三极管的电流放大作用
1、三极管内部PN结的结构
对模拟信号进行处理最基本的形式是放大。在生产实践和科学实验中,从传感器获得的模拟信号通常都很微弱,只有经过放大后才能进一步处理,或者使之具有足够的能量来驱动执行机构,完成特定的工作。放大电路的核心器件是三极管,三极管的电流放大作用与三极管内部PN的特殊结构有关。
从图5-1和5-2可见,三极管犹如两个反向串联的PN结,如果孤立地看待这两个反向串联的PN结,或将两个普通二极管串联起来组成三极管,是不可能具有电流的放大作用。具有电流放大作用的三极管,PN结内部结构的特殊性是:
(1)为了便于发射结发射电子,发射区半导体的掺杂溶度远高于基区半导体的掺杂溶度,且发射结的面积较小。
(2)发射区和集电区虽为同一性质的掺杂半导体,但发射区的掺杂溶度要高于集电区的掺杂溶度,且集电结的面积要比发射结的面积大,便于收集电子。
(3)联系发射结和集电结两个PN结的基区非常薄,且掺杂溶度也很低。
上述的结构特点是三极管具有电流放大作用的内因。要使三极管具有电流的放大作用,除了三极管的内因外,还要有外部条件。三极管的发射极为正向偏置,集电结为反向偏置是三极管具有电流放大作用的外部条件。
放大器是一个有输入和输出端口的四端网络,要将三极管的三个引脚接成四端网络的电路,必须将三极管的一个脚当公共脚。取发射极当公共脚的放大器称为共发射极放大器,基本共发射极放大器的电路如图5-4所示。
图5-4中的基极和发射极为输入端,集电极和发射极为输出端,发射极是该电路输入和输出的公共端,所以,该电路称为共发射极电路。
图5-4中的ui是要放大的输入信号,uo是放大以后的输出信号,VBB是基极电源,该电源的作用是使三极管的发射结处在正向偏置的状态,VCC是集电极电源,该电源的作用是使三极管的集电结处在反向偏置的状态,RC是集电极电阻。
2、共发射极电路三极管内部载流子的运动情况
共发射极电路三极管内部载流子运动情况的示意图如图5-5所示。图5-5中载流子的运动规律可分为以下的几个过程。
E的载流子主要是电子,电流的方向与电子流的方向相反。发射区所发射的电子由电源EC的负极来补充。
B不断的向基区提供空穴,形成基极电流IB。由于基区掺杂的溶度很低,且很薄,在基区与空穴复合的电子很少,所以,基极电流IB也很小。扩散到基区的电子除了被基区复合掉的一小部分外,大量的电子将在惯性的作用下继续向集电结扩散。
c吸收,形成集电极电流IC。
E、IB、IC之间的关系为:
IE=IB+IC (5-1)
C大大于IB,令
(5-2)
称为三极管的直流电流放大倍数。它是描述三极管基极电流对集电极电流控制能力大小的物理量, 大的管子,基极电流对集电极电流控制的能力就大。 是由晶体管的结构来决定的,一个管子做成以后,该管子的 就确定了。
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