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龙8中国唯一官方网站三极管的原理书上都讲不清楚为什么能被制造出来?

作者:小编    发布时间:2024-05-13 21:11:21    浏览量:

  右边,三极管被2个二极管替代,其它不变。结果,“基极”电流1.23mA基本一致,但“集电极”电流约9.9pA,小到可忽略。即“集电极”没有导通,更没有电流放大了。

  基区宽度,必须远小于基区少子的扩散长度。给出典型值感受一下,前者是2微米,后者是30微米,相差15倍,满足远小于的要求。

  (扩散长度:载流子扩散跨过耗尽层,进入了对方的主场,自己成了少子,都会与多子相遇并复合掉,在相遇之前扩散的平均距离。类似于,几只鸭子,游入满是鳄鱼的河流,在被鳄鱼咬到之前,游过的距离)

  从发射区扩散到基区的电子,只有不足1%的能与空穴复合,都直接穿过了整个基极,进入了下一个PN结的耗尽层,因为相比于扩散长度,基极太窄了。这完全不同于单PN结中的情况:扩散越过耗尽层的电子,大多都会与空穴复合。

  这意味着,这2个PN结,由于共用一个极窄的基区,已经深度地相互影响,必须合为一个整体来分析。量变积累成质变,一种新的器件即将诞生!

  二极管中,PN结反向是不可能导通的,除非反向击穿这一特殊情况。三极管中,集电极侧的PN结,反向导通居然是常态,不是反向击穿。这是怎么做到的?

  先回顾一下,二极管的反向截止:反偏下多子无法参与导电,只有少子参与,但是少子电流太小,远不足以称之为导通,少子数量太少了。

  从发射区扩散到基区的电子,超过99%都没有机会与空穴复合,都成为了基区中新的少子。这正是期待中的援军,且数量可观,基区的少子不再少。所以,集电极侧的PN结反向也能导通,关键是附近有神一样的队友。

  发射极侧的PN结正偏,浓度差压力是主导;集电极侧的PN反偏,内建电场牵引力是主导。在单个PN结内部,这两个力量是对抗的;在反贴一起的2个PN结之间,却是合作的,归功于三极管布局的巧妙。

  途中的两个耗尽层,不是要费力跨越的障碍,而是电子输运的强力加速器,一个强推着电子冲,另一个强拉着电子跑。一推一拉,配合相当默契。

  所以,从发射极到集电极,全线导通。并且,电子的输运,不是犹豫无力的,而是坚决的,迅速的,势不可挡的。

  关键在于不同的掺杂浓度,发射区的远大于基区的。感受一下典型值,发射区掺杂浓度10^{18}cm^{-3},基区掺杂浓度10^{16}cm^{-3},前者是后者的100倍。可估算电流放大倍数是100,就这么简单,掺杂浓度决定数量级,是主要因素,其他都是次要因素。

  基极电流Ib,就是从基区扩散到发射区的空穴电流,正比于基区的掺杂浓度。发射极电流Ie,就是从发射区扩散到基区的电子电流,正比于发射区的掺杂浓度。所以,电流放大倍数(即Ie/Ib)主要取决于,发射极与基极的掺杂浓度之比。

  通常三极管的设计中,发射区是重掺杂,基区是中等掺杂,集电区次之。掺杂浓度上,有意“重此轻彼”,实现较强的电流放大。

  表面上,存在关系式Ie=β*Ib ,计算简便;而且BJT的电路简化模型,也是依据这个公式。正是如此,才导致流控的观点,越发流行,几乎成了共识。但是,用来理解三极管的原理,就是一个大坑;木旦文本人,蹲此坑多年,经验丰富。此关系式与简化模型,只是为了硬件工程师用起来方便,不是用来理解原理的,简化过程可能违背了原理。

  从原理实质上,其实是电压Vbe同时控制Ie与Ib,即一个电压控制着两个电流。先是Vbe削弱了发射结的内建电场,然后扩散强于漂移,发射区多子电子扩散进入基区形成Ie,同时,基区多子空穴扩散进入发射区形成Ib;先与后,因与果,非常清晰,无法颠倒。Vbe通过控制发射结的内建电场,同时控制Ie与Ib,这两个电流是平级关系,谁也控制不了谁。

  犹如,一个水库里,一个超宽水闸,同时控制2个不同宽度的水平并列的泄洪口,宽度比是10:1。只要测量窄口的水流量,乘以10就是宽口的水流量。

  路过水库的人,一看就明白,是水闸的抬起高度,同时控制着两个口的水流量;少有人会相信,是窄口的控制着宽口的。

  对立与统一,三极管中也有辩证法,如此丰富,不敢相信!她有趣的灵魂,已若隐若现。

  如果意犹未尽,这里还有:(BJT饱和区、JFET原理、MOS原理,三管演义)


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