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二極管和三極管的工作原理是什么

 昵稱1139227 2010-04-04
 
 
二極管工作原理 (正向?qū)щ姡聪虿粚щ姡?br>晶體二極管為一個由p型半導體和n型半導體形成的p-n結(jié),在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層,并建有自建電場。當不存在外加電壓時,由于p-n 結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。

當外界有正向電壓偏置時,外界電場和自建電場的互相抑消作用使載流子的擴散電流增加引起了正向電流。(這也就是導電的原因)
當外界有反向電壓偏置時,外界電場和自建電場進一步加強,形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無關的反向飽和電流。(這也就是不導電的原因)

三極管的工作原理(電流放大作用)
三極管是一種控制元件,主要用來控制電流的大小,以共發(fā)射極接法為例(信號從基極輸入,從集電極輸出,發(fā)射極接地),當基極電壓UB有一個微小的變化時,基極電流IB也會隨之有一小的變化,受基極電流IB的控制,集電極電流IC會有一個很大的變化,基極電流IB越大,集電極電流IC也越大,反之,基極電流越小,集電極電流也越小,即基極電流控制集電極電流的變化。但是集電極電流的變化比基極電流的變化大得多,這就是三極管的放大作用。IC 的變化量與IB變化量之比叫做三極管的放大倍數(shù)β(β=ΔIC/ΔIB, Δ表示變化量。),三極管的放大倍數(shù)β一般在幾十到幾百倍。放大電路的組成原理(應具備的條件)
(1):放大器件工作在放大區(qū)(三極管的發(fā)射結(jié)正向偏置,集電結(jié)反向偏置)
(2):輸入信號能輸送至放大器件的輸入端(三極管的發(fā)射結(jié))
(3):有信號電壓輸出。
判斷放大電路是否具有放大作用,就是根據(jù)這幾點,它們必須同時具備。


晶體三極管(以下簡稱三極管)按材料分有兩種:儲管和硅管。而每一種又有NPN和PNP兩種結(jié)構(gòu)形式,但使用最多的是硅NPN和PNP兩種三極管,兩者除了電源極性不同外,其工作原理都是相同的,下面介紹的是NPN硅管的電流放大原理。
圖一是NPN管的結(jié)構(gòu)圖,它是由2塊N型半導體中間夾著一塊P型半導體所組成,從圖可見發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間形成的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié),而集電區(qū)與基區(qū)形成的PN結(jié)稱為集電結(jié),三條引線分別稱為發(fā)射極e、基極b和集電極。
當b點電位高于e點電位零點幾伏時,發(fā)射結(jié)處于正偏狀態(tài),而C點電位高于b點電位幾伏時,集電結(jié)處于反偏狀態(tài),集電極電源Ec要高于基極電源Ebo。
制造三極管時,有意識地使發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子濃度大于基區(qū)的,同時基區(qū)做得很薄,而且,要嚴格控制雜質(zhì)含量,這樣,一旦接通電源后,由于發(fā)射結(jié)正確,發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子(電子)極基區(qū)的多數(shù)載流子(控穴)很容易地截越過發(fā)射結(jié)構(gòu)互相向反方各擴散,但因前者的濃度基大于后者,所以通過發(fā)射結(jié)的電流基本上是電子流,這股電子流稱為發(fā)射極電流Ie。
由于基區(qū)很薄,加上集電結(jié)的反偏,注入基區(qū)的電子大部分越過集電結(jié)進入集電區(qū)而形成集電集電流Ic,只剩下很少(1-10%)的電子在基區(qū)的空穴進行復合,被復合掉的基區(qū)空穴由基極電源Eb重新補紀念給,從而形成了基極電流Ibo根據(jù)電流連續(xù)性原理得:
Ie=Ib+Ic
這就是說,在基極補充一個很小的Ib,就可以在集電極上得到一個較大的Ic,這就是所謂電流放大作用,Ic與Ib是維持一定的比例關系,即:
β1=Ic/Ib
式中:β--稱為直流放大倍數(shù),
集電極電流的變化量△Ic與基極電流的變化量△Ib之比為:
β= △Ic/△Ib
式中β--稱為交流電流放大倍數(shù),由于低頻時β1和β的數(shù)值相差不大,所以有時為了方便起見,對兩者不作嚴格區(qū)分,β值約為幾十至一百多。
三極管是一種電流放大器件,但在實際使用中常常利用三極管的電流放大作用,通過電阻轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷悍糯笞饔谩?br>

以下用NPN三極管為例說明其內(nèi)部載流子運動規(guī)律和電流放大原理
1、發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴散電子:由于發(fā)射結(jié)處于正向偏置,發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子(自由電子)不斷擴散到基區(qū),并不斷從電源補充進電子,形成發(fā)射極電流IE。
2、電子在基區(qū)擴散和復合:由于基區(qū)很薄,其多數(shù)載流子(空穴)濃度很低,所以從發(fā)射極擴散過來的電子只有很少部分可以和基區(qū)空穴復合,形成比較小的基極電流IB,而剩下的絕大部分電子都能擴散到集電結(jié)邊緣。
3、集電區(qū)收集從發(fā)射區(qū)擴散過來的電子:由于集電結(jié)反向偏置,可將從發(fā)射區(qū)擴散到基區(qū)并到達集電區(qū)邊緣的電子拉入集電區(qū),從而形成較大的集電極電流IC。晶體三極管的電流放大作用
晶體三極管具有電流放大作用,其實質(zhì)是三極管能以基極電流微小的變化量來控制集電極電流較大的變化量。這是三極管最基本的和最重要的特性。我們將 ΔIc/ΔIb的比值稱為晶體三極管的電流放大倍數(shù),用符號“β”表示。電流放大倍數(shù)對于某一只三極管來說是一個定值,但隨著三極管工作時基極電流的變化也會有一定的改變
三極管的電流放大原理晶體三極管(以下簡稱三極管)按材料分有兩種:鍺管和硅管。 而每一種又有NPN和PNP兩種結(jié)構(gòu)形式,但使用最多的是硅NPN和PNP兩種三極管,兩者除了電源極性不同外,其工作原理都是相同的,下面僅介紹NPN硅管的電流放大原理。
圖一:晶體三極管(NPN)的結(jié)構(gòu)

圖一是NPN管的結(jié)構(gòu)圖,它是由2塊N型半導體中間夾著一塊P型半導體所組成,從圖可見發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間形成的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié),而集電區(qū)與基區(qū)形成的 PN結(jié)稱為集電結(jié),三條引線分別稱為發(fā)射極e、基極b和集電極。當b點電位高于e點電位零點幾伏時,發(fā)射結(jié)處于正偏狀態(tài),而C點電位高于b點電位幾伏時,集電結(jié)處于反偏狀態(tài),集電極電源Ec要高于基極電源Ebo。

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