三极管与电流的放大作用

三极管放大电路的基本工作原理

三极管是电流放大器件，有三个极，分别叫做集电极C，基极B，发射极E。分成NPN和PNP两种。我们仅以NPN三极管的共发射极放大电路为例来说明一下三极管放大电路的基本原理。

下面的分析仅对于NPN型硅三极管。如上图所示，我们把从基极B流至发射极E的电流叫做基极电流Ib；把从集电极C流至发射极E的电流叫做集电极电流Ic。这两个电流的方向都是流出发射极的，所以发射极E上就用了一个箭头来表示电流的方向。三极管的放大作用就是：集电极电流受基极电流的控制（假设电源能够提供给集电极足够大的电流的话），并且基极电流很小的变化，会引起集电极电流很大的变化，且变化满足一定的比例关系：集电极电流的变化量是基极电流变化量的β倍，即电流变化被放大了β倍，所以我们把β叫做三极管的放大倍数（β一般远大于1，例如几十，几百）。如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射极之间，这就会引起基极电流Ib的变化，Ib的变化被放大后，导致了Ic很大的变化。如果集电极电流Ic是流过一个电阻R的，那么根据电压计算公式U=R*I可以算得，这电阻上电压就会发生很大的变化。我们将这个电阻上的电压取出来，就得到了放大后的电压信号了。 三极管在实际的放大电路中使用时，还需要加合适的偏置电路。这有几个原因。首先是由于三极管BE结的非线性（相当于一个二极管），基极电流必须在输入电压大到一定程度后才能产生（对于硅管，常取0.7V）。当基极与发射极之间的电压小于0.7V时，基极电流就可以认为是0。但实际中要放大的信号往往远比0.7V要小，如果不加偏置的话，这么小的信号就不足以引起基极电流的改变（因为小于0.7V时，基极电流都是0）。如果我们事先在三极管的基极上加上一个合适的电流（叫做偏置电流，上图中那个电阻Rb就是用来提供这个电流的，所以它被叫做基极偏置电阻），那么当一个小信号跟这个偏置电流叠加在一起时，小信号就会导致基极电流的变化，而基极电流的变化，就会被放大并在集电极上输出。另一个原因就是输出信号范围的要求，如果没有加偏置，那么只有对那些增加的信号放大，而对减小的信号无效（因为没有偏置时集电极电流为0，不能再减小了）。而加上偏置，事先让集电极有一定的电流，当输入的基极电流变小时，集电极电流就可以减小；当输入的基极电流增大时，集电极电流就增大。这样减小的信号和增大的信号都可以被放大了。

第１７卷第２期　（２００２）　内江师范学院学报　ＪＯＵＲＮＡ］　ＯＦ　ＮＥＩＪ］ＡＮＧ　ＴＥＡＣＨＥＲＳ　ＣｏＬＬＥＧＥ　ＮＯ　２　Ｖｏ１．１７　（２００２，　

理解晶体三极管电流放大作用的关键　

薛世华赵明骅　

（内江师范学院教育技术系，四川内江６４１¨２）　

摘　要：本文围绕　结构”决定“性质”的核心思想．探索在分析晶体三极管电流放大原理　时应该注意的几十问题。　关键词：晶体三极曾；电流放大；　中图分类号：ＴＮ６文献标识码：Ａ文章编号：１６７１—１７８５（２［）（］２）Ｏ２一∞７７一Ｏ４　

我们在讲授《电子技术基础》课程时常有这样的体会：学生理解晶体三极管的电流放　

大原理要远比理解晶体二极管的单向导电性困难的多。如这个问题解决不好．不但成为学　

生人门的一个屏障，为后续内容的学习带来困难，而且还会挫伤他们的学习热情。　

本文以半导体基础理论为基础．贯穿”结构”决定“性质”的核心思想循序渐进地分析、　解决问题　同时利用辩证唯物主义中关于内困和外因的关系、主要矛盾和次要矛盾相互转　

化的原理加以分析，使学生较容易理解晶体三极管的电流放大原理。　

ｌ掌握晶体三极管的内部结构特点　

为了使晶体三报管具有较大的电流放大系数，要求…　（１）晶体三极管发射区（ｅ区）　载流子浓度很高，基区（ｂ区）最低（相差几十～几百倍）　集电区（ｃ区）浓度介于它们之间。　

（２）基区很薄（约几～几十微米）。　（３）发射结（Ｊｅ结）的面积较集电结（Ｊｃ结）小得多。　

这是决定晶体三极管电流放大作用的内困因素。　

２掌握三区两结的特点（以ＮＰＮ型为例）　

在上述结构条件下晶体三极管内部可以用“三区两结”来加以概括，如图１所示。　

（１ｊ形成非对称的Ｊ　结和Ｊ　结。　

收稿日期：２００１—１０—１０　维普资讯 ・７８・　内江师范学院学报　第１７卷第２期　

Ｎ　ｌ　ｇ　ｇ　Ｐ　Ｎ　ｏ　ｅ　

ｅ　ｏ　ｅ区　ｅ　ｅ　ｂ区　ｃ区　ｅ　ｅ　ｅ区ｊＪｅ　区：Ｊｃｊ　ｃｇ　—　ｉ　ｊ　

三极管的电流放大原理

一、三极管的电流放大原理

晶体三极管（以下简称三极管）按材料分有两种：锗管和硅管。 而每一种又有NPN和PNP两种结构形式，但使用最多的是硅NPN和PNP两种三极管，两者除了电源极性不同外，其工作原理都是相同的，下面仅介绍NPN硅管的电流放大原理。

图一:晶体三极管（NPN）的结构

图一是NPN管的结构图，它是由2块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成，从图可见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。当b点电位高于e点电位零点几伏时，发射结处于正偏状态，而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，由于发射结正确，发射区的多数载流子（电子）及基区的多数载流子（控穴）很容易地截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集电流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重新补纪念给，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：

β1=Ic/Ib 式中：β--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β1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。

三极管内部载流子的运动规律、电流分配关系和放大作用

一、三极管的三种连接方式

三极管在电路中的连接方式有三种：①共基极接法；②共发射极接法，③共集电极接法。如图Z0115所示。共什么极是指电路的输入端及输出端以这个极作为公共端。必须注意，无论那种接法，为了使三极管具有正常的电流放大作用，都必须外加大小和极性适当的电压。即必须给发射结加正向偏置电压，发射区才能起到向基区注入载流子的作用；必须给集电结加反向偏置电压（一般几～几十伏），在集电结才能形成较强的电场，才能把发射区注入基区，并扩散到集电结边缘的载流子拉入集电区，使集电区起到收集载流子的作用。

二、三极管内部载流子的运动规律

在发射结正偏、集电结反偏的条件下，三极管内部载流子的运动，可分为3个过程，下面以NPN型三极管为例来讨论（共射极接法）。

1．发射区向基区注入载流子的过程

由于发射结外加正向电压，发射区的电子载流子源源不断地注入基区，基区的多数载流子空穴，也要注入发射区。如图Z0116所示，二者共同形成发射极电流IE。但是，由于基区掺杂浓度比发射区小2～3个数量级，注入发射区的空穴流与注入基区的电子流相比，可略去。

2. 载流子在基区中扩散与复合的过程

由发射区注入基区的电子载流子，其浓度从发射结边缘到集电结边缘是逐渐递减的，即形成了一定的浓度梯度，因而，电子便不断地向集电结方向扩散。由于基区宽度制作得很小，且掺杂浓度也很低，从而大大地减小了复合的机会，使注入基区的95％以上的电子载流子都能到达集电结。故基区中是以扩散电流为主的，且扩散与复合的比例决定了三极管的电流放大能力。

3．集电区收集载流子的过程

集电结外加较大的反向电压，使结内电场很强，基区中扩散到集电结边缘的电子，受强电场的作用，迅速漂移越过集电结而进入集电区，形成集电极电流Inc。另一方面，集电结两边的少数载流子，也要经过集电结漂移，在c，b之间形成所谓反向饱和电流ICBO，不过，ICBO一般很小，因而集电极电流