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1、张琥石广西医科大学基础医学院电子学教研室三极管工作原理Contents Page目录页 2 01 N型半导体与P型半导体02 PN结03 三极管的工作原理 3 Contents Page目录页01 N型半导体与P型半导体02 PN结03 三极管的工作原理 4 01 N型半导体与P型半导体02 PN结03 三极管的工作原理半导体器件是由硅元素构成的，硅原子最外层有4个电子其原子结构如下图所示。第一节 N型导体与P型半导体1.1 本征半导体当硅原子组成硅单质时，最外层的电子互相结合，在每个原子核周围形成四对共价键。此时所有的电子都被牢牢束缚在原子核周围，不能移动，所以硅单质是不导电的我们把这种完全
2、纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体共价健共价健 Si Si Si Si价电子价电子 5 01 N型半导体与P型半导体02 PN结03 三极管的工作原理第一节 N型半导体和P型半导体1.2 N型半导体在本征半导体中掺入微量的磷元素的半导体成为N型半导体磷元素最外层有五个电子，在形成共价键之后还多出一个电子，这个电子很容易摆脱原子核的束缚，形成自由移动的载流子，从而让半导体导电 Si Si Si Sip+磷原子磷原子失去一个失去一个电子变为电子变为正离子正离子在N 型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。6 01 N型半导体与P型半导体02 PN结03 三极管的工作原理第一节
3、N型半导体和P型半导体1.3 P型半导体在本征半导体中掺入微量的硼元素的半导体成为P型半导体硼元素最外层只有三个电子，在形成共价键之后少了一个电子，形成一个空穴，可以吸引临近的电子填补到这个空穴之中，形成电流，从而让半导体导电在P 型半导体中空穴是多数载流子，电子是少数载流子。Si Si Si SiB硼原子硼原子接受一个接受一个接受一个接受一个电子变为电子变为电子变为电子变为负离子负离子负离子负离子空穴空穴 7 Contents Page目录页01 N型半导体与P型半导体02 PN结03 三极的管工作原理 8 01 N型半导体与P型半导体02 PN结03 三极管的工作原理第二节 PN结2.1
4、PN结的形成多子的多子的扩散运动扩散运动内电场内电场浓度差浓度差P P 型半导体型半导体型半导体型半导体N N 型半导体型半导体型半导体型半导体 内电场越强，内电场越强，内电场越强，内电场越强，漂移运动漂移运动漂移运动漂移运动越强，越强，越强，越强，而漂移使空间电荷区变薄。而漂移使空间电荷区变薄。而漂移使空间电荷区变薄。而漂移使空间电荷区变薄。扩散和漂移这一对相反的运动最终达到动态平衡，空间电荷区的厚度固定不变。+形成形成空间电荷区空间电荷区把P型半导体和N型半导体放在一起就形成了一个PN结，因两端的浓度差，N区中的多子电子扩散到P区，与P区中的空穴复合，在交界面形成一个空间电荷区。随着空间电
5、荷区的形成，在PN结内部形成了一个从N指向P的内电场，在内电作用下N区的少子空穴向P区漂移，P区少子电子向N区漂移 9 01 N型半导体与P型半导体02 PN结03 三极管的工作原理第二节 PN结2.2 PN结正向偏置外电场外电场IF内电场内电场PN+当在PN结两端加上一个正向偏置电压时，内电场被削弱，空间电荷区变薄，扩散运动增强，当正偏电压大于0.7伏时，空间电荷区消失，PN结处于导通状态 10 01 N型半导体与P型半导体02 PN结03 三极管的工作原理第二节 PN结2.3 PN结反向偏置当在PN结两端加上一个反偏置电压时，内电场被增强，空间电荷区变厚，漂移运动增强，形成了一个由少子移动
6、而形成的漂移电流IR，但因为PN结中的少子很少，所以这个IR十分微弱，约等于0，此时PN结截止，视同为一个断开的开关外电场外电场外电场外电场内电场内电场内电场内电场P PN N+11 01 N型半导体与P型半导体02 PN结03 三极管的工作原理第二节 PN结2.3 PN结反向偏置当在PN结两端加上一个反偏置电压时，内电场被增强，空间电荷区变厚，漂移运动增强，形成了一个由少子移动而形成的漂移电流IR，但因为PN结中的少子很少，所以这个IR十分微弱，约等于0，此时PN结截止，视同为一个断开的开关PN PN 结变宽结变宽结变宽结变宽外电场外电场外电场外电场IR+内电场内电场内电场内电场P PN N
7、+12 Contents Page目录页01 N型半导体与P型半导体02 PN结03 三极管的工作原理 13 03 三极管的工作原理02 PN结01 N型半导体与P型半导体第三节 三极管的工作原理3.1 三极管的结构三极：基极、集电极、发射极 两结：集电结、发射结三区：饱和区、截止区、放大区三极管的结构特点可概括为：三极两结三区 基区：最薄，基区：最薄，基区：最薄，基区：最薄，掺杂浓度最低掺杂浓度最低掺杂浓度最低掺杂浓度最低发射区：掺发射区：掺发射区：掺发射区：掺杂浓度最高杂浓度最高杂浓度最高杂浓度最高发射结发射结发射结发射结集电结集电结集电结集电结B B B BE E E EC C C CN
8、 N N NN N N NP P P P基极基极基极基极发射极发射极发射极发射极集电极集电极集电极集电极集电区：集电区：集电区：集电区：面积最大面积最大面积最大面积最大 14 03 三极管的工作原理02 PN结01 N型半导体与P型半导体第三节 三极管的工作原理3.2 三极管的工作电路集电结反偏：VBVE三极管工作在放大区的条件：B BEC CN NN NP PEBRBE EC CRC 15 03 三极管的工作原理02 PN结01 N型半导体与P型半导体第三节 三极管的工作原理BECNNPEBRBECIEIBEICEICBO 基区空穴向基区空穴向基区空穴向基区空穴向发射区的扩散发射区的扩散发射
9、区的扩散发射区的扩散可忽略。可忽略。可忽略。可忽略。发射结正偏，发射发射结正偏，发射发射结正偏，发射发射结正偏，发射区电子不断向基区扩区电子不断向基区扩区电子不断向基区扩区电子不断向基区扩散，形成发射极电流散，形成发射极电流散，形成发射极电流散，形成发射极电流I I I IE E E E。进入进入进入进入P P P P 区的电子少区的电子少区的电子少区的电子少部分与基区的空穴复部分与基区的空穴复部分与基区的空穴复部分与基区的空穴复合，形成电流合，形成电流合，形成电流合，形成电流I I I IBE BE BE BE，多，多，多，多数扩散到集电结。数扩散到集电结。数扩散到集电结。数扩散到集电结。从
10、基区扩散来的电子从基区扩散来的电子从基区扩散来的电子从基区扩散来的电子作为集电结的少子，作为集电结的少子，作为集电结的少子，作为集电结的少子，漂移进入集电结而被漂移进入集电结而被漂移进入集电结而被漂移进入集电结而被收集，形成收集，形成收集，形成收集，形成I I I ICECECECE。集电结反偏，有集电结反偏，有集电结反偏，有集电结反偏，有少子形成的反向电少子形成的反向电少子形成的反向电少子形成的反向电流流流流I I I ICBOCBOCBOCBO。16 03 三极管的工作原理02 PN结01 N型半导体与P型半导体第三节 三极管的工作原理三级管工作在放大区时，基极电流IB微小的变化能够引起集电极电流IC较大变化的特性称之为晶体管的电流放大作用IC与IB之间的关系可以描述为IC=IB的值在三极管被生产出来之后就确定了，其范围一般为50200三极管的实质是用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化，是CCCS器件。17 03 三极管的工作原理02 PN结01 N型半导体与P型半导体第三节 三极管的工作原理可以把三极管想象成一个水龙头，B极是水龙头的开关，而IC就是流出的水随着空间电荷区的形成，在IB越大，开关也就开得越大，流出的水也就越多，IC也就越大B极C极E极ICIB 18 Thank You