三极管的结构和作用

在电子电路中，应用最多的元件可以说是三极管了。可以用NPN型三极管为例子，来了解三极管的结构和作用。

上图就是常用的三极管的图片，关于晶体三极管的出现，还要从上个世纪中期说起。当时三位科学家在做半导体的声音信号放大实验，意外地发现通过一端的微弱电流，能够控制另一端比较大的电流输出。通过反复尝试，终于有了具有电流放大效应的三极管出现。三极管可以通过一个微弱电流，来控制另外一个比较大的电流，起到放大和开关作用。

当时科学家做的是哪种实验呢，现在有一个类似实验——矿石收音机，可以帮助理解。这个矿石收音机的实验，是利用的半导体的检波功能。（详细内容可以查看二极管检波部分：二极管的原理和应用）

半导体允许电磁波正半周或负半周导通，可以制作收音机。

上图为矿石收音机模型，早期的矿石收音机可以用天然矿石检波。比如使用黄铁矿晶体，调整探针在晶体上的不同位置，可以找到半导体效应的接触点，从而对无线电波检波，得到音频信号。

天然黄铁矿具有规则晶体结构，单晶硅也是有规则原子排列的晶体。当晶体管发明以后，人们用晶体管代替了矿石作为新的检波材料。

晶体管带来了固态革命，为集成电路带来了可能。从晶体三极管的发明以来，不仅推动了科学技术的进步，还影响到每个人的生活。

称呼三极管常用到的单词是：BipolarJunctionTransistor，这是双极结型晶体管。其中晶体管Transistor是后来人们发明的一个单词，开始写为Trans-Resistor。本来是可变电阻的意思，因为人们发现的是改变电流的作用，很类似滑动变阻器。三极管一方面可以放大电流，另一方面可以控制通和断。相比滑动变阻器，三极管可以用电信号控制，并且频率快。

三极管按照材料不同可以分为锗管和硅管，每种都有NPN和PNP两种结构形式。与二极管类似N为负极Negative的首字母，P为正极Positive的首字母。（PN结部分详细内容可以参考电子电路基础——二极管）

对于硅基NPN三极管，是2块N型半导体中间夹着一块P型半导体构成。发射区与基区之间的PN结是发射结，集电区与基区之间的PN结是集电结，三条引线称为发射极e（Emitter）、基极b(Base)和集电极c(Collector）

对于硅基NPN三极管，当b点电位比e点电位高零点几伏的时候，发射结处于正偏状态。当c点电位高于b点电位几伏时，集电结处于反偏状态。集电极电源高于基极电源。

对于硅基NPN三极管，人们使发射区的多数载流子浓度大于基区，同时基区很波薄。一旦接通电源后，发射结正偏，发射区和基区的载流子很容易向对方扩散，这股电子流为发射极电流。

Ie=Ib+Ic

在基极提供很小的电流Ib，可以控制集电极上一个较大的电流Ic，这就是电流放大。

三极管有电流放大作用，后来在此基础上发明了场效应管和功率放大器。

另外，根据三极管可以控制电流通断，应用到逻辑电路中，“非门”中用到了三极管。

晶体三极管使电子产品的广泛应用成为可能，由晶体管为基础的集成电路继续影响着社会的方方面面。

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