三極體結構解析

2020-11-30 電子產品世界

三極體的基本結構是兩個反向連結的PN結面，如圖1所示，可有pnp和npn 兩種組合。三個接出來的端點依序稱為發射極(emitter,E)、基極(base,B)和集電極(collector,C)，名稱來源和它們在三極體操作時的功能有關。圖中也顯示出 npn與pnp三極體的電路符號，發射極特別被標出，箭號所指的極為n型半導體， 和二極體的符號一致。在沒接外加偏壓時，兩個pn接面都會形成耗盡區，將中性的p型區和n型區隔開。

pnp和npn三極體的結構及其示意圖三極體的電特性和兩個pn結面的偏壓有關，工作區間也依偏壓方式來分類，這裡 我們先討論最常用的所謂」正向活性區」(forward active)，在此區EB極間的pn接 面維持在正向偏壓，而BC極間的pn接面則在反向偏壓，通常用作放大器的三極體 都以此方式偏壓。圖2(a)為一pnp三極體在此偏壓區的示意圖。EB接面的空乏區由於正向偏壓會變窄，載體看到的位障變小，射極的空穴會注入到基極，基極的電子也會注入到射極;而BC接面的耗盡區則會變

寬，載體看到的位障變大， 故本身是不導通的。圖2(b)畫的是沒外加偏壓，和偏壓在正向活性區兩種情形下，空穴和電子的電位能的分布圖。三極體和兩個反向相接的pn二極體有什麼差別呢?其間最大的不同部分就在於三極體的兩個接面相當接近。以上述之偏壓在正向活性區之pnp三極體為例， 射極的空穴注入基極的n型中性區，馬上被多數載體電子包圍遮蔽，然後朝集電極方向擴散，同時也被電子複合。當沒有被複合的空穴到達BC接面的耗盡區時，會被此區內的電場加速掃入集電極，空穴在集電極中為多數載體，很快藉由漂移電流到達連結外部的歐姆接點，形成集電極電流IC。IC的大小和BC間反向偏壓的大小 關係不大。基極外部僅需提供與注入空穴複合部分的電子流IBrec，與由基極注入 射極的電子流InBE(這部分是三極體作用不需要的部分)。InB E在射極與與電 洞複合，即InB E=IErec。pnp三極體在正向活性區時主要的電流種類可以清楚地 在圖3(a)中看出。

3(a)射極注入基極的空穴流大小是由EB接面間的正向偏壓大小來控制，和二極體的情形類似，在啟動電壓附近，微小的偏壓變化，即可造成很大的注入電流變化。更精確的說，三極體是利用VEB(或VBE)的變化來控制IC，而且提供之IB遠比IC小。npn三極體的操作原理和pnp三極體是一樣的，只是偏壓方向，電流方 向均相反，電子和空穴的角色互易。pnp三極體是利用VEB控制由射極經基極，入射到集電極的空穴，而npn三極體則是利用VBE控制由射極經基極、入射到集電極的電子。三極體在數字電路中的用途其實就是開關，利用電信號使三極體在正向活性區(或飽和區)與截止區間切換，就開關而言，對應開與關的狀態，就數字電路而言則代表0與1(或1與0)兩個二進位數字。若三極體一直維持偏壓在正向活性區，在發射極與基極間微小的電信號(可以是電壓或電流)變化，會造成射極與集電極間電流相對上很大的變化，故可用作信號放大器。

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