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 结组成，通过将 p 型或 n 型半导体材料夹在一对相反类型的半导体之间而形成。

BJT 的主要功能是增加弱信号的强度，即充当放大器。BJT 还可用作电子电路中的固态开关。

BJT的类型

有两种类型的 BJT -

• 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，它们被一层薄薄的 p 型半导体隔开。两个终端即。发射极和集电极从两个n型半导体中取出，基极来自p型半导体。

在 BJT 符号中，发射极端子上的箭头表示正向偏置时发射极中常规电流的方向。对于 npn 晶体管，常规电流从发射极流出，如外向箭头所示。

PNP晶体管

pnp 晶体管由两个 p 型半导体组成，它们被一层薄薄的 n 型材料隔开。两个终端即。发射极和集电极从两个p型半导体层中取出，基极来自n型半导体。对于 pnp 晶体管，常规电流如向内箭头所示流入发射极。

关于 BJT 的重要事实

• 有两个 pn 结，因此可以将晶体管视为两个背对背连接的二极管的组合。

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

• 晶体管具有三段掺杂半导体。一部分称为发射极，另一部分称为集电极，中间部分称为基极，在发射极和集电极之间形成两个 pn 结。

• 通常，BJT 的发射极-基极结正向偏置，而集电极-基极结反向偏置。

• 与反向偏置结的电阻相比，正向偏置结的电阻非常小。

• 发射极被重掺杂，因此它可以向基极提供更多的电荷载流子（电子或空穴）。基极轻掺杂且非常薄，因此它将发射极注入的大部分电荷载流子传递到集电极。集电极区的掺杂浓度适中。

BJT的工作原理

BJT 的发射极-基极结正向偏置，而集电极-基极结反向偏置。发射极-基极结的正向偏压导致发射极电流流动，并且该发射极电流完全在集电极电路中流动。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

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 型发射极流入 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，它们倾向于与空穴结合。

由于基极轻掺杂且非常薄，因此只有少量电子（小于 5%）与空穴结合构成基极电流()。剩余的（超过 95%）电子越过基区到达集电极区，构成集电极电流()。以这种方式，整个发射极电流在集电极电路中流动。

发射极电流是基极电流和集电极电流之和。

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

PNP晶体管的工作

对于pnp晶体管，发射极-基极结的正向偏压导致p型发射区中的空穴流向n型基极，并构成发射极电流（${I_{E}}$）。当这些空穴穿过 n 型基区时，它们倾向于与电子结合。由于基极轻掺杂且非常薄，因此只有少量空穴（小于 5%）与电子结合。剩余的（超过 95%）穿过基极并进入集电极区以构成集电极电流（${I_{C}}$）。

以这种方式，整个发射极电流流入集电极电路。可以注意到，pnp 晶体管内部的电流传导是由于空穴的移动。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之和。

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

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 的两个结点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-基极结正向偏置，集电极-基极结反向偏置。如果晶体管在此偏置条件下工作，则称其工作在有源区。

当两个结都被正向偏置时，晶体管就被称为在饱和区工作。在饱和区工作的晶体管就像一个闭合的开关，集电极电流变得最大。

当两个结都反向偏置时，晶体管被称为在截止区域中工作。在截止区工作的 BJT 作为一个开路开关，一个非常小的集电极电流（以µA 为单位）从发射极流向集电极。该电流称为反向漏电流，是由少数电荷载流子（p 区中的电子和 n 区中的空穴）引起的。