晶體管的器件和工作原理

雙極晶體管對現代電子和電氣工程的實際重要性怎麼強調都不為過。雙極型晶體管如今無處不在：產生和放大信號，在電氣轉換器、接收器和發射器以及許多其他地方，它可以列出很長時間。

因此，在本文的框架內，我們不會觸及雙極晶體管的所有可能應用領域，而只會考慮這種奇妙的半導體器件的器件和一般工作原理，它從 1950 年代開始改變了整個電子行業，自 1970 年代以來，對加速技術進步做出了重大貢獻。

雙極晶體管是一種三電極半導體器件，包括三個可變電導率的基極作為基極。因此，晶體管是 NPN 和 PNP 類型。製作晶體管的半導體材料主要有：矽、鍺、砷化鎵等。

矽、鍺等物質最初是電介質，如果加入雜質，就會變成半導體。添加到矽中，例如磷（電子供體）將使矽成為 N 型半導體，如果將硼（電子受體）添加到矽中，則矽將成為 P 型半導體。

因此，N型半導體具有電子傳導性，P型半導體具有空穴傳導性。如您所知，電導率取決於活性電荷載流子的類型。

雙極晶體管器件

因此，P 型和 N 型半導體的三層餅圖本質上是一個雙極晶體管。連接到每一層的終端稱為：發射器、收集器和基極。

底座是電導率控制電極。發射極是電路中載流子的來源。收集器是電流載流子在施加到器件的 EMF 作用下沖向的位置。

NPN 和 PNP 晶體管

圖中 NPN 和 PNP 雙極晶體管的符號不同。這些名稱僅反映電路中晶體管的器件和工作原理。箭頭始終繪製在發射器和基極之間。箭頭的方向是饋入基極發射極電路的控制電流的方向。

因此，在 NPN 晶體管中，箭頭從基極指向發射極，這意味著在有源模式下，來自發射極的電子將沖向集電極，而控制電流必須從基極指向發射極。

在 PNP 晶體管中，恰恰相反：箭頭從發射極指向基極，這意味著在有源模式下，發射極的空穴沖向集電極，而控制電流必須從發射極指向基極根據。

NPN晶體管開關電路

讓我們看看為什麼會這樣。當相對於其發射極向 NPN 晶體管的基極（在 0.7 伏範圍內）施加恆定正電壓時，該 NPN 晶體管的基極-發射極 pn 結（見圖）正向偏置，勢壘之間集電極結-基極和基極發射極減少，現在電子可以在集電極-發射極電路中的電動勢作用下穿過它。

在基極電流足夠大的情況下，該電路中將產生集電極-發射極電流，並與基極-發射極電流一起收集。 NPN 晶體管將導通。

集電極電流與控制電流（基極）的關係稱為三極管的電流增益。該參數在晶體管文檔中給出，可以從單位到幾百不等。

PNP三極管電路

當一個恆定的負電壓施加到一個 PNP 晶體管的基極（在 -0.7 伏區域）相對於它的發射極時，這個 PNP 晶體管的 np 基極 - 發射極結是正向偏置的，並且集電極之間的勢壘 -基極和基極結-發射極減少，現在空穴可以在集電極-發射極電路中的電動勢作用下穿過它。

注意集電極電路的電源極性。在基極電流足夠大的情況下，該電路中將產生集電極-發射極電流，並與基極-發射極電流一起收集。 PNP 晶體管將導通。

雙極晶體管通常用於放大器、勢壘或開關中的各種設備。

在升壓模式下，基極電流永遠不會低於保持電流，這使晶體管始終處於開路導通狀態。在這種模式下，低基極電流振盪會在更高的集電極電流下引發相應的振盪。

在按鍵模式下，晶體管從關閉狀態切換到打開狀態，充當高速電子開關。在勢壘模式下，通過改變基極電流，控制集電極電路中包含的負載電流。