模擬電子—從放大器說(shuō)起（三）：雙極型三極管

　　1947年12月，貝爾實(shí)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(diǎn)接觸形式的雙極性晶體管，從這一天開(kāi)始整整一個(gè)時(shí)代拉開(kāi)了序幕 。

　　在介紹半導體三極管之前，首先介紹一個(gè)半導體技術(shù)當中一個(gè)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(lèi)似的結構：最外層有4個(gè)電子。當硅組成晶體結構的時(shí)候，這些電子被牢牢的束縛在晶體結構之內，需要比較大的能量才能釋放出來(lái)。當一個(gè)外層有5個(gè)電子的元素雜質(zhì)進(jìn)入這種晶格結構的時(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(zhù)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(shí)，相應的，如果有外層只有3個(gè)電子的元素進(jìn)入了晶格結構，就會(huì )在化學(xué)鍵上形成一個(gè)空缺，這樣的話(huà)就形成了一個(gè)可以容納電子的空位，可以捕獲經(jīng)過(guò)的電子，這就是P型摻雜。

　　三級管的基本結構非常簡(jiǎn)單，由三個(gè)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(zhù)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(méi)有電壓的時(shí)候電流從集電極直接流入到基極)

　　從結構上可以看出來(lái)如果基極上沒(méi)有足夠高的電壓，電子沒(méi)有獲得足夠高的動(dòng)能的話(huà)是無(wú)法從發(fā)射極(E)穿越充滿(mǎn)著(zhù)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(diǎn)電壓，讓自由電子們先有一個(gè)助跑起來(lái)它們就可以一鼓作氣利用動(dòng)能沖過(guò)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(guò)程當中還是會(huì )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(guò)基極的電子的數量和被基極捕獲的電子的數量有一個(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(chēng)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(zhù)VBE的上升稱(chēng)指數增長(cháng)!好強力的放大能力啊!!可惜不線(xiàn)性啊!!!

　　于是大家回頭一看，不是有個(gè)Beta嗎，那個(gè)不是挺線(xiàn)性的嗎?是不是可以將三極管當作電流控制電流的器件來(lái)用呢?我們將基極串聯(lián)一個(gè)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(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(shuō)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物理學(xué)本質(zhì)來(lái)說(shuō)雙極型三極管還是一個(gè)電壓控制電流的器件。

　　說(shuō)了這么多……終于開(kāi)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(guò)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(zhù)VCE的增加，即使同樣的VBE條件下IC還是在微微增大哦。