三极管

二、三极管结构与原理

1.         为什么稳压二极管的动态电阻越小，稳压越好？稳压二极管或者普通二极管的正向压降是否也可以稳压？

稳压二极管的动态电阻越小，其反向击穿特性曲线更接近一条直线，在允许流通电流范围越大而电压变换范围越小，另一方面动态电阻越小管压降和功耗越小。由于稳压二极管正向使用时相当于普通二极管，仍保留普通二极管的管压降特性，因此也可以实现稳压效果。

2.         三极管和二极管哪个电阻更大？

三极管与二极管功能不同，比较内阻没有意义，只有在同一个范畴内比较才有意义。可以比较两种型号的二极管或三极管，选择管耗更小的，但不能在使用三极管的场合选用内阻更小的二极管。

3.         三极管电路是否也具备二极管的特性？

4.         三极管是否还满足单向流通的特性

根据三极管结构可知，三极管由2个PN结，因此PN结具备二极管的单向导电性，事实上，集成电路中通常不单独设计二极管，而是用三极管的发射极B-E代替二极管。

5.         三极管与其他半导体器件相比有何优势和局限性？

晶体管主要包括双极型晶体管(BJT，通常所说的三极管)、场效应晶体管 (FET)、金属-氧化物-半导体场效应晶体管 (MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管 (IGBT)、结型场效应晶体管 (JFET)、共振隧道晶体管(RTT)等。

类型	BJT	FET	MOSFET
原理	载流子的放大	电场控制载流子流动	在栅极和源极之间施加电压来控制通道上的电导率，从而控制漏极电流
控制方式	改变基极电流的大小来控制集电极电流	改变栅极电压来控制通道的电导率
输入阻抗	输入阻抗较低，对信号的放大作用较小	输入阻抗较高，可以实现较高的信号放大	输入阻抗非常高，通常可以达到几十kΩ到几MΩ
开关速度	开关速度较慢，因为需要建立和改变基极电流	开关速度较快，因为只需要改变栅极电压	开关速度非常快，因为它具有高输入阻抗和较短的沟道
功耗	功耗较高	功耗较低	功耗较低，开关状态下只消耗静态功耗
应用	放大器和开关电路，尤其是在低频和高功率应用	放大、开关和作为电路的接口	广泛应用于高频率、高功率和高可靠性要求的电路中

由此可见，晶体管并非全能，每一种晶体管都有不同的应用场景，工程应用不求最好但求最适合。

6.         教员，三极管和二极管是如何被发明的呢？

二极管的发明归功于1904年英国物理学家约翰·安布罗斯·弗莱明（John Ambrose Fleming）。当时，弗莱明正在进行关于电磁现象的研究。他注意到，在某个实验中，一个真空管的阴极被加热时，可以发射电子，而当高压正电荷施加在真空管的阳极上时，电子会被吸引并流过真空管。弗莱明意识到，如果让这个真空管的一部分保持高电荷，而另一部分保持低电荷，就可以控制电子的流动。基于这个发现，弗莱明发明了二极管，这是一种只允许电流单向流动的电子器件。	晶体管发明历程
三极管的发明则是在1947年，由美国物理学家贝尔实验室的约翰·巴丁（John Bardeen）、沃尔特·布莱顿（Walter Brattain）和威廉·肖克利（William Shockley）共同完成的。他们当时正在研究如何改进电子器件的性能。在实验中，他们发现了一种新型半导体器件，可以放大电子信号。这种器件就是今天我们所知的三极管，也被称为晶体管。晶体管的发明是微电子学的起点，它使得电子设备的小型化、复杂化和大规模生产成为可能。

7.         晶体管放大时，发射结为什么要正向偏置？

三极管（NPN为例）放大的内部原因之一是集电极的自由电子向基极定向移动形成发射结电流，要保证这个条件成立必须满足外部条件，即发射结加正偏电压，抵消发射结的内建电场（与二极管正向导通原理一致）。

8.         双极性晶体管相当于两个半导体组合起来，拥有两个PN结，那么反向偏置的那个PN结反向电压过大，是不是也会发生击穿现象，导致晶体管失效？

集电结反偏是为了外加电场驱使基区的自由电子向集电区漂移，实现电流放大作用。当然反偏电位差不能过大，若大于反偏的击穿电压会使三极管失效。

9.         三极管结构是如何实现的？

根据三极管的类型有不同的制造方式，简单来说，NPN型三极管由2个N型半导体夹一个P型半导体组成，PNP型三极管由2个P型半导体夹一个N型半导体。

10.     为什么三极管两端不能反着接？三极管接错会发生什么事

11.     发射极与集电极可否调换使用？

在三极管中，两个PN结掺杂浓度不一样：1）发射区杂质浓度高，有大量自由电子因扩散运动到达基区（发射电子，因此命名为发射极emitter），发射区与基区形成的PN结为发射结；2）集电极掺杂浓度较小，集电结结面积较大，基区的少子因漂移运动到达集电区（收集少子，因此命名为集电极collector）。综上可知，发射区掺杂浓度比集电区多，但集电区尺寸比发射区大，因此两者不能互换。

12.     基区为什么要做薄？

一言以蔽之，就是为了让三极管能够在外部条件满足时实现电流放大作用，也就是说这样的工艺要求是三极管能够实现电流放大作用的内因。具体说，基区掺杂浓度低是因为形成的基极电流很小，做的很薄是为了减小体电阻，也为了与集电极形成面积较大的集电结，便于基极的少子漂移到集电极。若掺杂浓度大且厚，则基极电流较大，集电极电流小，实现不了小电流控制大电流的目的，还会增加损耗。

13.     三极管通过杂质浓度不同决定发射区和集电区，能不能以同浓度但不同厚度或者不同材料来决定？

为了能保证三极管放大，发射区的掺杂浓度一定要比集电区高，只改变厚度或材料而没有满足上述条件不能实现放大。

14.     三极管的物理结构的差异是否会影响其参数性能？

会，由于三极管的放大性能很大程度上取决于其掺杂浓度，因此结构不同高性能也会有差异，即使同一批同一型号的三极管也可能有性能差异。

15.     通过基极减小厚度可以提升电流放大率，但是如果基极厚度过小，两个N端的电流会不会击穿，导致单向导电性消失。

基区做得薄是三极管放大的内在前提，只要三极管工作在安全参数下，就能正常工作。

16.     把两个二极管焊接在一起能不能构成三极管

不能。为了实现电流的放大，必须要满足三极管结构特点：基区很薄且掺杂浓度低，发射区掺杂浓度最高。而两个二极管焊接在一起并不能满足以上要求。

17.     关于电路中有三极管的电路分析方法能否在二极管的基础上继续分析？

二极管和三极管中PN结中载流子的运动分析是一致的，二极管学习是三极管的基础。

18.     在三极管的放大作用中，为什么基极电流的变化可以控制集电极电流的大变化？

这是由于三极管内部结构决定的，基区薄而掺杂浓度低，发射区掺杂浓度高。基极电流Ib是受发射结电压Ube控制的，当Ube增大时，Ib会增大一点点，也就是由基区流向发射区的空穴会增加一点点，但同时会导致从发射区流向基区的电子增多，从而使得在VCC不变的前提下，导致集电极电流IC增大，增大的幅度比基极电流要大很多。

19.     电流Ib与电流Ic两者有没有从属关系，谁决定谁？

要探究两个概念的关系一定要限定范围。若三极管处于截止区， ；若处于放大区，集电极电流和基极电流在大小上有 ；若三极管处于截止区，两者电流无关系，集电极电流只与输出回路电压电流有关 。

20.     三极管的放大倍数是什么意思？

三极管的放大倍数，通常指的是三极管的电流放大作用，即输入电流与输出电流之间的比值 （直流放大倍数）或 。在工程实践中，应用比较多得是共发射极低频小信号输出交流短路电流放大系数hFE（数值上可近似β）。

21.     数字信号也会被三极管放大吗?

可能会但没必要。数字信号主要研究的是逻辑关系而非大小关系，实际上，数字信号的低电平“0”（TTL电平<0.4V）通常低于三极管的开启电压因此不会被放大，仍为低电平；高电平“1” （TTL电平>2.4V）经过三极管放大后饱和，仍为高电平。

22.     三极管的电流放大作用是不是载流子的汇集带来的？

三极管的控制功能与什么有关？

23.     晶体管用于电流的放大，将其反过来，将大电流改为小电流是否可行？

角度很独特说明你在思考在批判。实际上并没有在集电极输入信号的电路，因为违背了三极管放大的基本原理（基极小电流变化引起极电流较大电流变化）。当然可以使用集成运放和电阻配合实现信号的缩小，详见“第16章 集成运算放大器”。

24.     晶体管的开关作用，例如截止状态代表关闭，关闭的是哪个部分。

25.     对于三极管如何判断它的三种工作方式？还是跟二极管一样正偏或者反偏吗？

放大：发射结正偏，集电结反偏。

饱和：发射结正偏，集电结正偏。

截止：发射结反偏或零偏。

26.     三极管在基极电流的微小变化会引起集电极电流较大变化，这一特性可以应用在哪些方面？

27.     军事上有何应用，能否利用三极管的结构特征来制作对敌武器？

三极管是组成放大电路的基本元件，因此有信号放大的武器中基本上有三极管。

28.     三极管的频率响应是什么意思？它对放大器的性能有什么影响？

三极管的频率响应通常用来描述放大器或电路对不同频率信号的响应能力，它反映了放大器能够有效放大的信号频率范围，由于不同型号的三极管开关速度不同，导致其在不同频率下的放大性能不同。

29.     三极管为何能散热？

30.     三极管的外形结构为什么适合散热

表面积越大，热交换的面积就越大，更容易散热（暖气片同理）。除了外形，在生产中还要兼顾经济性，因此可以采用金属封装。

31.     为什么三极管工作区不能选择放大区

32.     如果NPN和PNP型极管一起使用是不是可以使用任意电路？

表述不清。老师猜你是不是想问NPN和PNP三极管是不是可以结合使用？答案是肯定的，集成运算放大器μA741中既有NPN和PNP，你可以找找看。

μA741集成运放的内部电路图

33.     三极管的噪声特性对电路有什么影响？

在某些应用中，如无线通信和音频放大器，噪声可能是一个关键问题，需要通过优化电路设计、选择低噪声元件、降低温度等措施来降低噪声影响。在其他应用中，如功率放大器，噪声的影响可能不那么重要，因为主要关注的是功率和效率。

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以下问题多数不具体，且答案直接在教材上，应认真阅读和思考，课上认真听讲和思考，下课后多做练习和思考，主动、深度思考是学习中的关键。

34.     三极管的输入特性和输出特性曲线是什么样的？

35.     在NPN型和PNP型三极管中，半导体材料是如何排列的？

36.     三极管NPN连接时，与电源正极连接的N端和中间P极之间的电子是如何运动的?

37.     三极管电流放大的特性是如何实现的?

38.     三极管命名b极、c极、e极，有什么特殊含义吗？

39.     模拟信号通过三极管把振幅放大了传出的信号不会改变吗？

三极管：你不想放大信号要我做啥？

40.     集成电路中的应用有哪些？

集成电路（Integrated Circuit，IC）是电路的集成化，本质上就是电路，因此集成电路的应用几乎遍及所有现代技术和工业领域。