半導(dǎo)體三極管是一種最基本的半導(dǎo)體器件之一，具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，在電子技術(shù)中起著至關(guān)重要的作用。它的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，由三個(gè)p型或n型的半導(dǎo)體層構(gòu)成，通常分為結(jié)型和發(fā)射型兩種結(jié)構(gòu)，其核心原理是通過控制電流的流動(dòng)來實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大和電路開關(guān)的操作。
首先，我們來介紹結(jié)型三極管的結(jié)構(gòu)。它由一層p型半導(dǎo)體和兩層n型半導(dǎo)體構(gòu)成，形成了pnp的結(jié)構(gòu)。其中央的p型區(qū)域被稱為基區(qū)，兩側(cè)的n型區(qū)域分別為發(fā)射區(qū)和集電區(qū)。當(dāng)正向電源施加在基區(qū)時(shí)，由于p型和n型半導(dǎo)體的不同電荷載流子濃度，使得p型區(qū)與n型區(qū)之間形成一個(gè)pn結(jié)，從而形成了正向偏置。這時(shí)候，發(fā)射區(qū)的電子向基區(qū)注入，而集電區(qū)的電子則被基區(qū)所吸收。這種結(jié)構(gòu)使得結(jié)型三極管具有放大器的特性，即輸入電流的微小變化可以放大成較大的輸出電流。
然而，結(jié)型三極管的放大能力有一定的限制。因此，在一些特殊應(yīng)用中，我們使用發(fā)射型三極管來取代結(jié)型三極管。發(fā)射型三極管由一層n型半導(dǎo)體和兩層p型半導(dǎo)體構(gòu)成，形成了npn的結(jié)構(gòu)。其工作方式與結(jié)型三極管相似，但由于npn結(jié)構(gòu)具有更高的載流子濃度和更好的電流放大能力，因此被廣泛應(yīng)用于電子電路中。發(fā)射型三極管的核心原理是通過控制電流的流量來實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大和電路開關(guān)的操作。
接下來，我們來詳細(xì)介紹半導(dǎo)體三極管的三種工作狀態(tài)。
首先是截止?fàn)顟B(tài)。在截止?fàn)顟B(tài)下，三極管的基極電流為零，此時(shí)無論集電極電壓和發(fā)射極電壓如何變化，三極管均不會(huì)工作。這是因?yàn)樵诮刂範(fàn)顟B(tài)下，pn結(jié)的反向電壓非常大，導(dǎo)致pn結(jié)處于完全截止的狀態(tài)，沒有電流流動(dòng)。截止?fàn)顟B(tài)可以用于電路開關(guān)中，使得電路關(guān)閉。
接下來是放大狀態(tài)。在放大狀態(tài)下，三極管的基極電流是正常工作的條件，此時(shí)三極管的放大性能發(fā)揮最大。當(dāng)正向偏置電壓施加在基極處時(shí)，發(fā)射極和集電極之間形成了一個(gè)導(dǎo)通通道。這時(shí)，發(fā)射區(qū)注入到基區(qū)的電子流通過基區(qū)的電子濃度調(diào)制效應(yīng)，使得集電區(qū)的電子流放大。放大狀態(tài)可以用于放大弱信號(hào)，如音頻信號(hào)放大、射頻信號(hào)放大等。
最后是飽和狀態(tài)。在飽和狀態(tài)下，三極管的基極電流過大，此時(shí)輸出電流已經(jīng)無法再放大。當(dāng)三極管的基極電流過大時(shí)，pn結(jié)處于正向偏置狀態(tài)，導(dǎo)致載流子注入到基區(qū)的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了擴(kuò)散的速度，使得集電區(qū)的電流已經(jīng)達(dá)到了最大值。飽和狀態(tài)可以用于開關(guān)電路，當(dāng)基極電流足夠大時(shí)，將電路開啟。
綜上所述，半導(dǎo)體三極管作為一種基本的半導(dǎo)體器件，具有結(jié)型和發(fā)射型兩種結(jié)構(gòu)。通過控制電流的流動(dòng)，三極管可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大和電路開關(guān)的操作。根據(jù)不同的工作狀態(tài)，三極管可以處于截止?fàn)顟B(tài)、放大狀態(tài)和飽和狀態(tài)。這些工作狀態(tài)的靈活運(yùn)用，使得半導(dǎo)體三極管具有廣泛的應(yīng)用，包括放大器、開關(guān)、放大器和邏輯門等。