半導體/電晶體簡介

簡介

電晶體是一種電子元件，由兩種型別的半導體材料連線而成。一種半導體材料是“P型”，另一種是“N型”。雙極型電晶體具有 3 個端子：基極、集電極、發射極。電晶體通常用於放大、開關和緩衝訊號或施加的電壓。

兩種型別的雙極結型電晶體 (BJT) 可以從以下 2 種配置構建：1) 一個 P 型區域位於兩個 N 型半導體之間。這種配置稱為 NPN 電晶體

     

2) 一個 N 型區域位於兩個 P 型半導體之間。這種配置稱為 PNP 電晶體。

它相當於兩個頭對頭的二極體，但正如之前所說，僅僅連線兩個二極體是不會起作用的。通常，PNP 二極體與 NPN 二極體相同，但所有電流方向相反。

I-V 曲線

I-V 曲線表示電晶體的電流與電晶體的電壓的關係。

從上面的 I-V 曲線可以看出

$V<V_{BE}.I=0$。電晶體處於截止狀態。

$V=V_{BE}.I=1mA$。電晶體導通電流。

$V>V_{BE}.I=e^{V/V_{d}}$。電晶體處於放大狀態，提供放大後的電流。

$V=V_{s}.I=I_{s}$。電晶體處於飽和狀態。

其中

$V_{BE}=V_{d}$

$V_{d}=0.6$ 矽

工作模式

雙極型電晶體可以看作是一個電流放大器。基極電流（很小）會被放大一個因子（通常在 10 到 500 之間），從而產生一個成比例更大的集電極電流。但為了使電晶體能夠正常工作，必須施加電壓使其導通電流。這些電壓稱為偏置電壓。

根據電晶體的使用方式，它可以表現為（相對）線性放大器或開關。

雙極型電晶體具有三個端子，即基極、發射極和集電極，以及兩個內部 PN 結：集電極到基極結 (CBJ) 和發射極到基極結 (EBJ)。如果跨結的電壓大於二極體正向壓降 (V_d)（矽約為 0.6 V），則結將在正向方向（P 到 N）上導通大量電流。電晶體的工作很大程度上受端子偏置方式的影響。下表顯示瞭如何偏置基極-發射極電壓 (V_be) 和集電極-發射極電壓 (V_ce) 使電晶體進入不同的工作模式。表中顯示了矽 NPN 電晶體的電壓。

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

當電晶體工作在放大模式時，它將充當放大器，這意味著基極電流的微小變化將導致集電極電流的成比例變化。在放大模式下，EBJ 導通，集電極-發射極電壓大於集電極-發射極飽和電壓 (V_cesat)。通常，V_cesat 約為 0.2V。

當電晶體工作在截止和飽和模式時，它將充當開關。在截止模式下，沒有基極電流，因此沒有集電極電流。集電極電壓並不重要，只要它大於發射極電壓即可。在飽和模式下，電晶體完全導通，這意味著基極電流的增加不會導致集電極電流的任何明顯增加。

反向放大模式通常不使用。如果在放大模式下將電晶體的發射極和集電極端子互換，則會發生這種模式，從而使發射極和集電極改變角色。根據迄今為止對電晶體的描述，人們可能會認為電晶體是對稱的，並且在集電極和發射極互換後將以相同的方式工作。然而，實際電晶體的物理設計使反向放大模式的電流放大倍數遠小於正向放大模式，儘管它通常仍然大於 1。這在對原型電路進行故障排除時可能是有用的知識。如果看起來電晶體的增益太低，可能是由於發射極和集電極端子互換所致。

電晶體電路

NPN 電晶體

• NPN/4R1T
• NPN/2R1T

PNP 電晶體

• PNP/4R1T
• PNP/2R1T