半导体三极管为什么能放大

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我们常用的半导体三极管,不论是低频管还是高频管,大部分都是PNP型的,它们是用两块P型半导体和一块N型半导体组成的(图1)。

图1
图1 🔍原图 (532×242)

N型半导体是靠电子的移动来导电的,而P型半导体则是靠带正电叫做“空穴”的移动来导电。当我们把P型半导体和N型半导体紧密地联在一起时,P区里的空穴就要向N区移动,N区里的电子就会向P区移动。结果是P区内因为失去一些带正电的空穴而带负电,N区内因为失去一些电子而带正电。于是在P、N区交界的地方就形成一个很薄的区间,这个区间的一边带负电,另一边带正电。有了这个带电的小区间后,P区的空穴就因为受到正电场的排斥而不再向N区移动,而N区的电子则因为负电场的排斥就不再向P区移动。这个小区间就好象一道坝一样,阻挡着空穴和电子的往来,所以把它叫做阻挡层。

在半导体三极管中,有两块P型和一块N型半导体,这也就是它的三个电极。为了便于说明问题,我们把图1中左边那个P区叫做半导体三极管的发射极e,右边那个P区叫做集电极c,而把中间夹着的那个N区叫做基极b。

如果在发射极e与基极b之间加上电池E\(_{e}\),并且把电池的正极接在发射极e上,负极接到基极b;在集电极c与发射极e之间接上电池Ec,并且把电池的正极接发射极e,负极接集电极c(图2)。这么一来,发射极中带正电的空穴就要受到电池E\(_{e}\)和Ec的作用,冲破阻挡层的阻拦,而奔向基极,到达基极以后,有一少部分空穴(只有百分之几)通过基极回到发射极,形成很小的基极电流I\(_{b}\)。而绝大部分空穴(百分之九十几),却在电池Ec的作用下,冲过第二个阻挡层继续向集电极奔跑,并通过集电极回到发射极而形成集电极电流L\(_{c}\)。因为从发射极出来的空穴,有百分之九十几跑到集电极形成集电极电流,只有百分之几在基极中形成基极电流,所以集电极电流Ic要比基极电流I\(_{b}\)大得多。

图2
图2 🔍原图 (496×276)

如果在集电极电路里接上一个大电阻R,再在基极电路里送进一个交流电压U,就构成一个半导体三极管放大器电路(图3)。

图3
图3 🔍原图 (612×320)

当送进的交流电压U处于负半周时,也就是基极为负、发射极为正时,就相当于在E\(_{e}\)电池电压的基础上,加大了发射极与基极之间的电压,因而从发射极发出的空穴数就要增多,相应的集电极电流就要增加。当送进的交流电压处于正半周时,就相当于在Ee电池电压的基础上,降低了发射极与基极之间的电压,因而从发射极发出的空穴数就要减少,相应的集电极电流也随之减小。可见,集电极电流I\(_{c}\)的增加与减小的起伏变化,是受基极电路里的交流电压控制的。只要在基极电路里加上一个很小的交流电压,就能引起集电极电流很大的变化。这个变化的电流必然在电阻R上产生一个交流电压降,这个交流电压降与外加交流电压的波形相同,相位相反,但比外加的电压U大得多。因此,从基极送入一个交流电压后,就可以从集电极电路中的电阻R上,取得一个被放大了的交流电压。这就是半导体三极管为什么能放大的简单道理。

图4
图4 🔍原图 (344×253)

如果把图3中的R换成输出变压器和喇叭,并且把半导体三极管改成通用的符号画法,那么就可以得到如图4所示的半导体管放大器。这时如果被放大的交流电压U,是电唱机拾音器送出的微弱电压,那么经过放大以后,就可以听到清晰的音乐和歌曲声。(孔穴)