通俗易懂的三极管工作原理

红灯记

1、晶体三极管简介。晶体三极管是p型和n型半导体的有机结合，两个pn结之间的相互影响，使pn结的功能发生了质的飞跃，具有电流放大作用。晶体三极管按结构粗分有npn型和pnp型两种类型。如图2-17所示。（用Q、VT、PQ表示）三极管之所以具有电流放大作用，首先，制造工艺上的两个特点：(1)基区的宽度做的非常薄；(2)发射区掺杂浓度高，即发射区与集电区相比具有杂质浓度高出数百倍。

2、晶体三极管的工作原理。
其次，三极管工作必要条件是(a)在B极和E极之间施加正向电压(此电压的大小不能超过1V)；（b）在C极和E极之间施加反向电压（此电压应比eb间电压较高）；（c）若要取得输出必须施加负载。

图2-17  三极管的构造示意图

最后，当三极管满足必要的工作条件后，其工作原理如下：
(1) 基极有电流流动时。由于B极和E极之间有正向电压，所以电子从发射极向基极移动，又因为C极和E极间施加了反向电压，因此，从发射极向基极移动的电子，在高电压的作用下，通过基极进入集电极。于是，在基极所加的正电压的作用下，发射极的大量电子被输送到集电极，产生很大的集电极电流。

（2）基极无电流流动时。在B极和E极之间不能施加电压的状态时，由于C极和E极间施加了反向电压，所以集电极的电子受电源正电压吸引而在C极和E极之间产生空间电荷区，阻碍了从发射极向集电极的电子流动，因
而就没有集电极电流产生。
综上所述，在晶体三极管中很小的基极电流可以导致很大的集电极电流，这就是三极管的电流放大作用。此外，三极管还能通过基极电流来控制集电极电流的导通和截止，这就是三极管的开关作用（开关特性）。
参见晶体三极管特性曲线2-18图所示：


图2-18  晶体三极管特性曲线

3、晶体三极管共发射极放大原理如下图所示：

A、vt是一个npn型三极管，起放大作用。

B、ecc 集电极回路电源（集电结反偏）为输出信号提供能量。

C、rc 是集电极直流负载电阻，可以把电流的变化量转化成电压的变化量反映在输出端。

D、基极电源ebb和基极电阻rb，一方面为发射结提供正向偏置电压，同时也决定了基极电流ib.


图2-19 共射极基本放大电路      


E、cl、c2作用是隔直流通交流偶合电容。

F、rl是交流负载等效电阻。

交流通路：ui正端-cl-vtb-vtc-c2-rl-ui负端。
(1)在日常使用中采用两组电源不便，可用一组供电。
(2)为简化电路，用“UCC”的端点和“地”表示直流电源。
(3)把输入信号电压、输出信号电压和直流电源的公共端点称为“地”并用符号“丄”表示，以地端作零电位参考。

画外音： 我们可以用水龙头与闸门放水的关系，来想象或者说是理解三极管的放大原理。其示意图如下图 2-20 所示：

图 2-20 三极管放大原理参考示意图
① 如图 2.20 （ａ）所示：当发射结无电压或施加电压在门限电压以下，相当于闸门关紧时，水未从水龙头底部通过水嘴流出来。此时， ec 之间电阻值无穷大， ec 之间的电流处于截止状态，或者说是开关的 OFF 状态。

图 2-20 三极管放大原理参考示意图
② 如图 2.20 （ b ）所示：当对发射结施加电压在门限电压范围时（以硅管 0.7V 左右为例），相当于闸门松动一点点，从水龙头底部通过水嘴流出的水成滴答状态。此时， ec 之间的电阻值也下降了一点点。

图 2-20 三极管放大原理参考示意图
③ 如图 2.20 （ c ）所示：当对发射结施加电压在 0.8V 时，相当于闸门已打开三分之一的状态时，水龙头底部已经可以有三分之一的水通过水嘴流出来了，此时， ec 之间的电阻值也下降了三分之一， ec 之间的电流处于调控或者说是放大状态。


图 2-20 三极管放大原理参考示意图
④ 如图 2.20 （ d ）所示：当对发射结施加电压在 0.9V 时，相当于闸门已打开三分之二的状态时，水龙头底部已经可以有三分之二的水通过水嘴流出来了，此时， ec 之间的电阻值也下降了三分之二， ec 之间的电流处于调控或者说是放大状态。

图 2-20　三极管放大原理参考示意图
⑤ 如图 2.20 （ e ）所示：当对发射结施加电压在 1V 或者 1V 以上时，相当于闸门已完全打开的状态时，水龙头底部所有的水已经可以通过水嘴流出来了，此时， ec 之间的电阻值也下降为“ 0 ”，或者说很小，可以或略不计， ec 之间的电流处于饱和状态，或者说是开关的 ON 状态。