但三极管厉害的地方在于:它可以通过小电流去控制大电流。放大的原理就在于:通过小的交流输入,控制大的静态直流。假设三极管是个大坝,这个大坝奇怪的地方是,有两个阀门,一个大阀门,一个小阀门。小阀门可以用人力打开,大阀门很重,人力是打不开的,只能通过小阀门的水力打开。
三极管的基本结构是两个反向连结的pn接面,如图1所示,可有pnp和npn两种组合。三个接出来的端点依序称为射极(emitter, E)、基极(base, B)和集极(collector, C),名称来源和它们在三极管操作时的功能有关。图中也显示出npn与pnp三极管的电路符号,射极特别被标出,箭号所指的极为n型半导体,和二极体的符号一致。在没接外加偏压时,两个pn接面都会形成耗尽区,将中性的p型区和n型区隔开。 图1 pnp(a)与npn(b) 三极管的电特性和两个pn接面的偏压有关,工作区间也依偏压方式来分类,这里我们先讨论最常用的所谓”正向活性区”(forward active),在此区EB极间的pn接面维持在正向偏压,而BC极间的pn接面则在反向偏压,通常用作放大器的三极管都以此方式偏压。图2(a)为一pnp三极管在此偏压区的示意图。 EB接面的空乏区由于在正向偏压会变窄,载体看到的位障变小,射极的电洞会注入到基极,基极的电子也会注入到射极;而BC接面的耗尽区则会变宽,载体看到的位障变大,故本身是不导通的。图2(b)画的是没外加偏压,和偏压在正向活性区两种情形下,电洞和电子的电位能的分布图。 三极管和两个反向相接的pn二极管有什么差别呢?其间最大的不同部分就在于三极管的两个接面相当接近。以上述之偏压在正向活性区之pnp三极管为例,射极的电洞注入基极的n型中性区,马上被多数载体电子包围遮蔽,然后朝集电极方向扩散,同时也被电子复合。当没有被复合的电洞到达BC接面的耗尽区时,会被此区内的电场加速扫入集电极,电洞在集电极中为多数载体,很快藉由漂移电流到达连结外部的欧姆接点,形成集电极电流IC。 基极外部仅需提供与注入电洞复合部分的电子流IBrec,与由基极注入射极的电子流InB? E(这部分是三极管作用不需要的部分)。 InB? E在射极与与电洞复合,即InB? E=IErec。pnp三极管在正向活性区时主要的电流种类可以清楚地在图3(a)中看出。 图2 (a)一pnp三极管偏压在正向活性区;(b)没外加偏压,和偏压在正向活性区两种情形下,电洞和电子的电位能的分布图比较。 图3 (a) pnp 三极管在正向活性区时主要的电流种类;(b)电洞电位能分布及注入的情形;(c)电子的电位能分布及注入的情形。 |
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