实用电子学/双极型晶体管

晶体管是由一个正型半导体夹在两个负型半导体之间，或一个负型半导体夹在两个正型半导体之间制成的。前者被称为 NPN 晶体管。后者被称为 PNP 晶体管。所有晶体管都有三个端子，分别称为 (B)ase、(E)mitter 和 (C)ollector。因此，晶体管可以连接为一个双端口网络。输入端口位于 B-E 接合处。输出端口位于 C-E 接合处。因此，晶体管被称为双极结型器件。

与二极管一样，晶体管也需要偏置以导通或不导通电流，从而打开或关闭晶体管。这使得晶体管起着开关的作用。与二极管一样，晶体管在导通电流时允许电流在一个方向上流动。NPN 晶体管通过信号的正半周期。PNP 晶体管通过信号的负半周期。

当晶体管导通电流时，它将充当电压放大器，根据电阻连接到晶体管的方式，可以是反相或非反相。

晶体管结构

BJT 由三个不同掺杂的半导体区域组成，即发射极区域、基极区域和集电极区域。这些区域在 PNP 中分别是 p 型、n 型和 p 型，而在 NPN 晶体管中分别是 n 型、p 型和 n 型。每个半导体区域都连接到一个端子，分别标为：发射极 (E)、基极 (B) 和集电极 (C)。

基极位于发射极和集电极之间，由轻掺杂、高电阻率的材料制成。集电极包围发射极区域，使得注入到基极区域的电子几乎不可能逃逸而被收集，从而使 α 的最终值非常接近于 1，从而使晶体管具有较大的 β。BJT 的横截面视图表明集电极-基极结的面积远大于发射极-基极结的面积。

双极结型晶体管与其他晶体管不同，通常不是对称的器件。这意味着交换集电极和发射极会使晶体管离开正向有源模式，并开始在反向模式下工作。由于晶体管的内部结构通常针对正向模式工作进行了优化，因此交换集电极和发射极会导致反向工作时 α 和 β 的值远小于正向工作时的值；通常反向模式的 α 低于 0.5。缺乏对称性主要是由于发射极和集电极的掺杂比例造成的。发射极被重掺杂，而集电极被轻掺杂，允许施加较大的反向偏置电压，直到集电极-基极结击穿。在正常工作中，集电极-基极结反向偏置。发射极被重掺杂的原因是提高发射极注入效率：由发射极注入的载流子与由基极注入的载流子的比率。为了获得高电流增益，大多数注入到发射极-基极结的载流子必须来自发射极。

有时在 CMOS 过程中使用的低性能“横向”双极型晶体管有时设计成对称的，即正向和反向操作之间没有区别。

施加在基极-发射极端子上的电压发生微小变化会导致发射极和集电极之间流动的电流发生显着变化。这种效应可用于放大输入电压或电流。BJT 可以被认为是电压控制的电流源，但由于基极的低阻抗，它们更简单地被描述为电流控制的电流源或电流放大器。

早期的晶体管是用锗制成的，但大多数现代 BJT 用硅制成。现在也有少数用砷化镓制成的，特别是用于超高速应用（见下文 HBT）。

晶体管类型

I-V 曲线

V	I	操作
V < V_d	I = 0	晶体管不导通电流
V = V_d	I = 1mA	晶体管开始导通电流
V > V_d	I = $e^{(}{\frac {V}{V_{d}}})$	晶体管导通电流
V = V_s	I = I_s	晶体管饱和