三極管，也稱雙極型晶體管、晶體三極管，由兩個(gè)PN結(jié)組合而成，有兩種載流子參與導(dǎo)電，是一種電流控制電流源器件。其作用是把微弱信號(hào)放大成幅度值較大的電信號(hào)，也用作無觸點(diǎn)開關(guān)。晶體三極管主要應(yīng)用于檢波、整流、放大、開關(guān)、穩(wěn)壓、信號(hào)調(diào)制等。
三極管是半導(dǎo)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。三極管是在一塊半導(dǎo)體基片上制作兩個(gè)相距很近的PN結(jié)，兩個(gè)PN結(jié)把整塊半導(dǎo)體分成三部分，中間部分是基區(qū)，兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，排列方式有PNP和NPN兩種。
三極管的結(jié)構(gòu)
三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)為兩個(gè)PN結(jié)，由三層半導(dǎo)體區(qū)形成的。三極管有三個(gè)電極、三個(gè)區(qū)、兩個(gè)PN結(jié)。
三個(gè)區(qū)：發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)，特點(diǎn)是
(1) 基區(qū)很薄，且摻雜濃度低；
(2) 發(fā)射區(qū)摻雜濃度比基區(qū)和集電區(qū)高得多；
(3) 集電結(jié)的面積比發(fā)射結(jié)大。
兩個(gè)PN結(jié)：處在發(fā)射區(qū)和基區(qū)交界處的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)；處在基區(qū)和集電區(qū)交界處的PN結(jié)稱為集電結(jié)。
三個(gè)電極：從三個(gè)區(qū)引出的引腳分別稱為發(fā)射極，基極和集電極，用符號(hào)e、b、c來表示。
按照晶體三極管擴(kuò)散區(qū)半導(dǎo)體材料不同，可分為NPN型晶體三極管和PNP型晶體三極管，如圖1所示。
晶體三極管有三個(gè)摻雜不同的擴(kuò)散區(qū)和兩個(gè)PN結(jié)，三端分別稱為發(fā)射極E(Emitter)、基極B(Base)和集電極C(Collector)。發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間形成的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)，而集電區(qū)與基區(qū)形成的PN結(jié)稱為集電結(jié)。晶體管電路符號(hào)中的箭頭方向代表PN結(jié)的方向(即發(fā)射極的電流方向)。
采用平面工藝制成NPN型硅材料晶體三極管的結(jié)構(gòu)如圖所示。
晶體三極管位于中間的P區(qū)域稱為基區(qū)，其區(qū)域很薄且雜質(zhì)濃度很低;位于上層的N+區(qū)為發(fā)射區(qū)，摻雜濃度很高;位于下層的N和N+兩種摻雜的N區(qū)是集電區(qū)，面積很大。因此晶體三極管為非對稱器件且器件的外特性與三個(gè)區(qū)域的上述特點(diǎn)緊密相關(guān)。
晶體三極管的三種工作狀態(tài)
在數(shù)字電路中，三極管用作開關(guān)時(shí)工作在截止?fàn)顟B(tài)和飽和狀態(tài)，依次來實(shí)現(xiàn)控制負(fù)載回路的目的。
三極管具有截止?fàn)顟B(tài)、放大狀態(tài)和飽和狀態(tài)等三個(gè)狀態(tài)，這主要取決于三極管的PN結(jié)導(dǎo)通電壓。以NPN為例介紹。
截止?fàn)顟B(tài)
當(dāng)發(fā)射結(jié)的電壓小于PN結(jié)的導(dǎo)通電壓時(shí)，基極電流為零，流過集電極和發(fā)射極的電流為零，三極管不具有放大信號(hào)的作用,這時(shí)候集電極和發(fā)射極之間處于斷路狀態(tài)，這個(gè)狀態(tài)就成為三極管的截止?fàn)顟B(tài)。三極管用作開關(guān)時(shí)，處于斷開狀態(tài)，就是工作在截止?fàn)顟B(tài)。三極管的外形和工作區(qū)域如下圖所示。
放大狀態(tài)
當(dāng)加在三極管發(fā)射結(jié)的電壓大于PN結(jié)的導(dǎo)通電壓，并處于某一恰當(dāng)?shù)闹禃r(shí)，三極管的發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置，這時(shí)基極電流對集電極電流起著控制作用，使三極管具有電流放大作用，其電流放大倍數(shù)β＝ΔIc/ΔIb，這時(shí)三極管處放大狀態(tài)。
飽和導(dǎo)通狀態(tài)
當(dāng)加在三極管發(fā)射結(jié)的電壓大于PN結(jié)的導(dǎo)通電壓，并當(dāng)基極電流增大到一定程度時(shí)，集電極電流不再隨著基極電流的增大而增大，而是處于某一定值附近不怎么變化，這時(shí)三極管失去電流放大作用，集電極與發(fā)射極之間的電壓很小，集電極和發(fā)射極之間相當(dāng)于開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)。三極管的這種狀態(tài)我們稱之為飽和導(dǎo)通狀態(tài)。
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