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NPN、 PNP型半导体两种管子的基本工作原理相同,下面将以NPN 型三极管为例说明。
在图中基极电源 通过一个可变电阻正向加载到发射结;集电极电源 通过一个电阻正向连接到集电极。
我分三个部分介绍载流子的运动和分配
发射区向基区发射电子
电源接通后,发射结为正向连接。在正向电场作用下,发射区(N区)的多数载流子(电子)的扩散运动加强。因此,发射区的电子很容易在外电场的作用下越过发射结进入基区,形成电子流 (注意电流的方向与电子运动的方向相反)。
当然,基区(P区)的多数载流子(空穴)也会在外电场的作用下流向发射区,形成空穴电流 。
但由于基区的杂质浓度大大低于发射区的杂质浓度(制造中形成的),与从发射区(N区)来的电子流相比, 空穴电流 可以忽略不计,所以发射极电流为:
电子在基区中的扩散与复合
从发射区(N区)扩散到基区的电子到达基区后,其浓度从发射结边缘到集电结边缘时逐渐递减的,由于基区(P区)靠发射区的一侧电子浓度较大,靠集电区一侧电子浓度较小,所以电子继续向集电区扩散。
在扩散过程中,电子有可能与基区(P区)的空穴相遇而复合,基极电源不断提供空穴,这就形成了基极电流 。
由于基区(P区)很薄、且掺杂浓度也很低,导致空穴浓度很低,电子与空穴复合的机会很少,使得扩散到基区的95%以上的电子载流子都能达到集电结。
此外,半导体三极管工作时,集电结为反向连接,在反向电场作用下,基区(P区)与集电区( N区)之间少数载流子的漂移运动加强。因基区(P区)少数载流子——电子更少,故漂移运动主要是集电区(N区)的少数载流子——空穴流向基区。
漂移运动形成的电流 的数值很小,而且与外加电场的大小关系不大,它被称为集电极反向饱和电流。
因此,基极电流为:
集电极电流的形成
集电结所加的较大的反向电压产生的结内电场很强。从基区(P区)扩散的过来的集中到集电结边缘的电子,受强电场的作用,快速漂移越过集电结而进入集电区(N区),形成电流 。
另一方面集电结两边的少数载流子,也要通过集电结漂移,在集电极c 、基极b 之间形成反向饱和电流,不过 一般很小,因而集电极电流为:
在上述三极管中,既有电子的流动,又有空穴的流动,所以通常把这种类型的三极管称为双极型三极管,以便与其他类型的三极管相区别。在不至混肴的情况下,则简称为三极管。
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