晶体管的器件和工作原理

双极晶体管对现代电子和电气工程的实际重要性怎么强调都不为过。双极型晶体管如今无处不在：产生和放大信号，在电气转换器、接收器和发射器以及许多其他地方，它可以列出很长时间。

因此，在本文的框架内，我们不会触及双极晶体管的所有可能应用领域，而只会考虑这种奇妙的半导体器件的器件和一般工作原理，它从 1950 年代开始改变了整个电子行业，自 1970 年代以来，对加速技术进步做出了重大贡献。

双极晶体管是一种三电极半导体器件，包括三个可变电导率的基极作为基极。因此，晶体管是 NPN 和 PNP 类型。制作晶体管的半导体材料主要有：硅、锗、砷化镓等。

硅、锗等物质最初是电介质，如果加入杂质，就会变成半导体。添加到硅中，例如磷（电子供体）将使硅成为 N 型半导体，如果将硼（电子受体）添加到硅中，则硅将成为 P 型半导体。

因此，N型半导体具有电子传导性，P型半导体具有空穴传导性。如您所知，电导率取决于活性电荷载流子的类型。

双极晶体管器件

因此，P 型和 N 型半导体的三层饼图本质上是一个双极晶体管。连接到每一层的终端称为：发射器、收集器和基极。

底座是电导率控制电极。发射极是电路中载流子的来源。收集器是电流载流子在施加到器件的 EMF 作用下冲向的位置。

NPN 和 PNP 晶体管

图中 NPN 和 PNP 双极晶体管的符号不同。这些名称仅反映电路中晶体管的器件和工作原理。箭头始终绘制在发射器和基极之间。箭头的方向是馈入基极发射极电路的控制电流的方向。

因此，在 NPN 晶体管中，箭头从基极指向发射极，这意味着在有源模式下，来自发射极的电子将冲向集电极，而控制电流必须从基极指向发射极。

在 PNP 晶体管中，恰恰相反：箭头从发射极指向基极，这意味着在有源模式下，发射极的空穴冲向集电极，而控制电流必须从发射极指向基极根据。

NPN晶体管开关电路

让我们看看为什么会这样。当相对于其发射极向 NPN 晶体管的基极（在 0.7 伏范围内）施加恒定正电压时，该 NPN 晶体管的基极-发射极 pn 结（见图）正向偏置，势垒之间集电极结-基极和基极发射极减少，现在电子可以在集电极-发射极电路中的电动势作用下穿过它。

在基极电流足够大的情况下，该电路中将产生集电极-发射极电流，并与基极-发射极电流一起收集。 NPN 晶体管将导通。

集电极电流与控制电流（基极）的关系称为三极管的电流增益。该参数在晶体管文档中给出，可以从单位到几百不等。

PNP三极管电路

当一个恒定的负电压施加到一个 PNP 晶体管的基极（在 -0.7 伏区域）相对于它的发射极时，这个 PNP 晶体管的 np 基极 - 发射极结是正向偏置的，并且集电极之间的势垒 -基极和基极结-发射极减少，现在空穴可以在集电极-发射极电路中的电动势作用下穿过它。

注意集电极电路的电源极性。在基极电流足够大的情况下，该电路中将产生集电极-发射极电流，并与基极-发射极电流一起收集。 PNP 晶体管将导通。

双极晶体管通常用于放大器、势垒或开关中的各种设备。

在升压模式下，基极电流永远不会低于保持电流，这使晶体管始终处于开路导通状态。在这种模式下，低基极电流振荡会在更高的集电极电流下引发相应的振荡。

在按键模式下，晶体管从关闭状态切换到打开状态，充当高速电子开关。在势垒模式下，通过改变基极电流，控制集电极电路中包含的负载电流。