一、三极管的电流放大原理
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pnp两种三极管,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。
是npn管的结构图,它是由2块n型半导体中间夹着一块p型半导体所组成,从图可见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。
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,由于发射结正确,发射区的多数载流子(电子)极基区的多数载流子(控穴)很容易地截越过发射结构互相向反方各扩散,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ie。
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集电流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重新补纪念给,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:β--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。
二、三极管的特性曲线
1、输入特性
(b)是三极管的输入特性曲线,它表示ib随ube的变化关系,其特点是:1)当uce在0-2伏范围内,曲线位置和形状与uce 有关,但当uce高于2伏后,曲线uce基本无关通常输入特性由两条曲线(ⅰ和ⅱ)表示即可。
2)当ube<uber时,ib≈o称(0~uber)的区段为“死区”当ube>uber时,ib随ube增加而增加,放大时,三极管工作在较直线的区段。
3)三极管输入电阻,定义为:
rbe=(△ube/△ib)q点,其估算公式为:
rbe=rb+(β+1)(26毫伏/ie毫伏)
rb为三极管的基区电阻,对低频小功率管,rb约为300欧。
2、输出特性
输出特性表示ic随uce的变化关系(以ib为参数)从图2(c)所示的输出特性可见,它分为三个区域:截止区、放大区和饱和区。
截止区 当ube<0时,则ib≈0,发射区没有电子注入基区,但由于分子的热运动,集电集仍有小量电流通过,即ic=iceo称为穿透电流,常温时iceo约为几微安,锗管约为几十微安至几百微安,它与集电极反向电流icbo的关系是:
icbo=(1+β)icbo
常温时硅管的icbo小于1微安,锗管的icbo约为10微安,对于锗管,温度每升高12℃,icbo数值增加一倍,而对于硅管温度每升高8℃,icbo数值增大一倍,虽然硅管的icbo随温度变化更剧烈,但由于锗管的icbo值本身比硅管大,所以锗管仍然受温度影响较严重的管,放大区,当晶体三极管发射结处于正偏而集电结于反偏工作时,ic随ib近似作线性变化,放大区是三极管工作在放大状态的区域。
饱和区 当发射结和集电结均处于正偏状态时,ic基本上不随ib而变化,失去了放大功能。根据三极管发射结和集电结偏置情况,可能判别其工作状态。
三极管的输入特性与输出特性
截止区和饱和区是三极管工作在开关状态的区域,三极管和导通时,工作点落在饱和区,三极管截止时,工作点落在截止区。