姚遠香 發表於 2018-08-16 16:21:55
三極體，全稱應為半導體三極體，也稱雙極型電晶體、晶體三極體，是一種控制電流的半導體器件其作用是把微弱信號放大成幅度值較大的電信號， 也用作無觸點開關。晶體三極體，是半導體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元件。三極體是在一塊半導體基片上製作兩個相距很近的PN結，兩個PN結把整塊半導體分成三部分，中間部分是基區，兩側部分是發射區和集電區，排列方式有PNP和NPN兩種。
三極體的工作狀態 截止狀態當加在三極體發射結的電壓小於PN結的導通電壓，基極電流為零，集電極電流和發射極電流都為零，三極體這時失去了電流放大作用，集電極和發射極之間相當於開關的斷開狀態，我們稱三極體處於截止狀態。
放大狀態當加在三極體發射結的電壓大於PN結的導通電壓，並處於某一恰當的值時，三極體的發射結正向偏置，集電結反向偏置，這時基極電流對集電極電流起著控制作用，使三極體具有電流放大作用，其電流放大倍數β=ΔIc/ΔIb，這時三極體處放大狀態。
飽和導通當加在三極體發射結的電壓大於PN結的導通電壓，並當基極電流增大到一定程度時，集電極電流不再隨著基極電流的增大而增大，而是處於某一定值附近不怎麼變化，這時三極體失去電流放大作用，集電極與發射極之間的電壓很小，集電極和發射極之間相當於開關的導通狀態。三極體的這種狀態我們稱之為飽和導通狀態。
工作狀態如果我們在上面這個圖中，將電阻Rc換成一個燈泡，那麼當基極電流為0時，集電極電流為0，燈泡滅。如果基極電流比較大時（大於流過燈泡的電流除以三極體 的放大倍數 β），三極體就飽和，相當於開關閉合，燈泡就亮了。由於控制電流只需要比燈泡電流的β分之一大一點就行了，所以就可以用一個小電流來控制一個大電流的通 斷。如果基極電流從0慢慢增加，那麼燈泡的亮度也會隨著增加（在三極體未飽和之前）。
三極體理論原理晶體三極體（以下簡稱三極體）按材料分有兩種：鍺管和矽管。而每一種又有NPN和PNP兩種結構形式，但使用最多的是矽NPN和鍺PNP兩種三極體，（其中，N是負極的意思（代表英文中Negative），N型半導體在高純度矽中加入磷取代一些矽原子，在電壓刺激下產生自由電子導電，而P是正極的意思（Positive）是加入硼取代矽，產生大量空穴利於導電）。兩者除了電源極性不同外，其工作原理都是相同的，下面僅介紹NPN矽管的電流放大原理。
對於NPN管，它是由2塊N型半導體中間夾著一塊P型半導體所組成，發射區與基區之間形成的PN結稱為發射結，而集電區與基區形成的PN結稱為集電結，三條引線分別稱為發射極e （Emitter）、基極b （Base）和集電極c （Collector）。如圖所示。當b點電位高於e點電位零點幾伏時，發射結處於正偏狀態，而C點電位高於b點電位幾伏時，集電結處於反偏狀態，集電極電源Ec要高於基極電源Eb。
在製造三極體時，有意識地使發射區的多數載流子濃度大於基區的，同時基區做得很薄，而且，要嚴格控制雜質含量，這樣，一旦接通電源後，由於發射結正偏，發射區的多數載流子（電子）及基區的多數載流子（空穴）很容易地越過發射結互相向對方擴散，但因前者的濃度基大於後者，所以通過發射結的電流基本上是電子流，這股電子流稱為發射極電流子。
由於基區很薄，加上集電結的反偏，注入基區的電子大部分越過集電結進入集電區而形成集電極電流Ic，只剩下很少（1-10%）的電子在基區的空穴進行複合，被複合掉的基區空穴由基極電源Eb重新補給，從而形成了基極電流Ibo.根據電流連續性原理得：
e=Ib+Ic
這就是說，在基極補充一個很小的Ib，就可以在集電極上得到一個較大的Ic，這就是所謂電流放大作用，Ic與Ib是維持一定的比例關係，即：
β1=Ic/Ib
式中：β1--稱為直流放大倍數，
集電極電流的變化量△Ic與基極電流的變化量△Ib之比為：
β= △Ic/△Ib
式中β--稱為交流電流放大倍數，由於低頻時β1和β的數值相差不大，所以有時為了方便起見，對兩者不作嚴格區分，β值約為幾十至一百多。
α1=Ic/Ie（Ic與Ie是直流通路中的電流大小）
式中：α1也稱為直流放大倍數，一般在共基極組態放大電路中使用，描述了射極電流與集電極電流的關係。
α =△Ic/△Ie
表達式中的α為交流共基極電流放大倍數。同理α與α1在小信號輸入時相差也不大。
對於兩個描述電流關係的放大倍數有以下關係
三極體的電流放大作用實際上是利用基極電流的微小變化去控制集電極電流的巨大變化。
三極體的放大原理1、發射區向基區發射電子
電源Ub經過電阻Rb加在發射結上，發射結正偏，發射區的多數載流子（自由電子）不斷地越過發射結進入基區，形成發射極電流Ie。同時基區多數載流子也向發射區擴散，但由於多數載流子濃度遠低於發射區載流子濃度，可以不考慮這個電流，因此可以認為發射結主要是電子流。
2、基區中電子的擴散與複合
電子進入基區後，先在靠近發射結的附近密集，漸漸形成電子濃度差，在濃度差的作用下，促使電子流在基區中向集電結擴散，被集電結電場拉入集電區形成集電極電流Ic。也有很小一部分電子（因為基區很薄）與基區的空穴複合，擴散的電子流與複合電子流之比例決定了三極體的放大能力。
3、集電區收集電子
由於集電結外加反向電壓很大，這個反向電壓產生的電場力將阻止集電區電子向基區擴散，同時將擴散到集電結附近的電子拉入集電區從而形成集電極主電流Icn。另外集電區的少數載流子（空穴）也會產生漂移運動，流向基區形成反向飽和電流，用Icbo來表示，其數值很小，但對溫度卻異常敏感。
三極體的應用電路下面與NPN型為例，為大家介紹其基本應用電路。
在這個電路中可以把三極體看做接成兩個迴路：基極迴路和集電極迴路。經過試驗證明改變可變電阻Rb，則基極電流IB、集電極電流IC和發射極電流IE都發生變化，而且滿足IE=IB+IC，並且IC/IB為一個定值，這就解釋了為什麼三極體為什麼起到放大作用，IC的大小取決於IB的大小，所以當IB增大時，IC也會隨著增大，事實證明IC與IE在數值上大致相等的。
但是事實並不是這麼理想，如果想讓三極體起放大的作用，B電壓極必須高於E極（PNP型三極體與其相反），利用這一特性，可以把三極體當做一個開關原件，當B極接收到信號時（既B極電壓高時），三極體導通工作，形成了一個無觸點開關。
在上圖中當B極如果接收到高電平，那麼C極就會有電流出現，如果把R1換成LED燈，那麼就會看到其發光。
其實在電路中應用比較多的還是開關原件，在放大應用中由於其效率較低，而且容易出現失真現象，在原件中也有很多替代產品，像集成IC就有很多，而且性能還好；然而開關這一功能應用的就比較多了，由於其控制方便，並且無噪聲，B極接收到高電壓信號就會導通，因此在數電中應用非常廣泛。
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