三极管工作原理 三极管工作原理图解,教你五分钟看懂

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发布时间: 2021-03-02 07:02:33
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晶体管作为一种常见的器件,是现代电子世界的重要基石。但是传统教材中对其工作原理的描述存在很多问题,让初学者因为不能正常理解三极管的工作原理而感到不适和困惑。

晶体管原理的关键在于:为什么集电极结反向导通?这与晶体二极管原理中所强调的PN结单向导电性是严重矛盾的。

三极管原理,传统解释方法中存在的问题可以总结如下:

1.原则上严重割裂晶体二极管和三极管的自然连接。这并不能真正解释为什么三极管集电极结在反向偏置时导通,产生Ic。这似乎与二极管原理所强调的PN结单边导电性相矛盾。

2.无法解释为什么集电极电流Ic只受电流Ib控制,与电压无关;也就是为什么Ic和Ib之间存在固定的放大β关系。

3.它不能解释为什么在饱和状态下,当Vc电位很弱时,集电极结仍然反向导通,有大的反向电流Ic通过。

很多教材对这部分内容的讲解都有很大的问题。有一些流行的初、中级学者教材,简单采用回避法,只给出结论,不给出理由。即使对于专业性很强的教材,所采用的讲解方法也大多存在值得探讨的问题。这些问题集中在讲解方法角度不当,导致逻辑混乱,讲解内容不一致,甚至出现不讲的效果,让很多初学者感到困惑。

笔者在多年总结思考和教学实践的基础上,探索了一种适合自己教学的新的讲解方法,并通过具体的教学实践取得了一定的效果。虽然新的讲解方法肯定会有欠缺,但我还是带着和同行讨论的愿望,冒昧地写了出来,希望通过同行的批评指正,加以改进。

一、传统讲法及问题:

传统教学一般分为三步,以NPN型为例,如示意图a所示。

1发射极区将电子注入基极区;

电子在基区的扩散和复合;

3.集电极区收集从基极区扩散的电子。“注1

问题1:第三步,在解释集电极电流Ic形成的原因时,这种解释方法并没有从载流子性质方面强调集电极结的反向偏置导通,导致Ic,而是不恰当地强调了Vc的高电位效应,同时强调了基区的薄。这种强调很容易导致误解——认为只要Vc足够大,基区足够薄,集电极结就可以反向导通,PN结的单边导电性就会失效。这是初学者一系列模糊认识的根源。

这与三极管的电流放大原理严重矛盾。三极管的电流放大原理只是要求Ic和Vc在放大状态下必须数量独立,Ic只能由Ib控制。

问题2:三极管的饱和状态无法很好的解释。三极管在饱和区工作时,Vc的值很小,甚至低于Vb。此时仍有较大的反向饱和电流Ic,也就是说,当Vc很小时,集电极结仍会反向导通。这显然与传统说法Vc的潜在效应很高相矛盾。

问题3:传统教学的第二步过于强调基区的薄,容易给人一种误解,认为只要基区足够薄,集电极结就可能失去PN结的典型特性——单向导通。这显然与人们利用三极管内部两个PN结的单侧导通性来判断三极管的管脚名(e,b,c)的经验相矛盾。即使基区很薄,当人们判断pin名时,也不会发现PN结的单边导电率因为基区薄而无效。基区很薄,但两个PN结的单向导电性依然完好无损,让人有了判断三极管管脚名称的方式和依据。

问题4:在第二步解释为什么Ic受Ib控制,为什么Ic和Ib之间存在固定的比例关系时,无法形象的解释。仅仅在技术上强调基区的薄度和低掺杂度,是无法从根本上解释电流放大系数β会保持不变的原因的。

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