1、集電結為何會發生反偏導通並產生Ic，這看起來與二極管原理強調的PN結單向導電性相矛盾。

 

2、放大狀態下集電極電流Ic，為什麼會隻受控於電流Ib而與電壓無關;即：Ic與Ib之間為什麼存在著一個固定的放大倍數關係。雖然基區較薄，但隻要Ib為零，則Ic即為零。

 

3、飽和狀態下
，Vc電位很弱的情況下，仍然會有反向大電流Ic的產生。

 

很多教科書對於這部分內容，在講解方法上處理得並不適當。特別是針對初、中級學者的普及性教科書，大多采用了回避的方法
，隻給出結論卻不講原因。即使專業性 很(hen)強(qiang)的(de)教(jiao)科(ke)書(shu)，采(cai)用(yong)的(de)講(jiang)解(jie)方(fang)法(fa)大(da)多(duo)也(ye)存(cun)在(zai)有(you)很(hen)值(zhi)得(de)商(shang)榷(que)的(de)問(wen)題(ti)。這(zhe)些(xie)問(wen)題(ti)集(ji)中(zhong)表(biao)現(xian)在(zai)講(jiang)解(jie)方(fang)法(fa)的(de)切(qie)入(ru)角(jiao)度(du)不(bu)恰(qia)當(dang)
，使(shi)講(jiang)解(jie)內(nei)容(rong)前(qian)後(hou)矛(mao)盾(dun)，甚(shen)至(zhi)造(zao)成(cheng)講(jiang)還(hai)不(bu)如(ru)不(bu)講(jiang)的(de) 效果，使初學者看後容易產生一頭霧水的感覺。

 

 

傳統講法一般分三步，以NPN型為例(以下所有討論皆以NPN型矽管為例)，如示意圖A。1.發射區向基區注入電子;2.電子在基區的擴散與複合;3.集電區收集由基區擴散過來的電子。”(注1)

 

 

 

這種講解方法在第3步中
，講解集電極電流Ic的形成原因時
，不是著重地從載流子的性質方麵說明集電結的反偏導通，從而產生了Ic，而是不恰當地側重 強調了Vc的高電位作用


，同時又強調基區的薄。這種強調很容易使人產生誤解。以為隻要Vc足夠大基區足夠薄，集電結就可以反向導通
，PN結的單向導電性就 會失效。其實這正好與三極管的電流放大原理相矛盾。三極管的電流放大原理恰恰要求在放大狀態下Ic與Vc在數量上必須無關，Ic隻能受控於Ib。

 

 

不能很好地說明三極管的飽和狀態。當三極管工作在飽和區時，Vc的值很小甚至還會低於Vb，此時仍然出現了很大的反向飽和電流Ic，也就是說在Vc很小時，集電結仍然會出現反向導通的現象。這很明顯地與強調Vc的高電位作用相矛盾。

 

 

傳統講法第2步bu過guo於yu強qiang調tiao基ji區qu的de薄bo，還hai容rong易yi給gei人ren造zao成cheng這zhe樣yang的de誤wu解jie，以yi為wei是shi基ji區qu的de足zu夠gou薄bo在zai支zhi承cheng三san極ji管guan集ji電dian結jie的de反fan向xiang導dao通tong
，隻zhi要yao基ji區qu足zu夠gou薄bo，集ji電dian結jie就jiu可ke能neng會hui失shi去quPN結的單向導電特性。這顯然與人們利用三極管內部兩個PN結的單向導電性，來判斷管腳名稱的經驗相矛盾。既使基區很薄，人們判斷管腳名稱時
，也並沒有 發現因為基區的薄而導致PN結單向導電性失效的情況。基區很薄，但兩個PN結的單向導電特性仍然完好無損，這才使得人們有了判斷三極管管腳名稱的辦法和根 據。

 

 

在第2步講解為什麼Ic會受Ib控製，並且Ic與Ib之(zhi)間(jian)為(wei)什(shen)麼(me)會(hui)存(cun)在(zai)著(zhe)一(yi)個(ge)固(gu)定(ding)的(de)比(bi)例(li)關(guan)係(xi)時(shi)，不(bu)能(neng)形(xing)象(xiang)加(jia)以(yi)說(shuo)明(ming)。隻(zhi)是(shi)從(cong)工(gong)藝(yi)上(shang)強(qiang)調(tiao)基(ji)區(qu)的(de)薄(bo)與(yu)摻(chan)雜(za)度(du)低(di)，不(bu)能(neng)從(cong)根(gen)本(ben)上(shang)說(shuo)明(ming)電(dian)流(liu)放(fang)大(da)倍(bei)數(shu)為(wei)什(shen)麼(me)會(hui)保(bao)持(chi)不(bu)變(bian)。

 

 

割裂二極管與三極管在原理上的自然聯係，不能實現內容上的自然過渡。甚至使人產生矛盾觀念，二極管原理強調PN結單向導電反向截止，而三極管原理則又要求PN結能夠反向導通。同時，也不能體現晶體三極管與電子三極管之間在電流放大原理上的曆史聯係。

 

 

yaoxianghenzirandishuomingwenti
，jiuyaoxuanzeqiadangdiqierudian。jiangsanjiguandeyuanliwomencongerjiguandeyuanlirushoujiangqi。erjiguandejiegouyuyuanlidouhenjiandan，neibuyigePN結具有單向導電性，如 示意圖B。很明顯圖示二極管處於反偏狀態，PN結截止。我們要特別注意這裏的截止狀態，實際上PN結截止時，總是會有很小的漏電流存在
，也就是說PN結總 是存在著反向關不斷的現象，PN結的單向導電性並不是百分之百。

 

 

為什麼會出現這種現象呢?這主要是因為P區除了因“摻雜”而產生的多數載流子“空穴”之外，還總是會有極少數的本征載流子“電子”出現。N區也是一樣，除了 多數載流子電子之外
，也會有極少數的載流子空穴存在。PN結反偏時，能夠正向導電的多數載流子被拉向電源，使PN結變厚，多數載流子不能再通過PN結承擔 起載流導電的功能。所以
，此時漏電流的形成主要靠的是少數載流子，是少數載流子在起導電作用。

 

所以
，如圖B，如果能夠在P區或N區qu人ren為wei地di增zeng加jia少shao數shu載zai流liu子zi的de數shu量liang
，很hen自zi然ran的de漏lou電dian流liu就jiu會hui人ren為wei地di增zeng加jia。其qi實shi，光guang敏min二er極ji管guan的de原yuan理li就jiu是shi如ru此ci。光guang敏min二er極ji管guan與yu普pu通tong光guang敏min二er極ji管guan一yi樣yang，它ta的dePN結具有單向導電性。因此
，光敏二極管工作時應加上反向電壓
，如圖所示。當無光照時，電路中也有很小的反向飽和漏電流，一般為1×10-8 —1×10 -9A(稱為暗電流)

，此時相當於光敏二極管截止;當有光照射時，PN結附近受光子的轟擊，半導體內被束縛的價電子吸收光子能量而被擊發產生電子—空穴對，這些載流子的數目，對於多數載流子影響不大，但對P區和N區(qu)的(de)少(shao)數(shu)載(zai)流(liu)子(zi)來(lai)說(shuo)，則(ze)會(hui)使(shi)少(shao)數(shu)載(zai)流(liu)子(zi)的(de)濃(nong)度(du)大(da)大(da)提(ti)高(gao)
，在(zai)反(fan)向(xiang)電(dian)壓(ya)作(zuo)用(yong)下(xia)，反(fan)向(xiang)飽(bao)和(he)漏(lou)電(dian)流(liu)大(da)大(da)增(zeng)加(jia)
，形(xing)成(cheng)光(guang)電(dian)流(liu)，該(gai)光(guang)電(dian)流(liu)隨(sui)入(ru)射(she)光(guang)強(qiang)度(du)的(de)變(bian)化(hua)而(er)相(xiang)應(ying)變(bian)化(hua)。

 

光電流通過負載RL時，在電阻兩端將得到隨人射光變化的電壓信號。光敏二極管就是這樣完成電功能轉換的。

 

guangminerjiguangongzuozaifanpianzhuangtai，yinweiguangzhaokeyizengjiashaoshuzailiuzideshuliang，yinerguangzhaojiuhuidaozhifanxiangloudianliudegaibian，renmenjiushiliyongzheyangdedaolizhizuochuleguangminerjiguan。

 

既然此時漏電流的增加是人為的，那麼漏電流的增加部分也就很容易能夠實現人為地控製。

 

 

講到這裏
，一定要重點地說明PN結正
、fanpianshi，duoshuzailiuziheshaoshuzailiuzisuochongdangdejiaosejiqixingzhi。zhengpianshishiduoshuzailiuzizailiudaodian，fanpianshishishaoshuzailiuzizailiudaodian。suoyi，zhengpiandianliuda，fanpiandianliuxiao，PN結顯示出單向電性。
 

特別是要重點說明，反偏時少數載流子反向通過PN結是很容易的，甚至比正偏時多數載流子正向通過PN結還要容易。

 

為什麼呢?大家知道PN結jie內nei部bu存cun在zai有you一yi個ge因yin多duo數shu載zai流liu子zi相xiang互hu擴kuo散san而er產chan生sheng的de內nei電dian場chang，而er內nei電dian場chang的de作zuo用yong方fang向xiang總zong是shi阻zu礙ai多duo數shu載zai流liu子zi的de正zheng向xiang通tong過guo
，所suo以yi，多duo數shu載zai流liu子zi正zheng向xiang通tong過guoPN結時就需要克服內電場的作用
，需要約0.7伏的外加電壓，這是PN結正向導通的門電壓。而反偏時，內電場在電源作用下會被加強也就是PN結加厚，少數載流子反向通過PN結時
，內電場作用方向和少數載流子通過PN結的方向一致，也就是說此時的內電場對於少數載流子的反向通過不僅不會有阻礙作用
，甚至還會有幫助作用。

 

這就導致了以上我們所說的結論：反偏時少數載流子反向通過PN結是很容易的，甚至比正偏時多數載流子正向通過PN結還要容易。這個結論可以很好解釋前麵提到的“問題2”，yejiushijiaocaihouxuneirongyaojiangdaodesanjiguandebaohezhuangtai。sanjiguanzaibaohezhuangtaixia
，jidianjidianweihendishenzhihuijiejinhuoshaodiyujijidianwei，jidianjiechuyulingpianzhi
，danrengranhuiyoujiaodadejidianjiedefanxiangdianliuIc產生。

 

 

繼續討論圖B，PN結jie的de反fan偏pian狀zhuang態tai。利li用yong光guang照zhao控kong製zhi少shao數shu載zai流liu子zi的de產chan生sheng數shu量liang就jiu可ke以yi實shi現xian人ren為wei地di控kong製zhi漏lou電dian流liu的de大da小xiao。既ji然ran如ru此ci，人ren們men自zi然ran也ye會hui想xiang到dao能neng否fou把ba控kong製zhi的de方fang法fa改gai變bian一yi下xia，不bu用yong光guang照zhao而er是shi用yong電dian注zhu入ru的de方fang法fa來lai增zeng加jiaN區或者是P區少數載流子的數量，從而實現對PN結的漏電流的控製。也就是不用“光”的方法，而是用“電”的方法來實現對電流的控製(注2)。接下來重點討論P區
，P區的少數載流子是電子，要想用電注入的方法向P區注入電子
，最好的方法就是如圖C所示，在P區下麵再用特殊工藝加一塊N型半導體(注3)。

 

 

圖C所示其實就是NPN型晶體三極管的雛形
，其相應各部分的名稱以及功能與三極管完全相同。

 

為方便討論，以下我們對圖C中所示的各個部分的名稱直接采用與三極管相應的名稱(如“發射結”，“集電極”等)。再看示意圖C
，圖中最下麵的發射區N型半導體內電子作為多數載流子大量存在，而且，如圖C中所示，要將發射區的電子注入或者說是發射到P區(基區)是很容易的
，隻要使發射結正偏即可。具體說就是在基極與發射極之間加上一個足夠的正向的門電壓(約為0.7伏)就可以了。在外加門電壓作用下，發射區的電子就會很容易地被發射注入到基區

，這樣就實現對基區少數載流子“電子”在數量上的改變。

 

 

如圖C，發射結加上正偏電壓導通後
，在外加電壓的作用下，發射區的多數載流子——電子就會很容易地被大量發射進入基區。這些載流子一旦進入基區，它們在基區(P區)的性質仍然屬於少數載流子的性質。如前所述，少數載流子很容易反向穿過處於反偏狀態的PN結，所以，這些載流子——電子就會很容易向上穿過處於反偏狀態的集電結到達集電區形成集電極電流Ic。

 

由you此ci可ke見jian，集ji電dian極ji電dian流liu的de形xing成cheng並bing不bu是shi一yi定ding要yao靠kao集ji電dian極ji的de高gao電dian位wei。集ji電dian極ji電dian流liu的de大da小xiao更geng主zhu要yao的de要yao取qu決jue於yu發fa射she區qu載zai流liu子zi對dui基ji區qu的de發fa射she與yu注zhu入ru，取qu決jue於yu這zhe種zhong發fa射she與yu注zhu入ru的de程cheng度du。這zhe種zhong載zai流liu子zi的de發fa射she注zhu入ru程cheng度du及ji乎hu與yu集ji電dian極ji電dian位wei的de高gao低di沒mei有you什shen麼me關guan係xi。這zhe正zheng好hao能neng自zi然ran地di說shuo明ming
，為wei什shen麼me三san極ji管guan在zai放fang大da狀zhuang態tai下xia
，集ji電dian極ji電dian流liuIc與集電極電位Vc的大小無關的原因。放大狀態下Ic並不受控於Vc，Vc的作用主要是維持集電結的反偏狀態
，以此來滿足三極管放大態下所需要外部電路條件。

 

對於Ic還可以做如下結論：Ic的本質是“少子”電流

，是通過電子注入而實現的人為可控的集電結“漏”電流，因此它就可以很容易地反向通過集電結。

 

 

很明顯，對於三極管的內部電路來說，圖C與圖D是完全等效的。圖D就是教科書上常用的三極管電流放大原理示意圖。

 

看圖D
，接著上麵的討論，集電極電流Ic與集電極電位Vc的大小無關
，主要取決於發射區載流子對基區的發射注入程度。

 

 

通(tong)過(guo)上(shang)麵(mian)的(de)討(tao)論(lun)，現(xian)在(zai)已(yi)經(jing)明(ming)白(bai)，三(san)極(ji)管(guan)在(zai)電(dian)流(liu)放(fang)大(da)狀(zhuang)態(tai)下(xia)，內(nei)部(bu)的(de)主(zhu)要(yao)電(dian)流(liu)就(jiu)是(shi)由(you)載(zai)流(liu)子(zi)電(dian)子(zi)由(you)發(fa)射(she)區(qu)經(jing)基(ji)區(qu)再(zai)到(dao)集(ji)電(dian)區(qu)貫(guan)穿(chuan)三(san)極(ji)管(guan)所(suo)形(xing)成(cheng)。也(ye)就(jiu)是(shi)貫(guan)穿(chuan)三(san)極(ji)管(guan)的(de)電(dian)流(liu)Ic主要是電子流。這種貫穿的電子流與曆史上的電子三極管非常類似。

 

 

如圖E，圖E就是電子三極管的原理示意圖。電子三極管的電流放大原理因為其結構的直觀形象，可以很自然得到解釋。

 

如圖E所示
，很容易理解，電子三極管Ib與Ic之間的固定比例關係，主要取決於電子管柵極(基極)degouzao。dangwaibudianlutiaojianmanzushi，dianzisanjiguangongzuozaifangdazhuangtai。zaifangdazhuangtaixia，chuanguoguanzidedianliuzhuyaoshiyoufashejijingzhajizaidaojidianjidedianziliu。dianziliuzaichuanyuezhajishi，henxianranzhajihuiduiqijinxingjieliu，jieliushijiucunzaizheyigejieliubiwenti。jieliubidedaxiao

，zezhuyaoyuzhajideshumiduyouguan，ruguozhajizuodemi
，tadedengxiaojieliumianjijiuda
，jieliubiliziranjiuda，lanjiexialaidedianziliujiuduo。fanzhijieliubixiao

，lanjiexialaidedianziliujiushao。zhajilanjiexialaidedianziliuqishijiushidianliuIb，其餘的穿過柵極到達集電極的電子流就是Ic。

 

從圖中可以看出，隻要柵極的結構尺寸確定
，那麼截流比例就確定，也就是Ic與Ib的比值確定。所以
，隻要管子的內部結構確定，的值就確定
，這個比值就固定不變。

 

由此可知，電流放大倍數的β值主要與柵極的疏密度有關。柵極越密則截流比例越大，相應的β值越低，柵極越疏則截流比例越小，相應的β值越高。

 

qishijingtisanjiguandedianliufangdaguanxiyudianzisanjiguanleisi。jingtisanjiguandejijijiuxiangdangyudianzisanjiguandezhaji，jiqujiuxiangdangyuzhawang，zhibuguojingtiguandezhegezhawangshidongtaideshibukejiande。fangdazhuangtaixia，guanchuanzhenggeguanzidedianziliuzaitongguojiqushi，jiquyudianziguandezhawangzuoyongxiangleisi

，huiduidianziliujinxingjieliu。ruguojiquzuodebo，chanzadudi，jiqudekongxueshujiuhuishao
，namekongxueduidianzidejieliuliangjiuxiao
，zhejiuxiangdangyudianziguandezhawangbijiaoshuyiyang。fanzhijieliuliangjiuhuida。henmingxianzhiyaojingtiguansanjiguandeneibujiegouqueding，zhegejieliubiyejiuqueding。suoyi
，weilehuodajiaodadedianliufangdabeishu，shiβ值足夠高
，在製作三極管時往往要把基區做得很薄，而且其摻雜度也要控製得很低。

 

與電子管不同的是
，晶體管的截流主要是靠分布在基區的帶正電的“空穴”對貫穿的電子流中帶負電的“電子”中和來實現。所以，截流的效果主要取決於基區空穴的數量。而且
，這個過程是個動態過程
，“空穴”不斷地與“電子”中和
，同時“空穴”又不斷地會在外部電源作用下得到補充。在這個動態過程中，空穴的等效總數量是不變的。基區空穴的總數量主要取決於摻“雜”度du以yi及ji基ji區qu的de厚hou薄bo，隻zhi要yao晶jing體ti管guan結jie構gou確que定ding，基ji區qu空kong穴xue的de總zong定ding額e就jiu確que定ding，其qi相xiang應ying的de動dong態tai總zong量liang就jiu確que定ding。這zhe樣yang，截jie流liu比bi就jiu確que定ding
，晶jing體ti管guan的de電dian流liu放fang大da倍bei數shu的de值zhi就jiu是shi定ding值zhi。這zhe就jiu是shi為wei什shen麼me放fang大da狀zhuang態tai下xia，三san極ji管guan的de電dian流liuIc與Ib之間會有一個固定的比例關係的原因。

 

 

比例關係說明
，放大狀態下電流Ic按一個固定的比例受控於電流Ib
，這個固定的控製比例主要取決於晶體管的內部結構。

 

對於Ib等於0的截止狀態，問題更為簡單。當Ib等於0時
，說明外部電壓Ube太小，沒有達到發射結的門電壓值
，發射區沒有載流子“電子”向基區的發射注入，所以，此時既不會有電流Ib

，也更不可能有電流Ic。另外，從純數學的電流放大公式更容易推出結論

，Ic=βIb，Ib為0，很顯然Ic也為0。

 

 

 

以yi上shang，我wo們men用yong了le一yi種zhong新xin的de切qie入ru角jiao度du，對dui三san極ji管guan的de原yuan理li在zai講jiang解jie方fang法fa上shang進jin行xing了le探tan討tao。特te別bie是shi對dui晶jing體ti三san極ji管guan放fang大da狀zhuang態tai下xia，集ji電dian結jie為wei什shen麼me會hui反fan向xiang導dao電dian形xing成cheng集ji電dian極ji電dian流liu做zuo了le重zhong點dian討tao論lun
，同tong時shi，對dui三san極ji管guan的de電dian流liu放fang大da倍bei數shu為wei什shen麼me是shi定ding值zhi也ye做zuo了le深shen入ru分fen析xi。這zhe種zhong講jiang解jie方fang法fa的de關guan鍵jian

，在zai於yu強qiang調tiao二er極ji管guan與yu三san極ji管guan在zai原yuan理li上shang的de聯lian係xi。

 

其實，從二極管PN的反向截止特性曲線上很容易看出，隻要將這個特性曲線轉過180度，如圖F所示，它的情形與三極管的輸出特性非常相似，三極管輸出特性如圖G所示。這說明了二極管與三極管在原理上存在著很必然的聯係。所以

，在講解方法上選擇這樣的切入點，從PN結的偏狀態入手講三極管，就顯得非常合適。而且，這樣的講解會使問題變得淺顯易懂生動形象，前後內容之間自然和諧順理成章。

 

這種講法的不足點在於，從PN結(jie)的(de)漏(lou)電(dian)流(liu)入(ru)手(shou)講(jiang)起(qi)，容(rong)易(yi)造(zao)成(cheng)本(ben)征(zheng)漏(lou)電(dian)流(liu)與(yu)放(fang)大(da)電(dian)流(liu)在(zai)概(gai)念(nian)上(shang)的(de)混(hun)肴(yao)。所(suo)以(yi)，在(zai)後(hou)麵(mian)講(jiang)解(jie)晶(jing)體(ti)管(guan)輸(shu)入(ru)輸(shu)出(chu)特(te)性(xing)曲(qu)線(xian)時(shi)
，應(ying)該(gai)注(zhu)意(yi)強(qiang)調(tiao)說(shuo)明(ming)本(ben)征(zheng)載(zai)流(liu)子(zi)與(yu)摻(chan)雜(za)載(zai)流(liu)子(zi)的(de)性(xing)質(zhi)區(qu)別(bie)。本(ben)征(zheng)載(zai)流(liu)子(zi)對(dui)電(dian)流(liu)放(fang)大(da)沒(mei)有(you)貢(gong)獻(xian)，本(ben)征(zheng)載(zai)流(liu)子(zi)的(de)電(dian)流(liu)對(dui)晶(jing)體(ti)管(guan)的(de)特(te)性(xing)影(ying)響(xiang)往(wang)往(wang)是(shi)負(fu)麵(mian)的(de)，是(shi)需(xu)要(yao)克(ke)服(fu)的(de)。晶(jing)體(ti)管(guan)電(dian)流(liu)放(fang)大(da)作(zuo)用(yong)主(zhu)要(yao)靠(kao)摻(chan)雜(za)載(zai)流(liu)子(zi)來(lai)實(shi)現(xian)。要(yao)注(zhu)意(yi)在(zai)概(gai)念(nian)上(shang)進(jin)行(xing)區(qu)別(bie)。

 

lingwai，haiyaozhuyishuoming，congbenzhishangjingtineibuyouguanzailiuzidewentiqishibingbujiandan，tashejidaojingtidenengjifenxinengdaijiegou，yijizailiuziyidongdeshileifenxideng。suoyi
，bingbushisuibianzhaoyizhonghuoliangzhongjuyouzailiuzidedaotihuobandaotijiukeyizhichengPN結
，就可以製成晶體管，晶體管實際的製造工藝也並不是如此簡單。

 

這(zhe)樣(yang)的(de)講(jiang)解(jie)方(fang)法(fa)主(zhu)要(yao)是(shi)在(zai)不(bu)違(wei)反(fan)物(wu)理(li)原(yuan)則(ze)的(de)前(qian)提(ti)下(xia)，試(shi)圖(tu)把(ba)問(wen)題(ti)盡(jin)量(liang)地(di)簡(jian)化(hua)，盡(jin)量(liang)做(zuo)到(dao)淺(qian)顯(xian)易(yi)懂(dong)
，以(yi)便(bian)於(yu)理(li)解(jie)與(yu)接(jie)受(shou)。這(zhe)才(cai)是(shi)這(zhe)種(zhong)講(jiang)解(jie)方(fang)法(fa)的(de)主(zhu)要(yao)意(yi)義(yi)所(suo)在(zai)。