【自学嵌入式：模电】 35. 三极管入门

35. 三极管入门

一、半导体与二极管的预备知识

（一）半导体的基本特性

半导体是三极管的基础材料，核心特性如下：

• 纯硅半导体：纯净的硅导电性极差，接近绝缘体；但掺入三价硼（形成P型半导体） 或 五价磷（形成N型半导体） 后，导电性会显著提升。
• P型与N型半导体的区别：
  • P型（Positive，带正电）：因硼原子外层电子少，产生大量空穴（可视为正电荷载体）。
  • N型（Negative，带负电）：因磷原子外层电子多，释放大量自由电子（负电荷载体）。

（二）二极管的结构与特性

二极管是理解三极管的前置知识，关键要点：

• 结构：由P型半导体和N型半导体结合形成P-N结，这是二极管单向导电的核心。
• 工作原理（电流方向控制）：
  • 正向导通：电源正极接P、负极接N时，P-N结允许电流通过（类似“开门”）。
  • 反向截止：电源极性反转时，P-N结阻止电流通过（类似“关门”）。
• 典型应用：利用单向导电性，可制作电池充电器、电源适配器等电子设备。

二、三极管的基本概念与结构

（一）核心定义

三极管是一种用电信号控制电流的电子元件，因包含发射极（E）、基极（B）、集电极（C） 三个功能区域而得名。

（二）工作逻辑与应用

三极管的核心是“小电流控制大电流”：

• 控制特性：向基极（B） 输入微弱电流信号时，可控制集电极（C）与发射极（E） 之间的大电流流动。通过调节基极电流，能精准改变输出电流的大小。
• 典型场景：
  • 信号放大：如收音机、音频放大器中，将微弱电信号放大为可驱动设备的强信号。
  • 电流控制：如电子开关、电源电路中，实现电路的通断或电流调节（类似“电子阀门”）。

三、三极管的工作原理（类比理解）

为简化理解，可用“水龙头模型” 类比：

• 水龙头的“开关” → 三极管的基极输入信号（控制信号）。
• 水管中的“水流” → 三极管的电流。
• 逻辑：基极信号“开启”（拧开水龙头）时，集电极与发射极之间的电流（水流）导通；信号“关闭”时，电流（水流）截止。

特殊三极管补充（MOS管）

MOS管是常见的三极管类型，结构包含栅极、源极、漏极（如示意图中多晶硅、SiO₂层的组合）。其原理与常规三极管类似，但通过电压（而非电流） 控制电流，广泛用于集成电路设计（如CPU、芯片组）。

四、现代科技中的三极管

现代CPU（中央处理器）通过超大规模集成技术，将上百亿个三极管 压缩到极小的芯片中。这些三极管作为最基础的“开关单元”，通过快速通断控制电信号，实现计算、存储等复杂功能。三极管的微型化与集成化，是推动现代电子技术飞速发展的核心基石之一。