晶体管 - 概述

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在了解单个PN结（即二极管）的详细信息后，让我们尝试研究两个PN结的连接。如果在单个PN结上添加另一个P型材料或N型材料，则会形成另一个结。这种结构简称为晶体管。

晶体管是一种三端半导体器件，它可以调节电流或电压流动，并充当信号的开关或门。

晶体管的用途

• 晶体管充当放大器，需要增强信号强度。

• 晶体管还可以充当开关，在可用选项之间进行选择。

• 它还可以调节信号的输入电流和电压。

晶体管的构造细节

晶体管是一种三端固态器件，它通过将两个二极管背对背连接而形成。因此，它有两个PN结。三个端子从其中存在的三个半导体材料引出。这种类型的连接提供两种类型的晶体管。它们分别是PNP和NPN，这意味着两种P型材料之间有一个N型材料，另一种是两种N型材料之间有一个P型材料。

下图显示了晶体管的基本构造

从晶体管引出的三个端子表示发射极、基极和集电极端子。它们的功能如下所述。

发射极

• 上图的左侧可以理解为发射极。

• 它具有中等尺寸并且高度掺杂，因为它的主要功能是提供大量的多数载流子，即电子或空穴。

• 由于它发射电子，因此被称为发射极。

• 它用字母E表示。

基极

• 上图中的中间材料是基极。

• 它很薄并且轻微掺杂。

• 它的主要功能是从发射极将多数载流子传递到集电极。

• 它用字母B表示。

集电极

• 上图中的右侧材料可以理解为集电极。

• 它的名称暗示了其收集载流子的功能。

• 它比发射极和基极稍大一些。它中等掺杂。

• 它用字母C表示。

PNP和NPN晶体管的符号如下所示。

上图中的箭头表示晶体管的发射极。由于晶体管的集电极必须耗散更大的功率，因此它做得比较大。由于发射极和集电极的特定功能，它们不能互换。因此，在使用晶体管时，始终要记住这些端子。

在实际晶体管中，发射极引线附近有一个缺口用于识别。可以使用万用表区分PNP和NPN晶体管。下图显示了不同实际晶体管的外观。

到目前为止，我们已经讨论了晶体管的构造细节，但是要了解晶体管的工作原理，首先我们需要了解偏置。

晶体管偏置

众所周知，晶体管是两个二极管的组合，这里有两个结。由于一个结位于发射极和基极之间，因此称为发射极-基极结，同样，另一个是集电极-基极结。

偏置是通过提供电源来控制电路的工作。两个PN结的功能都是通过一些直流电源向电路提供偏置来控制的。下图显示了晶体管是如何偏置的。

通过查看上图，可以理解

• N型材料提供负电源，P型材料提供正电源，以使电路正向偏置。

• N型材料提供正电源，P型材料提供负电源，以使电路反向偏置。

通过施加电源，发射极-基极结始终正向偏置，因为发射极电阻非常小。集电极-基极结反向偏置，其电阻稍高。发射极结处需要小的正向偏置，而集电极结处必须施加高反向偏置。

上图中所示的电流方向，也称为常规电流，是空穴电流的运动，它与电子电流相反。

PNP晶体管的工作原理

可以通过查看下图来解释PNP晶体管的工作原理，其中发射极-基极结正向偏置，集电极-基极结反向偏置。

电压V_EE在发射极提供正电位，这会排斥P型材料中的空穴，这些空穴穿过发射极-基极结到达基极区域。那里只有一小部分空穴与N区的自由电子复合。这提供了非常小的电流，构成基极电流I_B。其余空穴穿过集电极-基极结，构成集电极电流I_C，这是空穴电流。

当空穴到达集电极端子时，来自电池负极的电子填充集电极的空间。这种流动缓慢增加，电子少数载流子电流流过发射极，其中每个进入V_EE正极的电子都被向发射极结移动的空穴所取代。这构成了发射极电流I_E。

因此，我们可以理解：

• PNP晶体管中的导电是通过空穴进行的。

• 集电极电流略小于发射极电流。

• 发射极电流的增加或减少会影响集电极电流。

NPN晶体管的工作原理

可以通过查看下图来解释NPN晶体管的工作原理，其中发射极-基极结正向偏置，集电极-基极结反向偏置。

电压V_EE在发射极提供负电位，这会排斥N型材料中的电子，这些电子穿过发射极-基极结到达基极区域。那里只有一小部分电子与P区的自由空穴复合。这提供了非常小的电流，构成基极电流I_B。其余电子穿过集电极-基极结，构成集电极电流I_C。

当电子从集电极端子出来并进入电池的正极时，来自电池V_EE负极的电子进入发射极区域。这种流动缓慢增加，电子电流流过晶体管。

因此，我们可以理解：

• NPN晶体管中的导电是通过电子进行的。

• 集电极电流大于发射极电流。

• 发射极电流的增加或减少会影响集电极电流。

晶体管的优点

使用晶体管有很多优点，例如：

• 高电压增益。
• 只需要较低的电源电压。
• 最适合低功率应用。
• 体积更小，重量更轻。
• 机械强度比真空管强。
• 不需要像真空管那样进行外部加热。
• 非常适合与电阻器和二极管集成以生产集成电路。

也有一些缺点，例如由于功耗较低，它们不能用于大功率应用。它们的输入阻抗较低，并且受温度影响。