双极结型晶体管 (BJT) - 理论

双极结型晶体管 (BJT) 是一种三端器件，由两个 PN 结 构成，这些 PN 结通过将 P 型或 N 型半导体材料夹在成对的相反类型半导体之间形成。

BJT 的主要功能是增强弱信号的强度，即它充当放大器。BJT 也可以用作电子电路中的固态开关。

BJT 的类型

BJT 有两种类型：

• NPN 晶体管
• PNP 晶体管

在本文中，我们将详细讨论这两种 BJT 的工作原理。

NPN 晶体管

NPN 晶体管由两个 N 型 半导体 材料组成，它们被一层薄的 P 型半导体隔开。两个端子，即发射极和集电极，是从两个 N 型半导体中引出的，基极端子则来自 P 型半导体。

在 BJT 符号中，发射极端子上的箭头指示发射极正向偏置时传统电流的方向。对于 NPN 晶体管，传统电流从发射极流出，如箭头所示。

PNP 晶体管

PNP 晶体管由两个 P 型半导体组成，它们被一层薄的 N 型材料隔开。两个端子，即发射极和集电极，是从两个 P 型半导体层中引出的，基极端子则来自 N 型半导体。对于 PNP 晶体管，传统电流流入发射极，如箭头所示。

关于 BJT 的重要事实

• 有两个 PN 结，因此晶体管可以看作是两个背靠背连接的二极管的组合。

• 集电极区域比发射极和基极都宽。基极比发射极和集电极都薄得多。在晶体管工作期间，集电极会产生大量热量，因此集电极做得更大以散发热量。

• 晶体管具有三个掺杂半导体区域。一个区域称为发射极，另一个称为集电极，中间区域称为基极，并在发射极和集电极之间形成两个 PN 结。

• 通常，BJT 的发射极-基极结是正向偏置的，而集电极-基极结是反向偏置的。

• 与反向偏置结相比，正向偏置结的电阻非常小。

• 发射极是重掺杂的，以便它可以向基极提供大量载流子（电子或空穴）。基极是轻掺杂的且非常薄，因此它将发射极注入的大部分载流子传递到集电极。集电极区域的掺杂浓度适中。

BJT 的工作原理

BJT 的发射极-基极结是正向偏置的，而集电极-基极结是反向偏置的。发射极-基极结的正向偏置导致发射极电流流动，并且该发射极电流完全流入集电极电路。因此，集电极电流取决于发射极电流，并且几乎等于发射极电流。

NPN 晶体管的工作原理

对于正向偏置的发射极-基极结和反向偏置的集电极-基极结，可以看出正向偏置导致电子从 N 型发射极流向 P 型基极。这构成了发射极电流（）。当这些电子流过 P 型基极时，它们会与空穴结合。

由于基极是轻掺杂的且非常薄，因此只有少量电子（少于 5%）与空穴结合形成基极电流（）。其余的（超过 95%）电子穿过基极区域到达集电极区域，形成集电极电流（）。这样，整个发射极电流都流入集电极电路。

发射极电流是基极电流和集电极电流的总和。

$$\mathrm{{I_{E}}={I_{B}}+{I_{C}}}$$

PNP 晶体管的工作原理

对于 PNP 晶体管，发射极-基极结的正向偏置导致空穴从 P 型发射极区域流向 N 型基极，并构成发射极电流（${I_{E}}$）。当这些空穴穿过 N 型基极区域时，它们会与电子结合。由于基极是轻掺杂的且非常薄，因此只有少量空穴（少于 5%）与电子结合。其余的（超过 95%）穿过基极并到达集电极区域，形成集电极电流（${I_{C}}$）。

这样，整个发射极电流都流入集电极电路。需要注意的是，PNP 晶体管内部的电流传导是由于空穴的运动。但是，在外部连接线中，电流仍然是由于电子的流动。

同样，发射极电流是集电极电流和基极电流的总和。

$$\mathrm{{I_{E}}={I_{B}}+{I_{C}}}$$

BJT 偏置

BJT 有两个 PN 结，即发射极-基极结和集电极-基极结。在 BJT 的两个结上施加适当的直流电压称为 BJT 或晶体管偏置。

当晶体管用作放大器时，发射极-基极结是正向偏置的，而集电极-基极结是反向偏置的。如果晶体管在这种偏置条件下工作，则称其工作在**放大区**。

当两个结都正向偏置时，则称晶体管工作在**饱和区**。工作在饱和区的晶体管就像一个闭合开关，集电极电流达到最大值。

当两个结都反向偏置时，则称晶体管工作在**截止区**。工作在截止区的 BJT 就像一个断开的开关，从发射极到集电极流过非常小的集电极电流（以**µA**为单位）。这种电流称为反向泄漏电流，是由少数载流子（P 区中的电子和 N 区中的空穴）引起的。

Manish Kumar Saini

更新于： 2023 年 11 月 2 日

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