電晶體 - 概述

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在瞭解單個PN接面（即二極體）的詳細資訊後，讓我們嘗試研究兩個PN接面的連線。如果在單個PN接面上新增另一個P型材料或N型材料，則會形成另一個結。這種結構簡稱為電晶體。

電晶體是一種三端半導體器件，它可以調節電流或電壓流動，並充當訊號的開關或門。

電晶體的用途

• 電晶體充當放大器，需要增強訊號強度。

• 電晶體還可以充當開關，在可用選項之間進行選擇。

• 它還可以調節訊號的輸入電流和電壓。

電晶體的構造細節

電晶體是一種三端固態器件，它透過將兩個二極體背對背連線而形成。因此，它有兩個PN接面。三個端子從其中存在的三個半導體材料引出。這種型別的連線提供兩種型別的電晶體。它們分別是PNP和NPN，這意味著兩種P型材料之間有一個N型材料，另一種是兩種N型材料之間有一個P型材料。

下圖顯示了電晶體的基本構造

從電晶體引出的三個端子表示發射極、基極和集電極端子。它們的功能如下所述。

發射極

• 上圖的左側可以理解為發射極。

• 它具有中等尺寸並且高度摻雜，因為它的主要功能是提供大量的多數載流子，即電子或空穴。

• 由於它發射電子，因此被稱為發射極。

• 它用字母E表示。

基極

• 上圖中的中間材料是基極。

• 它很薄並且輕微摻雜。

• 它的主要功能是從發射極將多數載流子傳遞到集電極。

• 它用字母B表示。

集電極

• 上圖中的右側材料可以理解為集電極。

• 它的名稱暗示了其收集載流子的功能。

• 它比發射極和基極稍大一些。它中等摻雜。

• 它用字母C表示。

PNP和NPN電晶體的符號如下所示。

上圖中的箭頭表示電晶體的發射極。由於電晶體的集電極必須耗散更大的功率，因此它做得比較大。由於發射極和集電極的特定功能，它們不能互換。因此，在使用電晶體時，始終要記住這些端子。

在實際電晶體中，發射極引線附近有一個缺口用於識別。可以使用萬用表區分PNP和NPN電晶體。下圖顯示了不同實際電晶體的外觀。

到目前為止，我們已經討論了電晶體的構造細節，但是要了解電晶體的工作原理，首先我們需要了解偏置。

電晶體偏置

眾所周知，電晶體是兩個二極體的組合，這裡有兩個結。由於一個結位於發射極和基極之間，因此稱為發射極-基極結，同樣，另一個是集電極-基極結。

偏置是透過提供電源來控制電路的工作。兩個PN接面的功能都是透過一些直流電源向電路提供偏置來控制的。下圖顯示了電晶體是如何偏置的。

透過檢視上圖，可以理解

• N型材料提供負電源，P型材料提供正電源，以使電路正向偏置。

• N型材料提供正電源，P型材料提供負電源，以使電路反向偏置。

透過施加電源，發射極-基極結始終正向偏置，因為發射極電阻非常小。集電極-基極結反向偏置，其電阻稍高。發射極結處需要小的正向偏置，而集電極結處必須施加高反向偏置。

上圖中所示的電流方向，也稱為常規電流，是空穴電流的運動，它與電子電流相反。

PNP電晶體的工作原理

可以透過檢視下圖來解釋PNP電晶體的工作原理，其中發射極-基極結正向偏置，集電極-基極結反向偏置。

電壓V_EE在發射極提供正電位，這會排斥P型材料中的空穴，這些空穴穿過發射極-基極結到達基極區域。那裡只有一小部分空穴與N區的自由電子複合。這提供了非常小的電流，構成基極電流I_B。其餘空穴穿過集電極-基極結，構成集電極電流I_C，這是空穴電流。

當空穴到達集電極端子時，來自電池負極的電子填充集電極的空間。這種流動緩慢增加，電子少數載流子電流流過發射極，其中每個進入V_EE正極的電子都被向發射極結移動的空穴所取代。這構成了發射極電流I_E。

因此，我們可以理解：

• PNP電晶體中的導電是透過空穴進行的。

• 集電極電流略小於發射極電流。

• 發射極電流的增加或減少會影響集電極電流。

NPN電晶體的工作原理

可以透過檢視下圖來解釋NPN電晶體的工作原理，其中發射極-基極結正向偏置，集電極-基極結反向偏置。

電壓V_EE在發射極提供負電位，這會排斥N型材料中的電子，這些電子穿過發射極-基極結到達基極區域。那裡只有一小部分電子與P區的自由空穴複合。這提供了非常小的電流，構成基極電流I_B。其餘電子穿過集電極-基極結，構成集電極電流I_C。

當電子從集電極端子出來並進入電池的正極時，來自電池V_EE負極的電子進入發射極區域。這種流動緩慢增加，電子電流流過電晶體。

因此，我們可以理解：

• NPN電晶體中的導電是透過電子進行的。

• 集電極電流大於發射極電流。

• 發射極電流的增加或減少會影響集電極電流。

電晶體的優點

使用電晶體有很多優點，例如：

• 高電壓增益。
• 只需要較低的電源電壓。
• 最適合低功率應用。
• 體積更小，重量更輕。
• 機械強度比真空管強。
• 不需要像真空管那樣進行外部加熱。
• 非常適合與電阻器和二極體整合以生產積體電路。

也有一些缺點，例如由於功耗較低，它們不能用於大功率應用。它們的輸入阻抗較低，並且受溫度影響。