2极管和三极管的基础知识（三极管基础知识.半导体）

了解三极管基础知识，要了解半导体、PN结、二极管、三极管的放大作用和三极管的开关作用。

半导体在义务教育阶段我们就已经知道， 自然界里有导体和绝缘体，导体导电性能好，绝缘体导电性能差。还有导电性介于导体和绝缘体之间的半导体。常用的半导体有硅、锗、砷化镓等。半导体的导电性能可以由外界条件控制，并能改变。例如，使半导体受热或光照，或者在半导体中加入其他微量杂质，就会使半导体的导电能力成百万倍地变大。

半导体具有导电粒子，这些导电粒子叫做载流子,根据导电类型的不同，载流子有电子和空穴两种。

在4价的纯净硅中掺入微量的5价元素磷，在磷原子与硅原子组成共价键时就多出一个电子，这个电子很容易成为自由电子。这种半导体的载流子以电子为主，叫做N型半导体。如果在4价的纯净硅中掺入微量的3价元素硼(或镓、铟等)，在硼原子与硅原子组成共价键时就缺少一个电子，形成一个空穴，附近的电子很容易移动过来填补这个空穴，又形成一个新的空穴。移补空穴的运动，如同一个带正电的粒子在移动。这种半导体的载流子以空穴为主，叫做P型半导体。

单纯的P型或N型半导体只能作为电阻来使用。如果把它们紧密结合在一起，在P型和N型半导体的结合部就会形成一个十分特殊的区域：PN 结。PN结是构成晶体二极管和三极管的基础。

在P型和N型半导体的交界处，由于两种载流子之间的浓度差，P区的空穴要向N区扩散，N区的电子要向P区扩散，也就是电子和空穴都要从浓度大的区域向浓度小的区城扩散。这种载流子的扩散运动,使交界处P区附近由于失去空穴而带负电，N区附近由于失去电子而带正电。这样交界区因带电而形成了内电场，电场方向由N区指向P区，我们把这个特殊的区域叫做PN结。

如果在PN结的两侧分别焊接两根引出线，再罩上管壳，就构成了一个二极管。 跟P区相连的引线是二极管的正极，跟N区相连的引线是二极管的负极。

电网供给的是交变电流，但在生产和生活中很多地方要用直流。例如，电解、电镀、蓄电池充电、直流电动机等都要用直流电，这就需要把交流变成直流。把交流变成直流的过程叫做整流。我们已经知道，晶体二极管具有单向导电性，只许电流单方向通过，所以，可以用来整流。

下图是最简单的整流电路。T是电源变压器，D是二极管，R是用电器的电阻，也叫负载电阻或负载。

晶体三极管。人们用 PN结制成晶体二极管后，又研制成功晶体三极管，使PN结的应用有了一个质的飞跃。

如果在同一块半导体中，通过不同的掺杂方法制出两个PN结，就构成了晶体三极管, 或者叫三极管。根据PN结组合方式的不同，三极管分为两类。如下图的甲所示，半导体材料两边是P型半导体，中间是N型半导体，这种三极管叫做PNP型三极管，如果半导体材料两边是N型半导体，中间是P型半导体，这种三极管叫做NPN型三极管。

三极管内部有三个区，分别为发射区、基区和集电区,相应引出三个极，分别叫做发射极e、基极b和集电极c。上图三极管符号中发射极的箭头方向表示发射极的电流方向。我们可以看到，两种类型的三极管发射极的箭头方向不同，PNP型的箭头向里，NPN型的箭头向外。

发射区和集电区是同一类型的半导体，但它们并不完全相同。发射区的杂质浓度较大，跟基区的接触面积较小。集电区的杂质浓度较小，跟基区的接触面积较大。基区很薄，杂质浓度更小。

由于在结构上有这些特点，三极管并不等于两个二极管的简单组合，而有许多新的性质。

把一个PNP型三极管连接在电路中，从串联在电路中的毫安表和微安表可以读出通过各极的电流。当改变电阻的阻值时，基极电流就改变，同时集电极电流和发射极电流也随着改变。这表明，基极电流发生很小的变化，会引起集电极电流的较大变化。这就是三极管的放大作用。在实际使用三极管时，利用它的放大作用，从基极输入一个较小的电流，在集电极就会获得较大的交流。例如，将收音机检波后得到的微弱音频信号加在三极管的基极和发射极之间，在集电极和发射极之间就会得到较强的音频信号。集电极电流变化量与基极电流变化量的比值叫做三极管的电流放大系数β，用公式表示就是β =△Ic/△Ib.

三极管的开关作用。集电极电流是受基极电流控制的，但是，如果我们一味地增加基极电流，使其达到一定值以后， 集电极电流的增加就会变慢，以致最后不受基极电流的影响，这种状态叫做“饱和状态”。

当发射结电压为0或加上反向电压时，电流Ib 和Ic近似为0，三极管的这种工作状态，称为“截止状态”。三极管处于饱和状态或截止状态就没有放大作用了，因此使用三极管放大时，一定要避开它的饱和状态和截止状态。

但是，在数字电路中，三极管不是工作在放大状态，而是工作在开关状态，即饱和状态和截止状态。三极管作为开关元件被广泛使用在各种数字系统、计算机以及自动控制等领域中。

下图就是典型的晶体管开关电路原理图。图中RL代表输出端的负载电阻，E是电源电压，控制信号由基极输入，它一般是矩形脉冲信号，也称方波信号。

当没有脉冲输入时，u等于0，基极没有输入电流Ib，集电极电流Ic很小，近似为0。三极管工作在截止状态，相当于一个断开的开关。此时RL中没有电流流过，输出电压等于电源电压E。

当输入方波到来时，发射结因加正向电压而导通，由于输入信号幅度大，Ic和Ib也就很大，RL上压降IcRL= E，三极管集电极和发射极之间的电压接近于0，三极管处于饱和状态。此时三极管集电极和发射极间的电压降接近0，三极管相当于一个导通的开关，输出电压等于0。

从上面的分析可知，晶体三极管的开关作用是通过基极的控制信号，使晶体管在饱和状态(导通)与截止状态(断开)之间往复转换来实现的。