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晶体管的基本工作原理

发布时间:2011/12/14 11:01:54 访问次数:8384

    为了使晶体管能够正确地当作放大器使用,两个PN结必须使用外加直流电压正确地施加偏压。在这一节中,我们使用NPN晶体管示范说明。NPN的动作和PNP是一样的,只有电子和空穴所扮演的角色、偏压的极性,还有电流的方向完全相反而已。
    在学完本节后,你应该能够:说明如何施加晶体管的偏压,参与讨论晶体管电流,以及偏压和电流之间的关系;说明正向一反向偏压;说明如何将晶体管连接到偏压电压源;描述晶体管的基本内部工作原理;列出和晶体管中昀集电极、发射极和基极电流相关的公式。
    图4.3显示将NPN和PNP晶体管当作放大器来使用时,正确的偏压方式。请注意,在这两种情况下的基极一发射极(BE)结均是正向偏压,而基极一集电极(BC)结则为反向偏压。

             
    为了说明晶体管的动作特性,让我们来看看在NPN晶体管内到底发生了什么。从基极到发射极的正向偏压让BE耗尽区变窄,从基极到集电极的正向偏压将BC耗尽区加宽,如图4.4中所示。(高掺杂浓度)的N型发射极区域注入(导)带(自由)电子,可以轻易地扩散通过正向偏压的BE结而进入P型基极区域,这些电子成为少数载流子,就如同正向偏压下的二极管一样。基极区域(内掺杂浓度低)且非常薄,因此它的空穴数目十分有限。因此,只有少部分通过BE结的电子能够与基极的空穴结合。这些相对少量结合的电子成为价电子流,从基极端流出,形成一般小量的基极电子流,如图4.4所示。
    大部分从发射极流向薄且低掺入杂质基极的电子,都不会与空穴重新结合,而是扩散进入BC耗尽区。电子一旦进入这个区域,由正离子和负离子之间吸引力所产生的电场,就会将这些电子拉着通过反向偏压下的BC结。事实上,你可以想象电子受到集黾极电压吸引,而被拉着通过反向偏压下的BC结。电子现在移动通过集电极区域,再向外通过集电极引脚,然后进入集电极电压源的正极。这就形成集电极电子流,如图4.4中所示。集电极电流远比基极电流来得大。这就是晶体管会呈现电流增益的原因。

                     
   1.晶体管电流
    晶体管中的电流方向,以及它的电路符号都显示在图4.5(a)中,F1AGPCC04A 至于PNP型晶体管则显示在图4.5(b)中。请注意,在晶体管符号发射极的箭头,指向传统电流的方向。这些图显示发射极电流(IE)为集电极电流(Ic)和基极电流(IB)的总和,由下式表示:
                         IE=Ic+IB   (4.1)
    如前所述,IB比起IE或IC小很多。大写字母的下标代表的是直流值。

                   

    为了使晶体管能够正确地当作放大器使用,两个PN结必须使用外加直流电压正确地施加偏压。在这一节中,我们使用NPN晶体管示范说明。NPN的动作和PNP是一样的,只有电子和空穴所扮演的角色、偏压的极性,还有电流的方向完全相反而已。
    在学完本节后,你应该能够:说明如何施加晶体管的偏压,参与讨论晶体管电流,以及偏压和电流之间的关系;说明正向一反向偏压;说明如何将晶体管连接到偏压电压源;描述晶体管的基本内部工作原理;列出和晶体管中昀集电极、发射极和基极电流相关的公式。
    图4.3显示将NPN和PNP晶体管当作放大器来使用时,正确的偏压方式。请注意,在这两种情况下的基极一发射极(BE)结均是正向偏压,而基极一集电极(BC)结则为反向偏压。

             
    为了说明晶体管的动作特性,让我们来看看在NPN晶体管内到底发生了什么。从基极到发射极的正向偏压让BE耗尽区变窄,从基极到集电极的正向偏压将BC耗尽区加宽,如图4.4中所示。(高掺杂浓度)的N型发射极区域注入(导)带(自由)电子,可以轻易地扩散通过正向偏压的BE结而进入P型基极区域,这些电子成为少数载流子,就如同正向偏压下的二极管一样。基极区域(内掺杂浓度低)且非常薄,因此它的空穴数目十分有限。因此,只有少部分通过BE结的电子能够与基极的空穴结合。这些相对少量结合的电子成为价电子流,从基极端流出,形成一般小量的基极电子流,如图4.4所示。
    大部分从发射极流向薄且低掺入杂质基极的电子,都不会与空穴重新结合,而是扩散进入BC耗尽区。电子一旦进入这个区域,由正离子和负离子之间吸引力所产生的电场,就会将这些电子拉着通过反向偏压下的BC结。事实上,你可以想象电子受到集黾极电压吸引,而被拉着通过反向偏压下的BC结。电子现在移动通过集电极区域,再向外通过集电极引脚,然后进入集电极电压源的正极。这就形成集电极电子流,如图4.4中所示。集电极电流远比基极电流来得大。这就是晶体管会呈现电流增益的原因。

                     
   1.晶体管电流
    晶体管中的电流方向,以及它的电路符号都显示在图4.5(a)中,F1AGPCC04A 至于PNP型晶体管则显示在图4.5(b)中。请注意,在晶体管符号发射极的箭头,指向传统电流的方向。这些图显示发射极电流(IE)为集电极电流(Ic)和基极电流(IB)的总和,由下式表示:
                         IE=Ic+IB   (4.1)
    如前所述,IB比起IE或IC小很多。大写字母的下标代表的是直流值。

                   

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