1.3.2 晶体管电流放大作用

晶体管具有电流放大的作用。为使晶体管实现电流放大，晶体管的内部结构和外部条件都必须满足一定的条件。

从晶体管的内部结构来看，应具有以下几点。

● 发射区进行高掺杂，远大于集电区，其中的多数载流子浓度很高。

● 基区做得很薄，而且掺杂较少，多数载流子浓度最低。

● 集电区与基区接触面积大，可保证尽可能多地收集到发射区发射的电子。

从外部条件看，外加电源的极性应使发射结处于正向偏置状态，集电结处于反向偏置状态。也就是说，对于NPN型晶体管，U_BE>0、U_CB>0，也可从电位上满足V_C>V_B>V_E，如图1-20a所示；对于PNP型晶体管，U_BE<0、U_CB<0，也可从电位上满足V_C<V_B<V_E，如图1-20b所示。

以NPN型晶体管为例来分析晶体管的电流放大原理。晶体管中的载流子运动如图1-21a所示，电流分配如图1-21b所示。

● 发射区向基区发射自由电子：由于发射结正偏，外加电场使发射区自由电子（多数载流子）向基区的扩散运动增强。由于发射区高掺杂，注入基区的电子浓度远大于基区向发射区扩散的空穴数，即，发射极电流I_E主要由发射区发射的电子电流所产生。

● 载流子在基区扩散和复合：自由电子到达基区后，与基区中多子空穴复合而形成基极电流I_BE，基区被复合掉的空穴由外电源不断进行补充。但由于基区空穴浓度较低，而且基区很薄，所以大大减少了电子与基区空穴复合的机会，绝大部分自由电子都能扩散到集电结边缘。

● 集电极收集自由电子：由于集电结反向偏置，外电场的方向将阻止集电区的多子自由电子向基区运动，但可将从发射区扩散到基区并到达集电区边缘的自由电子拉入集电区，从而形成电流I_CE。

除此以外，由于集电结反向偏置，集电区的少数载流子（空穴）和基区的少数载流子（电子）将向对方区域运动，形成漂移电流，称为集电极和基极间的反向饱和电流，用I_CBO表示。这些电流数值很小，可近似认为I_C≈I_CE、I_B≈I_BE。

根据基尔霍夫电流定律，晶体管的三个电极的电流关系为

通常将I_CE与I_BE之比称为晶体管的直流电流放大系数，即

通常将集电极电流的变化量与基极电流的变化量之比定义为晶体管的交流电流放大系数，用β表示，即

直流参数与交流参数β含义不同，但，在计算中统一用β。实验表明，I_C比I_B大数十至数百倍，但I_B对I_C有控制作用，I_C随着I_B的改变而改变，即基极电流较小的变化可以引起集电极电流较大的变化，表明基极电流对集电极具有小量控制大量的作用，这就是晶体管的电流放大作用。

【例1-2】有两个晶体管分别接在放大电路中都正常工作，起电流放大作用，今测得它们三个引脚对参考点的电位，如表1-1所示。试判断：1）是硅管还是锗管；2）是NPN型还是PNP型；3）晶体管的三个电极（B、C、E）。

解：晶体管VT₁的三个引脚中，引脚1和引脚3电位差为0.7V，所以它是硅管，且它们一个是B，一个是E。因此，引脚2必是C，而在VT₁的三个引脚中，引脚2（是C）的电位最高，所以晶体管VT₁必是NPN型晶体管。对于NPN型晶体管而言，晶体管起电流放大时，有V_C>V_B>V_E成立，所以引脚1是B，引脚2是C，引脚3是E。

晶体管VT₂的三个引脚中，引脚1和引脚2电位差为0.3V，所以它是锗管，且它们一个是B，一个是E。因此，引脚3必是C，而在VT₂的三个引脚中，引脚3（是C）的电位最低，所以晶体管VT₂必是PNP型晶体管。对于PNP型晶体管而言，晶体管起电流放大时，有V_C<V_B<V_E成立，所以引脚1是E，引脚2是B，引脚3是C。