模擬電子—從放大器說起（三）：雙極型三極管

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

　　在介紹半導(dǎo)體三極管之前，首先介紹一個(gè)半導(dǎo)體技術(shù)當(dāng)中一個(gè)非常重要的概念：摻雜。半導(dǎo)體的基本材料硅擁有和同族元素碳類似的結(jié)構(gòu)：最外層有4個(gè)電子。當(dāng)硅組成晶體結(jié)構(gòu)的時(shí)候，這些電子被牢牢的束縛在晶體結(jié)構(gòu)之內(nèi)，需要比較大的能量才能釋放出來。當(dāng)一個(gè)外層有5個(gè)電子的元素雜質(zhì)進(jìn)入這種晶格結(jié)構(gòu)的時(shí)候就會(huì)有多一個(gè)電子不用參與形成化學(xué)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(shì)的影響而遷徙，成為自由的電子。我們將這種為基礎(chǔ)材料注入自由電子的摻雜成為n型摻雜。與此同時(shí)，相應(yīng)的，如果有外層只有3個(gè)電子的元素進(jìn)入了晶格結(jié)構(gòu)，就會(huì)在化學(xué)鍵上形成一個(gè)空缺，這樣的話就形成了一個(gè)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(jí)管的基本結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，由三個(gè)摻雜濃度不同的半導(dǎo)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(dǎo)電的作用，以及防止在基極沒有電壓的時(shí)候電流從集電極直接流入到基極)

　　從結(jié)構(gòu)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(dòng)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(dá)集電極(C)的。然而一旦我們?cè)诨鶚O機(jī)上一點(diǎn)電壓，讓自由電子們先有一個(gè)助跑起來它們就可以一鼓作氣利用動(dòng)能沖過P型摻雜當(dāng)中空穴陷阱的封鎖到達(dá)最終目的地集電極(C)。但是在此過程當(dāng)中還是會(huì)有電子落入基極的空穴陷阱，從而形成了相對(duì)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(gè)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(gè)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(shí)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(guān)系一般可以如下表示：

　　可以看出，發(fā)射極電流電流的關(guān)系隨著VBE的上升稱指數(shù)增長(zhǎng)!好強(qiáng)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(gè)Beta嗎，那個(gè)不是挺線性的嗎?是不是可以將三極管當(dāng)作電流控制電流的器件來用呢?我們將基極串聯(lián)一個(gè)電阻就可以將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)了(為什么可以這樣??大家可以想想基極電壓的性質(zhì)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(yīng)用方式。但是需要提到的是根據(jù)物理學(xué)本質(zhì)來說雙極型三極管還是一個(gè)電壓控制電流的器件。

　　說了這么多……終于開始進(jìn)入正題啦，下一回就可以講講實(shí)際的放大器了……

　　啊對(duì)了，這個(gè)電流真的只收VBE控制嗎???實(shí)際上也會(huì)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(gè)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。