BJT的開關(guān)工作原理

1、BJT的開關(guān)工作原理：   形象記憶法 ：    對三極管放大作用的理解，切記一點：能量不會無緣無故的產(chǎn)生，所以，三極管一定不會產(chǎn)生能量。它只是把電源的能量轉(zhuǎn)換成信號的能量罷了。但三極管厲害的地方在于：它可以通過小電流控制大電流。    假設(shè)三極管是個大壩，這個大壩奇怪的地方是，有兩個閥門，一個大閥門，一個小閥門。小閥門可以用人力打開，大閥門很重，人力是打不開的，只能通過小閥門的水力打開。    所以，平常的工作流程便是，每當(dāng)放水的時候，人們就打開小閥門，很小的水流涓涓流出，這涓涓細(xì)流

2、沖擊大閥門的開關(guān)，大閥門隨之打開，洶涌的江水滔滔流下。    如果不停地改變小閥門開啟的大小，那么大閥門也相應(yīng)地不停改變，假若能嚴(yán)格地按比例改變，那么，完美的控制就完成了。    在這里，Ube就是小水流，Uce就是大水流，人就是輸入信號。當(dāng)然，如果把水流比為電流的話，會更確切，因為三極管畢竟是一個電流控制元件。    如果水流處于可調(diào)節(jié)的狀態(tài)，這種情況就是三極管中的線性放大區(qū)。    如果那個小的閥門開啟的還不夠，不能打開大閥門，這種情況就是三極管中的截止區(qū)。 &

3、#160;  如果小的閥門開啟的太大了，以至于大閥門里放出的水流已經(jīng)到了它極限的流量，這種情況就是三極管中的飽和區(qū)。但是你關(guān)小小閥門的話，可以讓三極管工作狀態(tài)從飽和區(qū)返回到線性區(qū)。    如果有水流存在一個水庫中，水位太高（相應(yīng)與Uce太大），導(dǎo)致不開閥門江水就自己沖開了，這就是二極管的反向擊穿。PN結(jié)的擊穿又有熱擊穿和電擊穿。當(dāng)反向電流和反向電壓的乘積超過PN結(jié)容許的耗散功率，直至PN結(jié)過熱而燒毀，這種現(xiàn)象就是熱擊穿。電擊穿的過程是可逆的，當(dāng)加在PN結(jié)兩端的反向電壓降低后，管子仍可以恢復(fù)原來的狀態(tài)。電擊穿又分為雪崩擊穿和齊納擊穿兩類，一般兩種擊穿同時存

4、在。電壓低于56V的穩(wěn)壓管，齊納擊穿為主，電壓高于56V的穩(wěn)壓管，雪崩擊穿為主。電壓在56V之間的穩(wěn)壓管，兩種擊穿程度相近，溫度系數(shù)最好，這就是為什么許多電路使用56V穩(wěn)壓管的原因。    在模擬電路中，一般閥門是半開的，通過控制其開啟大小來決定輸出水流的大小。沒有信號的時候，水流也會流，所以，不工作的時候，也會有功耗。    而在數(shù)字電路中，閥門則處于開或是關(guān)兩個狀態(tài)。當(dāng)不工作的時候，閥門是完全關(guān)閉的，沒有功耗。比如用單片機外界三極管驅(qū)動數(shù)碼管時，確實會對單片機管腳輸出電流進(jìn)行一定程度的放大，從而使電流足夠大到可以驅(qū)動數(shù)碼管。但此時

5、三極管并不工作在其特性曲線的放大區(qū)，而是工作在開關(guān)狀態(tài)（飽和區(qū)）。當(dāng)單片機管腳沒有輸出時，三極管工作在截止區(qū)，輸出電流約等于0。    在制造三極管時，要把發(fā)射區(qū)的N型半導(dǎo)體電子濃度做的很大，基區(qū)P型半導(dǎo)體做的很薄，當(dāng)基極的電壓大于發(fā)射極電壓（硅管要大0.7V，鍺管要大0.3V）而小于集電極電壓時，這時發(fā)射區(qū)的電子進(jìn)入基區(qū)，進(jìn)行復(fù)合，形成Ie；但由于發(fā)射區(qū)的電子濃度很大，基區(qū)又很薄，電子就會穿過反向偏置的集電結(jié)到集電區(qū)的N型半導(dǎo)體里，形成Ic；基區(qū)的空穴被復(fù)合后，基極的電壓又會進(jìn)行補給，形成Ib。理論記憶法：    當(dāng)BJT的發(fā)射結(jié)和

6、集電結(jié)均為反向偏置（VBE0，VBC0），只有很小的反向漏電流IEBO和ICBO分別流過兩個結(jié)，故iB 0，iC 0，VCE VCC，對應(yīng)于下圖中的點。這時集電極回路中的c、e極之間近似于開路，相當(dāng)于開關(guān)斷開一樣。BJT的這種工作狀態(tài)稱為截止。    當(dāng)發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均為正向偏置（VBE0，VBC0）時，調(diào)節(jié)RB，使IB=VCC / RC，則BJT工作在上圖中的C點，集電極電流iC已接近于最大值VCC / RC，由于iC受到RC的限制，它已不可能像放大區(qū)那樣隨著iB的增加而成比例地增加了，此時集電極電流達(dá)到飽和，對應(yīng)的基極電流稱為基極臨界飽和電流IBS（ ），而集

7、電極電流稱為集電極飽和電流ICS（VCC / RC）。此后，如果再增加基極電流，則飽和程度加深，但集電極電流基本上保持在ICS不再增加，集電極電壓VCE=VCC-ICSRC=VCES=2.0-0.3V。這個電壓稱為BJT的飽和壓降，它也基本上不隨iB增加而改變。由于VCES很小，集電極回路中的c、e極之間近似于短路，相當(dāng)于開關(guān)閉合一樣。BJT的這種工作狀態(tài)稱為飽和。由于BJT飽和后管壓降均為0.3V，而發(fā)射結(jié)偏壓為0.7V，因此飽和后集電結(jié)為正向偏置，即BJT飽和時集電結(jié)和發(fā)射結(jié)均處于正向偏置，這是判斷BJT工作在飽和狀態(tài)的重要依據(jù)。下圖示出了型BJT飽和時各電極電壓的典型數(shù)據(jù)。 &

8、#160;  由此可見BJT相當(dāng)于一個由基極電流所控制的無觸點開關(guān)。三極管處于放大狀態(tài)還是開關(guān)狀態(tài)要看給三極管基極加的電流Ib（偏流），隨這個電流變化，三極管工作狀態(tài)由截止-線性區(qū)-飽和狀態(tài)變化而變。BJT截止時相當(dāng)于開關(guān)“斷開”，而飽和時相當(dāng)于開關(guān)“閉合”。型BJT截止、放大、飽和三種工作狀態(tài)的特點列于下表中。結(jié)型場效應(yīng)管（N溝道JFET）工作原理：         可將N溝道JFET看作帶“人工智能開關(guān)”的水龍頭。這就有三部分：進(jìn)水、人工智能開關(guān)、出水，可以分別看成是JFET的 d極 、g 極、s極。

9、     “人工”體現(xiàn)了開關(guān)的“控制”作用即vGS。JFET工作時，在柵極與源極之間需加一負(fù)電壓（vGS<0），使柵極、溝道間的PN結(jié)反偏，柵極電流iG0，場效應(yīng)管呈現(xiàn)高達(dá)107以上的輸入電阻。在漏極與源極之間加一正電壓（vDS>0），使N溝道中的多數(shù)載流子（電子）在電場作用下由源極向漏極運動，形成電流iD。iD的大小受“人工開關(guān)”vGS的控制，vGS由零往負(fù)向增大時，PN結(jié)的耗盡層將加寬，導(dǎo)電溝道變窄，vGS絕對值越大則人工開關(guān)越接近于關(guān)上，流出的水（iD）肯定越來越小了，當(dāng)你把開關(guān)關(guān)到一定程度的時候水就不流了。  &#

10、160;  “智能”體現(xiàn)了開關(guān)的“影響”作用，當(dāng)水龍頭兩端壓力差（vDS）越大時，則人工開關(guān)自動智能“生長”。vDS值越大則人工開關(guān)生長越快，流水溝道越接近于關(guān)上，流出的水（iD）肯定越小了，當(dāng)人工開關(guān)生長到一定程度的時候水也就不流了。理論上，隨著vDS逐漸增加，一方面溝道電場強度加大，有利于漏極電流iD增加；另一方面，有了vDS，就在由源極經(jīng)溝道到漏極組成的N型半導(dǎo)體區(qū)域中，產(chǎn)生了一個沿溝道的電位梯度。由于N溝道的電位從源端到漏端是逐漸升高的，所以在從源端到漏端的不同位置上，漏極與溝道之間的電位差是不相等的，離源極越遠(yuǎn)，電位差越大，加到該處PN結(jié)的反向電壓也越大，耗盡層也越向N型半

11、導(dǎo)體中心擴展，使靠近漏極處的導(dǎo)電溝道比靠近源極要窄，導(dǎo)電溝道呈楔形。所以形象地比喻為當(dāng)水龍頭兩端壓力差（vDS）越大，則人工開關(guān)自動智能“生長”。      當(dāng)開關(guān)第一次相碰時，就是預(yù)夾斷狀態(tài)，預(yù)夾斷之后id趨于飽和。       當(dāng)vGS>0時，將使PN結(jié)處于正向偏置而產(chǎn)生較大的柵流，破壞了它對漏極電流iD的控制作用，即將人工開關(guān)拔出來，在開關(guān)處又加了一根進(jìn)水水管，對水龍頭就沒有控制作用了。絕緣柵場效應(yīng)管(N溝道增強型MOSFET)工作原理：   

12、 可將N溝道MOSFET看作帶“人工智能開關(guān)”的水龍頭。相對應(yīng)情況同JFET。與JFET不同的的是，MOSFET剛開始人工開關(guān)是關(guān)著的，水流流不出來。當(dāng)在柵源之間加vGS>0， N型感生溝道（反型層）產(chǎn)生后，人工開關(guān)逐漸打開，水流（iD）也就越來越大。iD的大小受“人工開關(guān)”vGS的控制，vGS由零往正向增大時，則柵極和P型硅片相當(dāng)于以二氧化硅為介質(zhì)的平板電容器，在正的柵源電壓作用下，介質(zhì)中便產(chǎn)生了一個垂直于半導(dǎo)體表面的由柵極指向P型襯底的電場，這個電場排斥空穴而吸引電子，P型襯底中的少子電子被吸引到襯底表面，這些電子在柵極附近的P型硅表面便形成了一個N型薄層，即導(dǎo)通源極和漏極間的N型導(dǎo)

13、電溝道。柵源電壓vGS越大則半導(dǎo)體表面的電場就越強，吸引到P型硅表面的電子就越多，感生溝道將越厚，溝道電阻將越小。相當(dāng)于人工開關(guān)越接近于打開，流出的水（iD）肯定越來越多了，當(dāng)你把開關(guān)開到一定程度的時候水流就達(dá)到最大了。MOSFET的“智能”性與JFET原理相同，參上。絕緣柵場效應(yīng)管(N溝道耗盡型MOSFET)工作原理：    基本上與N溝道JFET一樣，只是當(dāng)vGS>0時，N溝道耗盡型MOSFET由于絕緣層的存在，并不會產(chǎn)生PN結(jié)的正向電流，而是在溝道中感應(yīng)出更多的負(fù)電荷，使人工智能開關(guān)的控制作用更明顯。隨著科學(xué)技的發(fā)展，電子技術(shù)的應(yīng)用幾乎滲透到了人們生產(chǎn)

14、生活的方方面面。晶體三極管作為電子技術(shù)中一個最為基本的常用器件，其原理對于學(xué)習(xí)電子技術(shù)的人自然應(yīng)該是一個重點。三極管原理的關(guān)鍵是要說明以下三點:1、集電結(jié)為何會發(fā)生反偏導(dǎo)通并產(chǎn)生Ic，這看起來與二極管原理強調(diào)的PN結(jié)單向?qū)щ娦韵嗝堋?、放大狀態(tài)下集電極電流Ic為什么會只受控于電流Ib而與電壓無關(guān)；即：Ic與Ib之間為什么存在著一個固定的放大倍數(shù)關(guān)系。雖然基區(qū)較薄，但只要Ib為零，則Ic即為零。3、飽和狀態(tài)下，Vc電位很弱的情況下，仍然會有反向大電流Ic的產(chǎn)生。       很多教科書對于這部分內(nèi)容，在講解方法上處理得并不適當(dāng)。特別是

15、針對初、中級學(xué)者的普及性教科書，大多采用了回避的方法，只給出結(jié)論卻不講原因。即使專業(yè)性很強的教科書，采用的講解方法大多也存在有很值得商榷的問題。這些問題集中表現(xiàn)在講解方法的切入角度不恰當(dāng)，使講解內(nèi)容前后矛盾，甚至造成講還不如不講的效果，使初學(xué)者看后容易產(chǎn)生一頭霧水的感覺。筆者根據(jù)多年的總結(jié)思考與教學(xué)實踐，對于這部分內(nèi)容摸索出了一個適合于自己教學(xué)的新講解方法，并通過具體的教學(xué)實踐收到了一定效果。雖然新的講解方法肯定會有所欠缺，但本人還是懷著與同行共同探討的愿望不揣冒昧把它寫出來，以期能通過同行朋友的批評指正來加以完善。 一、 傳統(tǒng)講法及問題：    

16、60;  傳統(tǒng)講法一般分三步，以NPN型為例（以下所有討論皆以NPN型硅管為例），如示意圖A。1.發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子；2.電子在基區(qū)的擴散與復(fù)合；3.集電區(qū)收集由基區(qū)擴散過來的電子。”（注1）問題1：這種講解方法在第3步中，講解集電極電流Ic的形成原因時，不是著重地從載流子的性質(zhì)方面說明集電結(jié)的反偏導(dǎo)通，從而產(chǎn)生了Ic，而是不恰當(dāng)?shù)貍?cè)重強調(diào)了Vc的高電位作用，同時又強調(diào)基區(qū)的薄。這種強調(diào)很容易使人產(chǎn)生誤解。以為只要Vc足夠大基區(qū)足夠薄，集電結(jié)就可以反向?qū)ǎ琍N結(jié)的單向?qū)щ娦跃蜁?。其實這正好與三極管的電流放大原理相矛盾。三極管的電流放大原理恰恰要求在放大狀態(tài)下Ic與Vc在數(shù)量上

17、必須無關(guān)，Ic只能受控于Ib。 問題2：不能很好地說明三極管的飽和狀態(tài)。當(dāng)三極管工作在飽和區(qū)時，Vc的值很小甚至還會低于Vb，此時仍然出現(xiàn)了很大的反向飽和電流Ic，也就是說在Vc很小時，集電結(jié)仍然會出現(xiàn)反向?qū)ǖ默F(xiàn)象。這很明顯地與強調(diào)Vc的高電位作用相矛盾。問題3：傳統(tǒng)講法第2步過于強調(diào)基區(qū)的薄，還容易給人造成這樣的誤解，以為是基區(qū)的足夠薄在支承三極管集電結(jié)的反向?qū)ǎ灰鶇^(qū)足夠薄，集電結(jié)就可能會失去PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦浴＿@顯然與人們利用三極管內(nèi)部兩個PN結(jié)的單向?qū)щ娦?，來判斷管腳名稱的經(jīng)驗相矛盾。既使基區(qū)很薄，人們判斷管腳名稱時，也并沒有發(fā)現(xiàn)因為基區(qū)的薄而導(dǎo)致PN結(jié)單向?qū)щ娦允У那闆r?；?/p>

18、區(qū)很薄，但兩個PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦匀匀煌旰脽o損，這才使得人們有了判斷三極管管腳名稱的辦法和根據(jù)。問題4：在第2步講解為什么Ic會受Ib控制，并且Ic與Ib之間為什么會存在著一個固定的比例關(guān)系時，不能形象加以說明。只是從工藝上強調(diào)基區(qū)的薄與摻雜度低，不能從根本上說明電流放大倍數(shù)為什么會保持不變。問題5：割裂二極管與三極管在原理上的自然聯(lián)系，不能實現(xiàn)內(nèi)容上的自然過渡。甚至使人產(chǎn)生矛盾觀念，二極管原理強調(diào)PN結(jié)單向?qū)щ姺聪蚪刂?，而三極管原理則又要求PN結(jié)能夠反向?qū)āＭ瑫r，也不能體現(xiàn)晶體三極管與電子三極管之間在電流放大原理上的歷史聯(lián)系。二、新講解方法：1、切入點：   

19、 要想很自然地說明問題，就要選擇恰當(dāng)?shù)厍腥朦c。講三極管的原理我們從二極管的原理入手講起。二極管的結(jié)構(gòu)與原理都很簡單，內(nèi)部一個PN結(jié)具有單向?qū)щ娦裕缡疽鈭DB。很明顯圖示二極管處于反偏狀態(tài)，PN結(jié)截止。我們要特別注意這里的截止?fàn)顟B(tài)，實際上PN結(jié)截止時，總是會有很小的漏電流存在，也就是說PN結(jié)總是存在著反向關(guān)不斷的現(xiàn)象，PN結(jié)的單向?qū)щ娦圆⒉皇前俜种佟?#160;       為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢？這主要是因為P區(qū)除了因“摻雜”而產(chǎn)生的多數(shù)載流子“空穴”之外，還總是會有極少數(shù)的本征載流子“電子”出現(xiàn)。N區(qū)也是一樣，除了多數(shù)載流子電子之

20、外，也會有極少數(shù)的載流子空穴存在。PN結(jié)反偏時，能夠正向?qū)щ姷亩鄶?shù)載流子被拉向電源，使PN結(jié)變厚，多數(shù)載流子不能再通過PN結(jié)承擔(dān)起載流導(dǎo)電的功能。所以，此時漏電流的形成主要靠的是少數(shù)載流子，是少數(shù)載流子在起導(dǎo)電作用。反偏時，少數(shù)載流子在電源的作用下能夠很容易地反向穿過PN結(jié)形成漏電流。漏電流只所以很小，是因為少數(shù)載流子的數(shù)量太少。很明顯，此時漏電流的大小主要取決于少數(shù)載流子的數(shù)量。如果要想人為地增加漏電流，只要想辦法增加反偏時少數(shù)載流子的數(shù)量即可。所以，如圖B，如果能夠在P區(qū)或N區(qū)人為地增加少數(shù)載流子的數(shù)量，很自然的漏電流就會人為地增加。其實，光敏二極管的原理就是如此。光敏二極管與普通光敏二極

21、管一樣，它的PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。因此，光敏二極管工作時應(yīng)加上反向電壓，如圖所示。當(dāng)無光照時，電路中也有很小的反向飽和漏電流，一般為1×10-8 1×10 -9A(稱為暗電流)，此時相當(dāng)于光敏二極管截止；當(dāng)有光照射時，PN結(jié)附近受光子的轟擊，半導(dǎo)體內(nèi)被束縛的價電子吸收光子能量而被擊發(fā)產(chǎn)生電子空穴對，這些載流子的數(shù)目，對于多數(shù)載流子影響不大，但對P區(qū)和N區(qū)的少數(shù)載流子來說，則會使少數(shù)載流子的濃度大大提高，在反向電壓作用下，反向飽和漏電流大大增加，形成光電流，該光電流隨入射光強度的變化而相應(yīng)變化。光電流通過負(fù)載RL時，在電阻兩端將得到隨人射光變化的電壓信號。光敏二極管就是這樣完

22、成電功能轉(zhuǎn)換的。    光敏二極管工作在反偏狀態(tài)，因為光照可以增加少數(shù)載流子的數(shù)量，因而光照就會導(dǎo)致反向漏電流的改變，人們就是利用這樣的道理制作出了光敏二極管。既然此時漏電流的增加是人為的，那么漏電流的增加部分也就很容易能夠?qū)崿F(xiàn)人為地控制。2、強調(diào)一個結(jié)論：    講到這里，一定要重點地說明PN結(jié)正、反偏時，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子所充當(dāng)?shù)慕巧捌湫再|(zhì)。正偏時是多數(shù)載流子載流導(dǎo)電，反偏時是少數(shù)載流子載流導(dǎo)電。所以，正偏電流大，反偏電流小，PN結(jié)顯示出單向電性。特別是要重點說明，反偏時少數(shù)載流子反向通過PN結(jié)是很容易的，甚至比正偏時多數(shù)載

23、流子正向通過PN結(jié)還要容易。為什么呢？大家知道PN結(jié)內(nèi)部存在有一個因多數(shù)載流子相互擴散而產(chǎn)生的內(nèi)電場，而內(nèi)電場的作用方向總是阻礙多數(shù)載流子的正向通過，所以，多數(shù)載流子正向通過PN結(jié)時就需要克服內(nèi)電場的作用，需要約0.7伏的外加電壓，這是PN結(jié)正向?qū)ǖ拈T電壓。而反偏時，內(nèi)電場在電源作用下會被加強也就是PN結(jié)加厚，少數(shù)載流子反向通過PN結(jié)時，內(nèi)電場作用方向和少數(shù)載流子通過PN結(jié)的方向一致，也就是說此時的內(nèi)電場對于少數(shù)載流子的反向通過不僅不會有阻礙作用，甚至還會有幫助作用。這就導(dǎo)致了以上我們所說的結(jié)論：反偏時少數(shù)載流子反向通過PN結(jié)是很容易的，甚至比正偏時多數(shù)載流子正向通過PN結(jié)還要容易。這個結(jié)論

24、可以很好解釋前面提到的“問題2”，也就是教材后續(xù)內(nèi)容要講到的三極管的飽和狀態(tài)。三極管在飽和狀態(tài)下，集電極電位很低甚至?xí)咏蛏缘陀诨鶚O電位，集電結(jié)處于零偏置，但仍然會有較大的集電結(jié)的反向電流Ic產(chǎn)生。3、自然過渡：    繼續(xù)討論圖B，PN結(jié)的反偏狀態(tài)。利用光照控制少數(shù)載流子的產(chǎn)生數(shù)量就可以實現(xiàn)人為地控制漏電流的大小。既然如此，人們自然也會想到能否把控制的方法改變一下，不用光照而是用電注入的方法來增加N區(qū)或者是P區(qū)少數(shù)載流子的數(shù)量，從而實現(xiàn)對PN結(jié)的漏電流的控制。也就是不用“光”的方法，而是用“電”的方法來實現(xiàn)對電流的控制（注2）。接下來重點討論P區(qū)，P區(qū)的少數(shù)載

25、流子是電子，要想用電注入的方法向P區(qū)注入電子，最好的方法就是如圖C所示，在P區(qū)下面再用特殊工藝加一塊N型半導(dǎo)體（注3）。       圖C所示其實就是NPN型晶體三極管的雛形，其相應(yīng)各部分的名稱以及功能與三極管完全相同。為方便討論，以下我們對圖C中所示的各個部分的名稱直接采用與三極管相應(yīng)的名稱（如“發(fā)射結(jié)”，“集電極”等）。再看示意圖C，圖中最下面的發(fā)射區(qū)N型半導(dǎo)體內(nèi)電子作為多數(shù)載流子大量存在，而且，如圖C中所示，要將發(fā)射區(qū)的電子注入或者說是發(fā)射到P區(qū)（基區(qū)）是很容易的，只要使發(fā)射結(jié)正偏即可。具體說就是在基極與發(fā)射極之間加上一個足夠的

26、正向的門電壓（約為0.7伏）就可以了。在外加門電壓作用下，發(fā)射區(qū)的電子就會很容易地被發(fā)射注入到基區(qū)，這樣就實現(xiàn)對基區(qū)少數(shù)載流子“電子”在數(shù)量上的改變。4、集電極電流Ic的形成：       如圖C，發(fā)射結(jié)加上正偏電壓導(dǎo)通后，在外加電壓的作用下，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子電子就會很容易地被大量發(fā)射進(jìn)入基區(qū)。這些載流子一旦進(jìn)入基區(qū)，它們在基區(qū)（P區(qū)）的性質(zhì)仍然屬于少數(shù)載流子的性質(zhì)。如前所述，少數(shù)載流子很容易反向穿過處于反偏狀態(tài)的PN結(jié)，所以，這些載流子電子就會很容易向上穿過處于反偏狀態(tài)的集電結(jié)到達(dá)集電區(qū)形成集電極電流Ic。由此可見，集電極電流的形

27、成并不是一定要靠集電極的高電位。集電極電流的大小更主要的要取決于發(fā)射區(qū)載流子對基區(qū)的發(fā)射與注入，取決于這種發(fā)射與注入的程度。這種載流子的發(fā)射注入程度及乎與集電極電位的高低沒有什么關(guān)系。這正好能自然地說明，為什么三極管在放大狀態(tài)下，集電極電流Ic與集電極電位Vc的大小無關(guān)的原因。放大狀態(tài)下Ic并不受控于Vc，Vc的作用主要是維持集電結(jié)的反偏狀態(tài)，以此來滿足三極管放大態(tài)下所需要外部電路條件。    對于Ic還可以做如下結(jié)論：Ic的本質(zhì)是“少子”電流，是通過電子注入而實現(xiàn)的人為可控的集電結(jié)“漏”電流，因此它就可以很容易地反向通過集電結(jié)。5、Ic與Ib的關(guān)系： 

28、      很明顯，對于三極管的內(nèi)部電路來說，圖C與圖D是完全等效的。圖D就是教科書上常用的三極管電流放大原理示意圖。       看圖D，接著上面的討論，集電極電流Ic與集電極電位Vc的大小無關(guān)，主要取決于發(fā)射區(qū)載流子對基區(qū)的發(fā)射注入程度。    通過上面的討論，現(xiàn)在已經(jīng)明白，三極管在電流放大狀態(tài)下，內(nèi)部的主要電流就是由載流子電子由發(fā)射區(qū)經(jīng)基區(qū)再到集電區(qū)貫穿三極管所形成。也就是貫穿三極管的電流Ic主要是電子流。這種貫穿的電子流與歷史上的電子三極管非常類似

29、。如圖E，圖E就是電子三極管的原理示意圖。電子三極管的電流放大原理因為其結(jié)構(gòu)的直觀形象，可以很自然得到解釋。       如圖E所示，很容易理解，電子三極管Ib與Ic之間的固定比例關(guān)系，主要取決于電子管柵極（基極）的構(gòu)造。當(dāng)外部電路條件滿足時，電子三極管工作在放大狀態(tài)。在放大狀態(tài)下，穿過管子的電流主要是由發(fā)射極經(jīng)柵極再到集電極的電子流。電子流在穿越柵極時，很顯然柵極會對其進(jìn)行截流，截流時就存在著一個截流比問題。截流比的大小，則主要與柵極的疏密度有關(guān)，如果柵極做的密，它的等效截流面積就大，截流比例自然就大，攔截下來的電子流就多。反之截流

30、比小，攔截下來的電子流就少。柵極攔截下來的電子流其實就是電流Ib，其余的穿過柵極到達(dá)集電極的電子流就是Ic。從圖中可以看出，只要柵極的結(jié)構(gòu)尺寸確定，那么截流比例就確定，也就是Ic與Ib的比值確定。所以，只要管子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)確定，的值就確定，這個比值就固定不變。由此可知，電流放大倍數(shù)的值主要與柵極的疏密度有關(guān)。柵極越密則截流比例越大，相應(yīng)的值越低，柵極越疏則截流比例越小，相應(yīng)的值越高。       其實晶體三極管的電流放大關(guān)系與電子三極管類似。晶體三極管的基極就相當(dāng)于電子三極管的柵極，基區(qū)就相當(dāng)于柵網(wǎng)，只不過晶體管的這個柵網(wǎng)是動態(tài)的是不可

31、見的。放大狀態(tài)下，貫穿整個管子的電子流在通過基區(qū)時，基區(qū)與電子管的柵網(wǎng)作用相類似，會對電子流進(jìn)行截流。如果基區(qū)做得薄，摻雜度低，基區(qū)的空穴數(shù)就會少，那么空穴對電子的截流量就小，這就相當(dāng)于電子管的柵網(wǎng)比較疏一樣。反之截流量就會大。很明顯只要晶體管三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)確定，這個截流比也就確定。所以，為了獲大較大的電流放大倍數(shù)，使值足夠高，在制作三極管時往往要把基區(qū)做得很薄，而且其摻雜度也要控制得很低。       與電子管不同的是，晶體管的截流主要是靠分布在基區(qū)的帶正電的“空穴”對貫穿的電子流中帶負(fù)電的“電子”中和來實現(xiàn)。所以，截流的效果主要

32、取決于基區(qū)空穴的數(shù)量。而且，這個過程是個動態(tài)過程，“空穴”不斷地與“電子”中和，同時“空穴”又不斷地會在外部電源作用下得到補充。在這個動態(tài)過程中，空穴的等效總數(shù)量是不變的?；鶇^(qū)空穴的總數(shù)量主要取決于摻“雜”度以及基區(qū)的厚薄，只要晶體管結(jié)構(gòu)確定，基區(qū)空穴的總定額就確定，其相應(yīng)的動態(tài)總量就確定。這樣，截流比就確定，晶體管的電流放大倍數(shù)的值就是定值。這就是為什么放大狀態(tài)下，三極管的電流Ic與Ib之間會有一個固定的比例關(guān)系的原因。6、對于截止?fàn)顟B(tài)的解釋：       例關(guān)系說明，放大狀態(tài)下電流Ic按一個固定的比例受控于電流Ib，這個固定的控制

33、比例主要取決于晶體管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。       對于Ib等于0的截止?fàn)顟B(tài)，問題更為簡單。當(dāng)Ib等于0時，說明外部電壓Ube太小，沒有達(dá)到發(fā)射結(jié)的門電壓值，發(fā)射區(qū)沒有載流子“電子”向基區(qū)的發(fā)射注入，所以，此時既不會有電流Ib，也更不可能有電流Ic。另外，從純數(shù)學(xué)的電流放大公式更容易推出結(jié)論，Ic=Ib，Ib為0，很顯然Ic也為0。三、新講法需要注意的問題：       以上，我們用了一種新的切入角度，對三極管的原理在講解方法上進(jìn)行了探討。特別是對晶體三極管放大狀態(tài)下，集電結(jié)為什么會反向?qū)щ娦纬杉姌O電流做了重點討論，同時，對三極管的電流放