模擬電子—從放大器說起（三）：雙極型三極管

　　1947年12月，貝爾實驗室的約翰·巴丁、沃爾特·布喇頓在威廉·肖克利的指導下共同發(fā)明了點接觸形式的雙極性晶體管，從這一天開始整整一個時代拉開了序幕 。

　　在介紹半導體三極管之前，首先介紹一個半導體技術當中一個非常重要的概念：摻雜。半導體的基本材料硅擁有和同族元素碳類似的結構：最外層有4個電子。當硅組成晶體結構的時候，這些電子被牢牢的束縛在晶體結構之內(nèi)，需要比較大的能量才能釋放出來。當一個外層有5個電子的元素雜質進入這種晶格結構的時候就會有多一個電子不用參與形成化學鍵，處在自由自在的狀態(tài)，這樣的電子可以很輕易的隨著電勢的影響而遷徙，成為自由的電子。我們將這種為基礎材料注入自由電子的摻雜成為n型摻雜。與此同時，相應的，如果有外層只有3個電子的元素進入了晶格結構，就會在化學鍵上形成一個空缺，這樣的話就形成了一個可以容納電子的空位，可以捕獲經(jīng)過的電子，這就是P型摻雜。

　　三級管的基本結構非常簡單，由三個摻雜濃度不同的半導體材料組成。以NPN型三極管為例，分別為n++發(fā)射極(高濃度的n型摻雜，意味著有大量自由可發(fā)射的電子存在)，P基極(低濃度p型摻雜表示有少量可以容納電子的空穴存在)，n+集電極(次高濃度的自由電子，可以起導電的作用，以及防止在基極沒有電壓的時候電流從集電極直接流入到基極)

　　從結構上可以看出來如果基極上沒有足夠高的電壓，電子沒有獲得足夠高的動能的話是無法從發(fā)射極(E)穿越充滿著可以捕獲電子的空穴的p摻雜基極(B)而到達集電極(C)的。然而一旦我們在基極機上一點電壓，讓自由電子們先有一個助跑起來它們就可以一鼓作氣利用動能沖過P型摻雜當中空穴陷阱的封鎖到達最終目的地集電極(C)。但是在此過程當中還是會有電子落入基極的空穴陷阱，從而形成了相對比較微小的基極電流。在特定條件下，穿越過基極的電子的數(shù)量和被基極捕獲的電子的數(shù)量有一個大致恒定的比值，這也就決定了集電極電流和基極電流的比值我們一般稱這個值為Beta。

　　基極與發(fā)射極的電壓差越大，電子們起跑的速度就越快，單位時間內(nèi)就有更多的電子有能力穿越P型摻雜封鎖，因此雙極型三極管可以被看作電壓控制的電流源?；鶚O電壓和發(fā)射極電流的關系一般可以如下表示：

　　可以看出，發(fā)射極電流電流的關系隨著VBE的上升稱指數(shù)增長!好強力的放大能力啊!!可惜不線性啊!!!

　　于是大家回頭一看，不是有個Beta嗎，那個不是挺線性的嗎?是不是可以將三極管當作電流控制電流的器件來用呢?我們將基極串聯(lián)一個電阻就可以將電壓信號轉換為電流信號了(為什么可以這樣??大家可以想想基極電壓的性質哦)。因此也有很多人將雙極性三極管成為電流控制電流型的放大器，這種說法不那么精確但是可以很好的描述這種應用方式。但是需要提到的是根據(jù)物理學本質來說雙極型三極管還是一個電壓控制電流的器件。

　　說了這么多……終于開始進入正題啦，下一回就可以講講實際的放大器了……

　　啊對了，這個電流真的只收VBE控制嗎???實際上也會受到VCE也就是集電極到發(fā)射極的電壓的影響啦，不過不是那么明顯。只受一個主要因素控制的放大器!真是比電子管好了很多啊!!從下圖可以看到隨著VCE的增加，即使同樣的VBE條件下IC還是在微微增大哦。