半导体/晶体管简介

简介

晶体管是一种电子元件，由两种类型的半导体材料连接而成。一种半导体材料是“P型”，另一种是“N型”。双极型晶体管具有 3 个端子：基极、集电极、发射极。晶体管通常用于放大、开关和缓冲信号或施加的电压。

两种类型的双极结型晶体管 (BJT) 可以从以下 2 种配置构建：1) 一个 P 型区域位于两个 N 型半导体之间。这种配置称为 NPN 晶体管

     

2) 一个 N 型区域位于两个 P 型半导体之间。这种配置称为 PNP 晶体管。

它相当于两个头对头的二极管，但正如之前所说，仅仅连接两个二极管是不会起作用的。通常，PNP 二极管与 NPN 二极管相同，但所有电流方向相反。

I-V 曲线

I-V 曲线表示晶体管的电流与晶体管的电压的关系。

从上面的 I-V 曲线可以看出

$V<V_{BE}.I=0$。晶体管处于截止状态。

$V=V_{BE}.I=1mA$。晶体管导通电流。

$V>V_{BE}.I=e^{V/V_{d}}$。晶体管处于放大状态，提供放大后的电流。

$V=V_{s}.I=I_{s}$。晶体管处于饱和状态。

其中

$V_{BE}=V_{d}$

$V_{d}=0.6$ 硅

工作模式

双极型晶体管可以看作是一个电流放大器。基极电流（很小）会被放大一个因子（通常在 10 到 500 之间），从而产生一个成比例更大的集电极电流。但为了使晶体管能够正常工作，必须施加电压使其导通电流。这些电压称为偏置电压。

根据晶体管的使用方式，它可以表现为（相对）线性放大器或开关。

双极型晶体管具有三个端子，即基极、发射极和集电极，以及两个内部 PN 结：集电极到基极结 (CBJ) 和发射极到基极结 (EBJ)。如果跨结的电压大于二极管正向压降 (V_d)（硅约为 0.6 V），则结将在正向方向（P 到 N）上导通大量电流。晶体管的工作很大程度上受端子偏置方式的影响。下表显示了如何偏置基极-发射极电压 (V_be) 和集电极-发射极电压 (V_ce) 使晶体管进入不同的工作模式。表中显示了硅 NPN 晶体管的电压。

400

工作模式	Vbe	Vce
放大	Vd	>Vcesat
截止	<Vd	>0V
饱和	Vd	Vcesat
反向放大	Vbc = Vd	负值

当晶体管工作在放大模式时，它将充当放大器，这意味着基极电流的微小变化将导致集电极电流的成比例变化。在放大模式下，EBJ 导通，集电极-发射极电压大于集电极-发射极饱和电压 (V_cesat)。通常，V_cesat 约为 0.2V。

当晶体管工作在截止和饱和模式时，它将充当开关。在截止模式下，没有基极电流，因此没有集电极电流。集电极电压并不重要，只要它大于发射极电压即可。在饱和模式下，晶体管完全导通，这意味着基极电流的增加不会导致集电极电流的任何明显增加。

反向放大模式通常不使用。如果在放大模式下将晶体管的发射极和集电极端子互换，则会发生这种模式，从而使发射极和集电极改变角色。根据迄今为止对晶体管的描述，人们可能会认为晶体管是对称的，并且在集电极和发射极互换后将以相同的方式工作。然而，实际晶体管的物理设计使反向放大模式的电流放大倍数远小于正向放大模式，尽管它通常仍然大于 1。这在对原型电路进行故障排除时可能是有用的知识。如果看起来晶体管的增益太低，可能是由于发射极和集电极端子互换所致。

晶体管电路

NPN 晶体管

• NPN/4R1T
• NPN/2R1T

PNP 晶体管

• PNP/4R1T
• PNP/2R1T