三極管的基本結(jié)構(gòu)是兩個反向連結(jié)的pn接面,如圖1所示,可有pnp和npn 兩種組合。三個接出來的端點依序稱為發(fā)射極(emitter, E)、基極(base, B)和集電極(collector, C),名稱來源和它們在三極管操作時的功能有關(guān)。圖中也顯示出 npn與pnp三極管的電路符號,發(fā)射極特別被標(biāo)出,箭號所指的極為n型半導(dǎo)體, 和二極體的符號一致。在沒接外加偏壓時,兩個pn接面都會形成耗盡區(qū),將中 性的p型區(qū)和n型區(qū)隔開。
三極管的電特性和兩個pn接面的偏壓有關(guān),工作區(qū)間也依偏壓方式來分類,這里 我們先討論常用的所謂”正向活性區(qū)”(forward active),在此區(qū)EB極間的pn接 面維持在正向偏壓,而BC極間的pn接面則在反向偏壓,通常用作放大器的三極管 都以此方式偏壓。圖2(a)為一pnp三極管在此偏壓區(qū)的示意圖。 EB接面的空乏 區(qū)由于在正向偏壓會變窄,載體看到的位障變小,射極的電洞會注入到基極,基 極的電子也會注入到射極;而BC接面的耗盡區(qū)則會變寬,載體看到的位障變大, 故本身是不導(dǎo)通的。圖2(b)畫的是沒外加偏壓,和偏壓在正向活性區(qū)兩種情形 下,電洞和電子的電位能的分布圖。 三極管和兩個反向相接的pn二極管有什么差別呢?其間的不同部分就在 于三極管的兩個接面相當(dāng)接近。以上述之偏壓在正向活性區(qū)之pnp三極管為例, 射極的電洞注入基極的n型中性區(qū),馬上被多數(shù)載體電子包圍遮蔽,然后朝集電極 方向擴散,同時也被電子復(fù)合。當(dāng)沒有被復(fù)合的電洞到達BC接面的耗盡區(qū)時, 會被此區(qū)內(nèi)的電場加速掃入集電極,電洞在集電極中為多數(shù)載體,很快藉由漂移電流 到達連結(jié)外部的歐姆接點,形成集電極電流IC。 IC的大小和BC間反向偏壓的大小 關(guān)系不大?;鶚O外部僅需提供與注入電洞復(fù)合部分的電子流IBrec,與由基極注入 射極的電子流InB E(這部分是三極管作用不需要的部分)。 InB E在射極與與電 洞復(fù)合,即InB E=IErec。pnp三極管在正向活性區(qū)時主要的電流種類可以清楚地 在圖3(a)中看出。
射極注入基極的電洞流大小是由EB接面間的正向偏壓大小來控制,和二極體的情形類似,在啟動電壓附近,微小的偏壓變化,即可造成很大的注入電流變化。更的說,三極管是利用VEB(或VBE)的變化來控制IC,而且提供之IB遠比IC小。npn三極管的操作原理和pnp三極管是一樣的,只是偏壓方向,電流方 向均相反,電子和電洞的角色互易。pnp三極管是利用VEB控制由射極經(jīng)基極,入射到集電極的電洞,而npn三極管則是利用VBE控制由射極經(jīng)基極、入射到集電極的電子三極管在數(shù)字電路中的用途其實就是開關(guān),利用電信號使三極管在正向活性區(qū)(或飽和區(qū))與截止區(qū)間切換,就開關(guān)而言,對應(yīng)開與關(guān)的狀態(tài),就數(shù)字電路而言則代表0與1(或1與0)兩個二進位數(shù)字。若三極管一直維持偏壓在正向活性區(qū),在射極與基極間微小的電信號(可以是電壓或電流)變化,會造成射極與集電極間電流相對上很大的變化,故可用作信號放大器。下面在介紹完三極管的電流電壓特性后,會再仔細討論三極管的用途。