Question

三极管放大作用的原理是什么?

Answer 1

三极管是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把整块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种。

NPN和PNP型三极管

-- 三极管工作原理 --

晶体三极管（以下简称三极管）按材料分有两种：锗管和硅管。而每一种又有NPN和PNP两种结构形式，但使用最多的是硅NPN和锗PNP两种三极管，（其中，N是负极的意思（代表英文中Negative），N型半导体在高纯度硅中加入磷取代一些硅原子，在电压刺激下产生自由电子导电，而P是正极的意思（Positive）是加入硼取代硅，产生大量空穴利于导电）。

两者除了电源极性不同外，其工作原理都是相同的，下面仅介绍NPN硅管的电流放大原理。

对于NPN管，它是由2块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成，发射区与基区之间形成的PN结称为发射结,而集电区与基区形成的PN结称为集电结,三条引线分别称为发射极e （Emitter）、基极b (Base)和集电极c (Collector)。

当b点电位高于e点电位零点几伏时，发射结处于正偏状态，而C点电位高于b点电位几伏时，集电结处于反偏状态，集电极电源Ec要高于基极电源Eb。

在制造三极管时，有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基区的，同时基区做得很薄，而且，要严格控制杂质含量，这样，一旦接通电源后，由于发射结正偏，发射区的多数载流子（电子）及基区的多数载流子（空穴）很容易地越过发射结互相向对方扩散，但因前者的浓度基大于后者，所以通过发射结的电流基本上是电子流，这股电子流称为发射极电流子。

由于基区很薄,加上集电结的反偏，注入基区的电子大部分越过集电结进入集电区而形成集电极电流Ic，只剩下很少（1-10%）的电子在基区的空穴进行复合，被复合掉的基区空穴由基极电源Eb重新补给，从而形成了基极电流Ibo.根据电流连续性原理得：

Ie=Ib+Ic

这就是说，在基极补充一个很小的Ib，就可以在集电极上得到一个较大的Ic，这就是所谓电流放大作用，Ic与Ib是维持一定的比例关系，即：

β1=Ic/Ib

式中：β1--称为直流放大倍数

集电极电流的变化量△Ic与基极电流的变化量△Ib之比为：

β= △Ic/△Ib

式中β--称为交流电流放大倍数

由于低频时β1和β的数值相差不大，所以有时为了方便起见，对两者不作严格区分，β值约为几十至一百多。

α1=Ic/Ie

Ic与Ie是直流通路中的电流大小

式中：α1也称为直流放大倍数

一般在共基极组态放大电路中使用，描述了射极电流与集电极电流的关系。

α =△Ic/△Ie

表达式中的α为交流共基极电流放大倍数

同理α与α1在小信号输入时相差也不大

对于两个描述电流关系的放大倍数有以下关系：

三极管的电流放大作用实际上是利用基极电流的微小变化去控制集电极电流的巨大变化。

三极管是一种电流放大器件，但在实际使用中常常通过电阻将三极管的电流放大作用转变为电压放大作用。

-- 放大原理 --

01 发射区向基区发射电子

电源Ub经过电阻Rb加在发射结上，发射结正偏，发射区的多数载流子(自由电子）不断地越过发射结进入基区，形成发射极电流Ie。

同时基区多数载流子也向发射区扩散，但由于多数载流子浓度远低于发射区载流子浓度，可以不考虑这个电流，因此可以认为发射结主要是电子流。

02 基区中电子的扩散与复合

电子进入基区后，先在靠近发射结的附近密集，渐渐形成电子浓度差，在浓度差的作用下，促使电子流在基区中向集电结扩散，被集电结电场拉入集电区形成集电极电流Ic。

也有很小一部分电子（因为基区很薄）与基区的空穴复合，扩散的电子流与复合电子流之比例决定了三极管的放大能力。

03 集电区收集电子

由于集电结外加反向电压很大，这个反向电压产生的电场力将阻止集电区电子向基区扩散，同时将扩散到集电结附近的电子拉入集电区从而形成集电极主电流Icn。

另外集电区的少数载流子（空穴）也会产生漂移运动，流向基区形成反向饱和电流，用Icbo来表示，其数值很小，但对温度却异常敏感。

Answer 2

三极管放大作用的原理是什么？

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单独一个三极管，并没有任何放大作用。

若想让三极管放大，必须有外接电路器件进行配合才行。

三极管中，有三个区、两个 PN 结。

NPN 型三极管及其外接器件电路如下：

在此图中，由于外接电源的作用，BE 结是正偏导通的。BC 结则是反偏截止的。

发射结正偏导通。

－－由于发射区掺杂浓度很高，于是就有大量电子，由发射区进入基区。形成了 Ie。

－－但是，基区很薄，其中的空穴数目，远少于电子的数目。

－－所以，只有少数电子与空穴复合，形成 Ib。

－－大部分电子滞留在基区游游荡荡，成为了基区的少数载流子。

同时，集电结反偏截止。

－－在 PN 结反偏时，将由少数载流子的运动来导电。

－－而此时，基区正好有大量的少数载流子（电子）！

－－所以，这些滞留在基区的电子，就被集电区收集走了。成为了 Ic。

由于构造原因，将有：Ic = β * Ib。　其中的 β，约为 20~200。

【由一个小电流 Ib，控制了一个较大的电流 Ic，这就是电流放大功能。】

各电流之间的关系为：Ie = Ib + Ic = Ib + β * Ib = (1 + β) * Ib。

在外接的电阻（负载）上，将会得到电压放大的效果。