是在一塊鍺基片或硅基片上分別制作出兩個(gè)P區(qū)、一個(gè)N區(qū)或兩個(gè)N區(qū)、一個(gè)P區(qū)，然后再從這幾個(gè)區(qū)分別引出電極而成。有兩個(gè)P區(qū)的管子稱PNP三極管，有兩個(gè)N區(qū)的管子稱NPN三極管。其結(jié)構(gòu)示意圖與對(duì)應(yīng)的符號(hào)如下圖所示。

從上圖可以看出，無論是PNP三極管還是NPN三極管都有兩個(gè)PN結(jié)，分別稱發(fā)射結(jié)與集電結(jié)。三個(gè)電極分別稱發(fā)射極(e)、基極 (b)和集電極(c)。

2、三極管結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)是基區(qū)的厚度極薄，摻雜很輕；發(fā)射區(qū)的尺寸比集電區(qū)小，但集電區(qū)的摻雜比發(fā)射區(qū)輕。一般NPN三極管以硅管居多，而PNP三極管以鍺管居多。

二、三極管的電流放大作用

1、三極管的電流放大作用

為說明三極管的電流放大作用，在NPN三極管的三個(gè)電極上加適當(dāng)?shù)碾妷骸?/p>

1）在上圖所示的電壓極性作用下，發(fā)射結(jié)處于正向連接(稱正偏)，當(dāng)電壓Ube大于發(fā)射結(jié)閥電壓時(shí)，PN結(jié)導(dǎo)通，發(fā)射極(N區(qū))的大量電子載流子進(jìn)入基區(qū)，由于基區(qū)摻雜輕，只有少量的空穴載流子，因此進(jìn)入基區(qū)的電子只有很少一部分能與基區(qū)的空穴相復(fù)合，而大量的電子仍繼續(xù)向前擴(kuò)散(即向基區(qū)靠近集電區(qū)一側(cè)擴(kuò)散)。這些基區(qū)的電子在基區(qū)(P區(qū))中充當(dāng)著少數(shù)載流子的角色。由于集電結(jié)處于反偏，因此這些在基區(qū)中的電子以漂移運(yùn)動(dòng)的方式進(jìn)入到集電區(qū)，并被集電區(qū)所收集。

2）發(fā)射區(qū)電子進(jìn)入基區(qū)后，與基區(qū)空穴復(fù)合掉一部分，這部分電子又被基極正電源Eb拉走，形成基極電流Ib；從發(fā)射區(qū)進(jìn)入基區(qū)后又漂移到集電區(qū)的電子，被集電極正電源Ec拉走形成集電極電流Ic。這兩部分電子被正電源拉走后，又回到發(fā)射區(qū)，從而形成發(fā)射極電流Ie。不難看出：Ie=Ic+Ib。

3）由于漂移到集電區(qū)的電子數(shù)比在基區(qū)復(fù)合掉的電子數(shù)多得多，因此形成的集電極電流Ie>>基極電流Ib。

Ib改變，使Ie隨之而變的作用稱三極管的電流控制作用。但被控量Ie的變化比控制量Ib的變化要大得多，工程上將這種以小控大的作用稱之為放大。電子技術(shù)領(lǐng)域里把這種以小電流控制大電流的作用稱為電流放大作用。

2、電流放大系數(shù)

共發(fā)射極連接時(shí)，三極管電流放大作用的大小，可用電流放大系數(shù)表示。

1）靜態(tài)電流放大系數(shù)β(h FE )

靜態(tài)電流放大系數(shù)是指Uce為某一定只是值時(shí)Ic與Ib的比值，即h FE =Ic/Ib

2）動(dòng)態(tài)電流放大系數(shù)β(h fe )

動(dòng)態(tài)電流放大系數(shù)是指Uce為某一定值時(shí)集電極電流增量△Ic與基極電流增量△Ib的比值，即h fe =△Ic/△Ib

由于hFE與hfe很接近，所以在實(shí)際應(yīng)用時(shí)不作嚴(yán)格區(qū)別。

三、三極管的主要參數(shù)

1、電流放大系數(shù)

電流放大系數(shù)用來表征三極管的電流放大能力，可分為靜態(tài)電流放大系數(shù)和動(dòng)態(tài)電流放大系數(shù)。由于特性曲線的非線性，所以只有在特性曲線近于水平的部分，Ic隨Ib成正比的變化，β值才可認(rèn)為基本恒定。常用的三極管，其β值約在20-100之間。

2、極間反向電流

在三極管中，除了多數(shù)載流子的運(yùn)動(dòng)以外，還有少數(shù)載流子的運(yùn)動(dòng)，這些少數(shù)載流子的運(yùn)動(dòng)所形成的電流稱極間反向電流。由于少數(shù)載流子受溫度的影響較大，因此極間反向電流對(duì)三極管的工作有一定的影響。影響較大的極間反向電流有以下兩種。

1）集電極反向電流(集-基極反向飽和電流)Icbo

當(dāng)發(fā)射極開路時(shí)，如下圖 (a)所示，由于Ec>>Eb，所以集電極處于反偏，集電區(qū)內(nèi)的少數(shù)載流子空穴在反向電場(chǎng)作用下將向基區(qū)漂移。從而形成集-基極反向飽和電流Icbo。飽和電流Icbo的大小表征著三極管質(zhì)量的好壞。良好的三極管，Icbo應(yīng)該很小。在室溫下，鍺管的Icbo約幾十微安；小功率硅管的Icbo則在IuA以下，從這點(diǎn)說明硅管的熱穩(wěn)定比鍺管好。Icbo的大小幾乎與外加電壓無關(guān)，但受溫度影響較大，溫度升高時(shí)Icbo將增大。

2）穿透電流(集-射極穿透電流)Iceo

基極開路時(shí)集電結(jié)處于反偏，發(fā)射結(jié)處于正偏，此時(shí)通過集電極的電流好似直接從發(fā)射區(qū)穿透到集電區(qū)的，故稱其為穿透電流。如上圖 (b)所示。對(duì)這種情況下的載流子進(jìn)行分析，可得到穿透電流Iceo與集-基極反向飽和電流Icbo的關(guān)系式

Iceo=Iceo+βIcbo=(1+β)Icbo

由于Iceo的存在，所以集電極電流應(yīng)為

Ic=βIb+Iceo=βIb+(1+β)Icbo

可見集電極電流Ic受Icbo、Iceo及β的影響。而這些量又受溫度的影響，因此要使三極管的穩(wěn)定性好，管子的極間反向電流應(yīng)盡量小，而β也不宜過大。

3、極限參數(shù)

1）集電極最大允許電流ICM

集電極電流超過一定值后，β值要下降。當(dāng)β下降到正常值三分之二時(shí)的集電極電流稱集電極最大允許電流I CM 。當(dāng)Ic>ICM時(shí)，管子雖不一定損壞，但β值下降得太多。

2）集-射極擊穿電壓 BUceo

基極開路時(shí)，加在集-射極間的最大允許電壓稱集-射極擊穿電壓BUceo。溫度升高時(shí)，BUceo要降低。

3）集電極最大允許耗散功率PCM

由于集電極電流流經(jīng)集電結(jié)時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量，使結(jié)溫升高，并引起參數(shù)變化。當(dāng)三極管受熱而引起的參數(shù)變化不超過允許值時(shí)，集電極所消耗的最大功率稱集電極最大允許耗散功率P CM 。

四、溫度對(duì)三極管參數(shù)的影響

溫度變化時(shí)對(duì)三極管參數(shù)的影響主要有以下方面：

1、對(duì)發(fā)射結(jié)閥電壓和輸入特性的影響

溫度升高時(shí)，閥電壓降低，輸入特性左移；溫度降低時(shí)，則作相反的變化。如下圖(a)所示。

2、對(duì)Icbo的影響

溫度升高時(shí)Icbo增大，Ic也隨之增大；反之，Icbo減小，Ic也減小，如上圖(b)所示。對(duì)硅管來說，Icbo很小，所以與鍺管相比，其影響極微。

3、對(duì)電流放大系數(shù)的影響

溫度升高時(shí)，電流放大系數(shù)也將隨之增大。關(guān)于這一點(diǎn)，從上圖(b)的輸出特性曲線中也可以看出。

五、三極管電極的判別

1、基極判別

將萬用表選擇開關(guān)撥在歐姆檔，量程選用Rx100或Rx1k。用萬用表的兩根表筆分別對(duì)三個(gè)電極中的任何兩個(gè)進(jìn)行正接、反接各測(cè)一次。如測(cè)得電阻均較大，則剩下的電極(未參加測(cè)量的那個(gè)極)即為基極。

2、管型判別

基極判定后，用萬用表的黑筆(表內(nèi)電池的正極)接到基極，用紅筆分別測(cè)另外兩個(gè)電極。如測(cè)得的電阻都很大，則該管為PNP型；如測(cè)得的電阻均較小，則該管為NPN型。

3、發(fā)射極與集電極的判別

1）對(duì)于PNP型三極管，將紅表筆接到假定集電極上，黑表筆接另一未知管腳，右手手指蘸點(diǎn)水，用拇指和食指捏住紅表筆和集電極，用中指碰基極，這樣通過手的電阻給三極管加正向偏流，使三極管導(dǎo)通，記下萬用表指示的阻值。然后再假定另一管腳為集電極，用同樣的方法測(cè)試，記下并比較兩阻值，其中阻值小的一次假定集電極是正確的。這是因?yàn)榘l(fā)射區(qū)產(chǎn)摻雜重，集電區(qū)摻雜輕。測(cè)得的電阻小，表示Iceo大；而測(cè)得的電阻大，則表示Iceo小。即紅表筆所接的管腳是集電極，黑表筆所接的管腳是發(fā)射極。

2）對(duì)于NPN型三極管，將紅、黑兩只表筆對(duì)調(diào)，用同樣的方法測(cè)試。