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三極管是經(jīng)常應(yīng)用的一個(gè)電子元器件，在模擬電路中經(jīng)常利用其工作在線性區(qū)來(lái)做信號(hào)處理電流放大等，在數(shù)字電路中又會(huì)利用其工作在飽和區(qū)截止區(qū)來(lái)作為開關(guān)控制。作為開關(guān)使用，除了在數(shù)字電路中應(yīng)用以外，還多用于電力電子中用作功率處理，常見有開關(guān)電源、逆變器等。然而，很多資料對(duì)三極管的介紹常常太過(guò)簡(jiǎn)單或不夠深入，以至于我們對(duì)三極管的理解經(jīng)常一頭霧水，或者對(duì)其工作機(jī)制理解不到位。所以本文著重從半導(dǎo)體內(nèi)部機(jī)制來(lái)介紹其工作原理。

雙極性晶體管，全程雙極性結(jié)型晶體管（bipolar junction transistor, BJT），也就是我們常說(shuō)的三極管。三極管的發(fā)明在電子學(xué)歷史上具有革命意義，1956年，威廉·肖克利（William Shockley）、約翰·巴?。↗ohn Bardeen）和沃爾特·布喇頓（Walter Brattain）因?yàn)槿龢O管的發(fā)明工作被授予諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

半導(dǎo)體物理中的一些基本概念

在講解其工作原理之前，先簡(jiǎn)單的介紹下半導(dǎo)體物理中的一些基本概念。

半導(dǎo)體是介于導(dǎo)體和絕緣體之間的一種介質(zhì)，在不同的條件下可以表現(xiàn)出導(dǎo)電或者不導(dǎo)電的特性。電子半導(dǎo)體器件所用的材料大部分為硅、鍺等在元素周期表中處于金屬非金屬交界處的四價(jià)元素。

本征半導(dǎo)體 (intrinsic semiconductor))是指完全不含雜質(zhì)的純凈半導(dǎo)體。因?yàn)椴缓s質(zhì)，其中的載流子僅僅只靠本征激發(fā)產(chǎn)生，其導(dǎo)電性很差。與之對(duì)應(yīng)的是非本征半導(dǎo)體，根據(jù)摻雜不同分為N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。

圖1 本征半導(dǎo)體

N型半導(dǎo)體是指在本征半導(dǎo)體摻入+5價(jià)元素（如P、Sb等）的半導(dǎo)體。由于加入了最外層為5個(gè)電子的元素，在形成共價(jià)鍵后會(huì)多出一個(gè)電子，這個(gè)電子就成了自由電子。半導(dǎo)體因?yàn)閾诫s而多出了載流子為自由電子，所以稱為N型半導(dǎo)體。在N型半導(dǎo)體中，電子為多數(shù)載流子。

圖2 N型半導(dǎo)體

P型半導(dǎo)體是指在本征半導(dǎo)體中摻入了+3價(jià)元素（如B、Al）的半導(dǎo)體。由于加入了最外層為3個(gè)電子的元素，在形成共價(jià)鍵時(shí)會(huì)多出一個(gè)“空位”。周圍的電子會(huì)填充這個(gè)“空位”，看起來(lái)就像是“空位”在移動(dòng)，我們稱這個(gè)“空位”為空穴。因?yàn)檩d流子空穴顯現(xiàn)出正電特性，這種半導(dǎo)體稱為P型半導(dǎo)體。在P型半導(dǎo)體中，空穴為多數(shù)載流子。

圖3 P型半導(dǎo)體

三極管的結(jié)構(gòu)

三極管結(jié)構(gòu)有NPN和PNP兩種，因?yàn)殡娮颖瓤昭ㄓ懈叩倪w移率，所以NPN比PNP型三極管獲得更廣泛的應(yīng)用。本文以NPN型三極管來(lái)介紹。下圖是NPN型三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)，可以看到三極管的基本結(jié)構(gòu)是由兩個(gè)背靠背的PN結(jié)構(gòu)成。基極和發(fā)射極之間的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)，基極和集電極之間的PN結(jié)稱為集電結(jié)。

圖4 三極管的結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)