三极管工作原理

三极管是我们学习模拟技术中最重要的器件之一，三极管的工作原理有些复杂，下面我们一起来学习一下三极管的工作原理。

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和锗PNP两种三极管，(其中，N表示在高纯度硅中加入磷，是指取代一些硅原子，在电压刺激下产生自由电子导电，而p是加入硼取代硅，产生大量空穴利于导电)。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。　对于NPN管，它是由2块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成，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c。

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，由于发射结正偏，发射区的多数载流子(电子)及基区的多数载流子(空穴)很容易地越过发射结互相向对方扩散，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了。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极电流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：β1--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。

NPN三极管放大时管子内部的工作原理：

1、发射区向基区发射电子(形成发射极电流)

发射结施加正向电压且掺杂浓度高，所以发射区多数自由电子越过发射结扩散到基区，发射区的自由电子由直流电源补充，从而形成了发射极电流。(同时，基区的多数载流子也会扩散到发射区，成为发射极电流的一部分。由于基区很薄，且掺杂浓度较低，因此由基区多数空穴形成的电流可以忽略不计。)

2、自由电子在基区和空穴复合，形成基区电流，并继续向集电区扩散

自由电子进入基区后，先在靠近发射结的附近密集，渐渐形成电子浓度差，在浓度差的作用下，促使电子流在基区中向集电结扩散，被集电结电场拉入集电区形成集电极电流。也有很小一部分电子(因为基区很薄)与基区的空穴复合(基区中的空穴由直流电源补充)，扩散的电子流与复合电子流之比例决定了三极管的放大能力。

3、集电区收集自由电子，形成集电极电流

由于集电结加反向电压且面积很大，这个反向电压产生的电场力将阻止集电区电子向基区扩散，同时将扩散到集电结附近的电子拉入集电区从而形成集电极主电流Icn。另外集电区的少数载流子(空穴)也会产生漂移运动，流向基区形成反向饱和电流，用Icbo来表示，其数值很小，但对温度却异常敏感。

4 三极管工作状态

NPN 型,当B与E之间电压Vbe>0.5V时,如果三个管脚电压关系是Vc>Vb>Ve,则会处於放大状态;如果是Vb>Vc>Ve 则会处於饱和状态(相当於开关);如果此时Ve>Vc则仍会处於截止状态.

PNP 型,当B和E之间电压Veb>0.5V时,如果三个管脚电压关系是Ve>Vb>Vc,则会处於放大状态;如果是Ve>Vc>Vb则会处於饱和状态(相当於开关);如果此时Vc>Ve则仍会处於截止状态.

注:三极管放大状态时,导通能力大小由基极电流Ib决定,因此三极管是电流控制型元件.