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我们通过半导体已经实现了我们之前不敢想的单向导电性，但我们想要一个东西，能够真正代替真空电子管的放大作用，于是科学家们研究出了双极结型晶体管，一般被我们叫做半导体三极管
1 结构及类型
1.1 结构
其构造一般来说是在一块半导体基片上做出三个不同的掺杂区：
- 基区：控制区，宽度很薄，掺杂浓度很低，引出引脚称为基极b(Base)
- 发射区：发射载流子的区域，掺杂浓度最高，引出引脚称为发射极e(Emitter)
- 集电区：收集载流子的区域，掺杂浓度不高，面积大，引出引脚称为集电极c(Collector)
在掺杂区的交界面会产生PN结，其中 - 发射结：由发射区和基区产生的PN结
- 集电结：由集电区和基区产生的PN结
对三极管符号的理解：箭头的方向指的是发射结导通的方向，例如在NPN型三极管中基区为P掺杂，发射区为N掺杂，所以发射结导通的电流方向是由基区到发射区，所以箭头从基极指向发射极
1.2 类型
由于掺杂类型不同，三极管分为两种：
- NPN型三极管
- PNP型三极管
后面主要讨论NPN型BJT，但结论对PNP型BJT也适用
2 电流放大作用
2.1 放大
以NPN型三极管为例，集电极上有一电流$i_{c}$，在某种工作条件下，我们会发现$\frac{i_{c}}{i_{b}}$近似为一个常数$\beta$电流放大倍数，这就是三极管对电流的放大作用
2.2 放大的原理
能量不会凭空产生，三极管能够放大电流的原因在于：三极管是一个控制元件，它可以控制一个能量变化，实现这种放大
2.2.1 外部电路
我们通过借助分析基本共射放大电路来分析三极管的工作状态，有关该电路的具体说明和构建原理位于模电复习笔记-第四节-三极管的放大电路-分析方法部分
- $V_{BB}$：使得发射结导通，我们称这种情况为正向偏置，简称正偏
- $V_{CC}$：$v_{CC}$大于$V_{BB}$，使得集电极的点位高于基极点位，集电结反向偏置，简称反偏；$v_{CC}$提供了使得$i_{c}$相对$i_{b}$放大的能量
2.2.2 内部载流子运动
2.2.2.1 发射结正偏
- 发射结正向导通，扩散运动恢复，发射区大量的自由电子向基区扩散，形成发射极电流$I_{EN}$
- 基区的多子空穴向发射区扩散，形成电流$I_{EP}$
由于基区掺杂浓度极低，所以$I_{EP}$相对$I_{EN}$极小，近似于可以忽略
2.2.2.2 基区
- 发射区扩散到基区的自由电子，会在基区中继续扩散，向集电结扩散
- 自由电子还会与基区原来的多子空穴进行复合，但由于基区掺杂浓度低，且薄，所以复合的量较低
- 自由电子与空穴复合后，由于掺杂浓度一定，所以基区再会产生对应量的空穴，送出对应量的自由电子，也就相当有对应量的自由电子从$I_{EN}$中被基极抽走形成了电流$I_{BN}$
2.2.2.3 集电结反偏
- 集电结反偏，故集电区点位高，基区点位低，集电结上电场向下，会把集电结上聚集的扩散过来的自由电子拉到集电区，保证了浓度梯度的正常运行
- 反偏加大了漂移运动的进行，集电区空穴漂移到基区，基区自己产生的少子自由电子漂移到集电区，产生电流$I_{CBO}$，很小
最终，实际上$I_{BN}$和$I_{CN}$成比例，$I_{EP}$和$I_{CBO}$是干扰因素
2.2.3 共射放大系数
- 直流放大系数
$$\overline{\beta}=\frac{I_{CN}}{I_{CN}}=\frac{I_{C}-I_{CBO}}{I_{B}+I_{CBO}}\approx\frac{I_{C}}{I_{B}}$$
- 交流放大系数
$$\beta=\frac{\Delta_{I_{C}}}{\Delta_{{I_{B}}}}$$
这两个有区别，但是是近似的
- 穿透电流$I_{CEO}$：当$I_{B}$为0时，理想来说$I_{C}$应该没电流，但实际上会有一个很小穿透电流$I_{CEO}$
2.2.4 共基放大系数
-
直流放大系数$$\overline{\alpha}\approx\frac{I_{C}}{I_{E}}$$
-
交流放大系数
$$\alpha=\frac{\Delta_{I_{C}}}{\Delta_{{I_{E}}}}$$
3 共射特性
不同于我们之前学的电阻，二极管等器件，三极管有三个极，所以其特性曲线与其外电路相关，这里分析共射特性曲线
继续把这张图拿过来
3.1 输入特性
基极到发射极是我们输入电流的地方，所以我们叫它输入回路，基极和发射极之间的电压叫$U_{BE}$，输入特性就是在研究以下函数：
$$i_{B}=f(U_{BE})|{u{CE}=常数}$$
很明显，因为发射结正偏，所以此时输入特性曲线应该就是PN结正向导通的曲线
但是根据$U_{CE}$不同，输入特性曲线不同，$U_{CE}$越小，曲线越往左移动，反之向右移动，但当$U_{CE}$大于$1V$左右时，曲线几乎不变(电场已经足够强大到把发射区到基区的大部分电子都吸走，使得$U_{CE}$继续变化，$i_{B}$也不减小)
由曲线可知，$i_{B}$受$U_{BE}$控制，变化关系就是输入特性曲线
3.2 输出特性
发射极到集电极是我们输出电流的地方，所以我们叫它输出回路，输出特性在研究以下函数：
$$
i_{C}=f(u_{CE})|{i{B}=常数}
$$
- 放大区：发射结正偏，集电结反偏，三极管正常工作，由于$i_{B}$与$i_{C}$存在比例对应关系，所以此时$i_{C}$的大小主要由$i_{B}$控制，但随着$u_{CE}$增加，曲线略微向上倾斜(基区宽度调制效应)
- 饱和区：发射结正偏，集电结正偏，此时三极管变成了一块电阻，集电结收集电子的能力被削弱，导致即使$i_{B}$增加,$i_{C}$也增加不多，他们两个的关系不服从$i_{B}=\beta \cdot i_{C}$了，此时电流大小主要由$V_{CC}$和$R_{c}$决定，若$\beta I_{B}>I_{cmax}$，则三极管工作在此状态，$I_{cmax}=\frac{V_{CC}}{R_{c}}$
- 截止区：发射结反偏，集电结反偏，此时电流大约为0，但仍有一个微小的电流，这个电流是穿透电流$i_{CEO}$
3.3 主要参数
暂时空置，有空再补，记得提醒我
3.4 温度的影响
3.4.1 输入特性
温度升高，输入特性曲线左移，相同的$I_{B}$，温度升高会导致$U_{BE}$减小
3.4.2 输出特性
温度升高时，BJT的$I_{CBO}$，$I_{CEO}$，$\beta$都将增大，即输出特性曲线向上移动，并且各条曲线间的距离加大