晶体管内部的电流分配关系和放大原理
要使晶体管正常工作且具有放大功能,就必须给集电结和发射结加上合适的电压。
发射结加正向偏压UBE(正向偏压一般不大于1V),才能使发射区的多数载流子注入基区,给集电结加上较大的反向电压(反向电压一般在几伏到几十伏),保证发射区注入到基区并扩散到集电结边缘的载流子被集电区收集,形成集电极电流。
为实现晶体管的正常工作,就要保证发射结加正向偏压,集电结加反向电压,这是晶俸管放大的外部条件。
晶体管有三种不同的连接方式:共发射极接法、共集电极接法、共基极接法,如图1.4.3所示。
无论哪种接法,发射结正向偏压,集电结反向偏压是最基本的和必须满足的要求。
下面以NPN管的共基极接法为例,讨论晶体管内部载流子的运动和电流分布情况。
1.载流子的运动规律内部载流子的运动可分为三部分,如图1.4.4所示。
1)发射区向基区注入载流子的过程发射结正向偏压,使PN结变薄,阻抗减小,扩散运动得以加强。
发射区的多数载流子(电子)在发射结电场作用下,源源不断地向基区注入,形成发射极电流IEN。
与此同时,基区的多数载流子(空穴)也在电场力的作用下,越过PN结扩散到发射区,形成电流IEP。
流过发射结的电流j。
,应为电子电流IEN和空穴电流IEP之和。
但由于发射区掺杂浓度高,基区掺杂浓度低且很薄,一般讨论图1.4.4内部载流子传输过程时,注入发
射区的空穴形成的电流IEP比起注入到基区的电子电流IEN 来说可以忽略不计。
即IE主要是发射区向基区注入的载流子所形成的电流IE=IEN +IEP~IEN 2)电子在基区的扩散和复合过程发射区的多子电子扩散注入到基区后,在靠近发射结边缘附近密集,形成从发射结到集电结的密度梯度分布。
这种梯度分布促使电子在基区内继续向集电结方向扩散。
基区内电子在扩散的同时,一部分与基区空穴相遇并复合,复合所需的空穴由电源UBE提供,基区内空穴基本保持不变,复合形成电流IBP。
晶体簪内部的扩散与复合,是一对特殊的矛盾,其放大能力取决于两者的比例关系。
在制造晶体管时,为使注入基区的电子绝大部分能到达集电结,故基区做得很薄,且掺杂浓度很低,减少电子与空穴的复合几率。
3)集电极收集电子的过程集电结上所加的反向电压,使集电结形成很强的电场。
基区中扩散到集电结附近的电子,在强电场的作用下,迅速漂移越过集电结进入集电区,形成流入集电极的电流ICN。
与此同时,集电结反向偏压作用,使基区和集电区的少数载流子漂移过集电结,形成反向漂移电流ICBO。
反向漂移电流从集电区注入基区,并由基极流出,与发射区无关,对电流放大没有贡献。
但它受温度影响很大,是影响晶体管稳定性的一个主要因素。
2.晶体管电流分配关系从前面的讨论,可以绘出电流分配图1.4.5。
电流分配关系为:发射极电流IE =IEN+IFP≈JEN基极电流IB
=IEP+IBP-ICBO≈113P - ICBO 集电极电流Ic=Icn+Icbo由外部电路得晶体管三个电极的电流关系为IE =IB+IC。