不同類型的晶體管及其功能

晶體管是一種有源元件，遍布電子電路。它們用作放大器和開關(guān)設(shè)備。作為放大器，它們用于高電平和低電平、頻率級、振蕩器、調(diào)制器、檢測器以及任何需要執(zhí)行功能的電路中。在數(shù)字電路中，它們用作開關(guān)。世界上有大量的制造商生產(chǎn)半導(dǎo)體（晶體管是該設(shè)備家族的成員），因此有數(shù)千種不同的類型。有低功率、中功率和高功率晶體管，用于高頻和低頻工作，用于非常高電流和/或高電壓工作。本文概述了什么是晶體管、不同類型的晶體管及其應(yīng)用。

什么是晶體管

晶體管是電子設(shè)備。它是通過p型和n型半導(dǎo)體制成的。當(dāng)半導(dǎo)體放置在相同類型半導(dǎo)體之間的中心時，這種排列稱為晶體管。我們可以說晶體管是兩個二極管的組合，它是背靠背連接的。晶體管是一種調(diào)節(jié)電流或電壓的設(shè)備，充當(dāng)電子信號的按鈕或門。?

晶體管由三層半導(dǎo)體器件組成，每層都能夠移動電流。半導(dǎo)體是一種以“半熱敏”方式導(dǎo)電的材料，例如鍺和硅。它介于真正的導(dǎo)體（例如銅）和絕緣體（類似于塑料包裹的粗糙電線）之間。

晶體管符號

公開了 npn 和 pnp 晶體管的圖解形式。在線連接是采用引出形式。箭頭符號定義了發(fā)射極電流。在 npn 連接中，我們確定電子流入發(fā)射極。這意味著保守電流從發(fā)射極流出，如流出箭頭所示。同樣，可以看出，對于 pnp 連接，保守電流流入發(fā)射極，如圖中向內(nèi)的箭頭所示。

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PNP 和 NPN 晶體管

晶體管的種類繁多，每種晶體管的特性各不相同，各有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。某些類型的晶體管主要用于開關(guān)應(yīng)用。其他的可用于開關(guān)和放大。盡管如此，其他晶體管仍屬于自己的專業(yè)組，例如光電晶體管，它們會對照射在其上的光量做出反應(yīng)，從而產(chǎn)生流過它的電流。以下是不同類型晶體管的列表；我們將回顧一下創(chuàng)造它們的特征

晶體管的兩種主要類型是什么？

晶體管分為 BJT 和 FET 兩種類型。

雙極結(jié)型晶體管 (BJT)

雙極結(jié)型晶體管是由基極、集電極和發(fā)射極 3 個區(qū)域組成的晶體管。雙極結(jié)型晶體管（與 FET 晶體管不同）是電流控制器件。進(jìn)入晶體管基極區(qū)的小電流會導(dǎo)致從發(fā)射極流向集電極區(qū)的電流大得多。雙極結(jié)型晶體管有兩種主要類型：NPN 和 PNP。NPN 晶體管是一種大多數(shù)載流子是電子的晶體管。

從發(fā)射極流向集電極的電子形成流經(jīng)晶體管的大部分電流的基極。其他類型的電荷——空穴——只占少數(shù)。PNP晶體管則相反。在PNP晶體管中，載流子大多數(shù)為空穴。BJT 晶體管有兩種類型，即 PNP 和 NPN

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雙極結(jié)型晶體管引腳

PNP晶體管

該晶體管是另一種 BJT——雙極結(jié)型晶體管，它包含兩種 p 型半導(dǎo)體材料。這些材料通過薄 n 型半導(dǎo)體層分開。在這些晶體管中，大多數(shù)電荷載流子是空穴，而少數(shù)電荷載流子是電子。

在該晶體管中，箭頭符號表示傳統(tǒng)的電流流動。該晶體管中的電流方向是從發(fā)射極端到集電極端子。一旦基極端子與發(fā)射極端子相比被拖至低電平，該晶體管將導(dǎo)通。PNP晶體管的符號如下所示。

NPN晶體管

NPN也是BJT（雙極結(jié)型晶體管）的一種，它包括通過薄p型半導(dǎo)體層分開的兩種n型半導(dǎo)體材料。在 NPN 晶體管中，大多數(shù)載流子是電子，而少數(shù)載流子是空穴。電子從發(fā)射極端子流向集電極端子將在晶體管的基極端子內(nèi)形成電流。

在晶體管中，基極端子提供的電流量較??少會導(dǎo)致從發(fā)射極端子到集電極提供大量電流。目前常用的BJT是NPN晶體管，因為電子遷移率比空穴遷移率更高。NPN晶體管的符號如下所示。

場效應(yīng)晶體管

場效應(yīng)晶體管由 3 個區(qū)域組成：柵極、源極和漏極。與雙極晶體管不同，F(xiàn)ET 是電壓控制器件。柵極處的電壓控制電流從晶體管的源極流向漏極。場效應(yīng)晶體管具有非常高的輸入阻抗，從幾兆歐 (MΩ) 到更大的電阻值。

這種高輸入阻抗導(dǎo)致它們流過的電流非常少。（根據(jù)歐姆定律，電流與電路阻抗值成反比。如果阻抗高，電流就會非常低。）因此，F(xiàn)ET 從電路電源汲取的電流非常少。

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場效應(yīng)晶體管

因此，這是理想的，因為它們不會干擾它們所連接的原始電路功率元件。它們不會導(dǎo)致電源負(fù)載下降。FET 的缺點(diǎn)是它們無法提供與雙極晶體管相同的放大效果。

雙極晶體管的優(yōu)勢在于它們提供了更大的放大能力，盡管 FET 的優(yōu)勢在于負(fù)載更小、更便宜且更容易制造。場效應(yīng)晶體管有 2 種主要類型：JFET 和 MOSFET。JFET 和 MOSFET 非常相似，但 MOSFET 的輸入阻抗值甚至比 JFET 更高。這會導(dǎo)致電路中的負(fù)載更少。FET晶體管分為兩種類型，即JFET和MOSFET。

結(jié)型場效應(yīng)晶體管

JFET 代表結(jié)型場效應(yīng)晶體管。這很簡單，也是 FET 晶體管的初始類型，可用作電阻器、放大器、開關(guān)等。這是一種電壓控制器件，不使用任何偏置電流。一旦在柵極和源極端子之間施加電壓，它就會控制 JFET 晶體管的源極和漏極之間的電流。

結(jié)型場效應(yīng)晶體管（JUGFET 或 JFET）沒有 PN 結(jié)，但取而代之的是高電阻率半導(dǎo)體材料的狹窄部分，形成 N 型或 P 型硅“通道”，供多數(shù)載流子流過兩端有兩個歐姆電氣連接，通常分別稱為漏極和源極。

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結(jié)型場效應(yīng)晶體管有兩種基本配置：N 溝道 JFET 和 P 溝道 JFET。N 溝道 JFET 的溝道摻雜有施主雜質(zhì)，這意味著流過溝道的電流以電子形式為負(fù)（因此稱為 N 溝道）。這些晶體管有 P 溝道和 N 溝道類型。

場效應(yīng)管

MOSFET（金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管）是所有類型晶體管中最常用的。顧名思義，它包括金屬柵極的端子。該晶體管包括四個端子，如源極、漏極、柵極和襯底或主體。

與 BJT 和 JFET 相比，MOSFET 有幾個優(yōu)點(diǎn)，因為它提供高 I/P 阻抗和低 O/P 阻抗。MOSFET 主要用于低功率電路，尤其是在芯片設(shè)計時。這些晶體管有耗盡型和增強(qiáng)型兩種類型。此外，這些類型分為P溝道和N溝道類型。

FET 的主要特點(diǎn)如下。

· 它是單極的，因為電子或空穴等電荷載流子負(fù)責(zé)傳輸。

· 在 FET 中，由于反向偏置，輸入電流將會流動。因此該晶體管的輸入阻抗較高。

· 當(dāng)場效應(yīng)晶體管的輸出電壓通過柵極輸入電壓來控制時，這種晶體管被稱為電壓控制器件。

· 在引導(dǎo)車道上，不存在交叉路口。因此，與 BJT 相比，F(xiàn)ET 的噪聲更小。

· 增益的表征可以通過跨導(dǎo)來完成，因為它是 o/p 變化電流與輸入電壓變化的比率

· FET 的 O/P 阻抗較低。

場效應(yīng)管的優(yōu)點(diǎn)

與 BJT 相比，F(xiàn)ET 的優(yōu)點(diǎn)包括以下幾點(diǎn)。

· FET 是單極器件，而 BJT 是雙極器件

· FET 是電壓驅(qū)動器件，而 BJT 是電流驅(qū)動器件

· FET 的 i/p 阻抗較高，而 BJT 的阻抗較低

· 與 BJT 相比，F(xiàn)ET 的噪聲水平較低

· FET 的熱穩(wěn)定性較高，而 BJT 的熱穩(wěn)定性較低。

· FET 的增益表征可以通過跨導(dǎo)來完成，而 BJT 則可以通過電壓增益來表征

場效應(yīng)管的應(yīng)用

FET 的應(yīng)用包括以下內(nèi)容。

· 這些晶體管用于不同的電路中以減少負(fù)載效應(yīng)。

· 它們用于多種電路，如相移振蕩器、電壓表和緩沖放大器。

場效應(yīng)管端子

FET 具有源極、柵極和漏極三個端子，這與 BJT 的端子不同。在 FET 中，源極端子類似于 BJT 的發(fā)射極端子，而柵極端子類似于基極端子和漏極端子到集電極端子。

源終端

· 在 FET 中，源極端子是電荷載流子進(jìn)入溝道的源極端子。

· 這類似于BJT的發(fā)射極端子

· 源終端可以用“S”表示。

· 可以像 IS 一樣指定流過源極端子通道的電流。 登機(jī)口航站樓

· 在 FET 中，柵極端子在控制整個通道的電流流動方面發(fā)揮著重要作用。

· 通過向柵極端子提供外部電壓，可以控制電流的流動。

· 柵極端子是兩個內(nèi)部連接且重?fù)诫s的端子的混合。溝道的電導(dǎo)率可以通過柵極端子進(jìn)行調(diào)制。

· 這與BJT的基極類似

· 柵極端子可用“G”表示。

· 通過柵極端子處通道的電流可以指定為 IG。

排水端子

· 在 FET 中，漏極端子是載流子離開溝道的地方。

· 這類似于雙極結(jié)型晶體管中的集電極端子。

· 漏源電壓指定為 VDS。

· 漏極端子可指定為 D。

· 離開漏極端子通道的電流可以指定為 ID。

不同類型的晶體管

根據(jù)功能，晶體管有不同類型，如小信號晶體管、小開關(guān)晶體管、功率晶體管、高頻晶體管、光電晶體管、UJT。某些類型的晶體管主要用于放大，否則用于開關(guān)目的。

小信號類型的晶體管

小信號晶體管主要用于放大低電平信號，但也可以用作開關(guān)。這些晶體管可通過 hFE 值來使用，該值指定晶體管如何放大輸入信號。典型 hFE 值的范圍為 10 至 500，其中最高集電極電流 (Ic) 額定值范圍為 80 mA 至 600mA。

這些晶體管有兩種形式，例如 PNP 和 NPN。該晶體管的最高工作頻率為 1 至 300 MHz。這些晶體管用于放大幾伏等小信號以及僅使用毫安電流時。一旦使用巨大的電壓和電流，就可以使用功率晶體管。

小型開關(guān)晶體管

小型開關(guān)晶體管的用途類似于開關(guān)和放大器。這些晶體管的典型 hFE 值范圍為 10 至 200，包括范圍為 10 mA 至 1000mA 的最小集電極電流額定值。這些晶體管有兩種形式，例如 PNP 和 NPN

這些晶體管不具備晶體管的小信號放大能力，而晶體管的小信號放大能力最多可達(dá) 500 倍。因此，這將使晶體管更有利于開關(guān)，盡管它們可以用作放大器來提供增益。一旦您需要額外的增益，那么這些晶體管就會像放大器一樣發(fā)揮更好的作用。

功率晶體管

這些晶體管適用于使用大量功率的情況。該晶體管的集電極端子與金屬基極端子相連，因此它就像散熱器一樣可以消除多余的功率。典型額定功率范圍主要為約 10 W 至 300 W，其中額定頻率范圍為 1 MHz – 100 MHz。

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最高集電極電流的值范圍為 1A – 100A。功率晶體管有 PNP 和 NPN 形式，而達(dá)林頓晶體管有 PNP 或 NPN 形式。

高頻晶體管

高頻晶體管特別適用于在高頻下工作的小信號，并用于基于高速的開關(guān)應(yīng)用。這些晶體管適用于高頻信號，并且應(yīng)該能夠以極高的速度打開/關(guān)閉。

高頻晶體管的應(yīng)用主要包括HF、UHF、VHF、MATV和CATV放大器以及振蕩器應(yīng)用。最大額定頻率范圍約為 2000 MHz，最高集電極電流范圍為 10 mA – 600mA。這些都可以 PNP 和 NPN 形式獲得。

光電晶體管

這些晶體管是光敏晶體管，這種晶體管的常見類型看起來像雙極晶體管，其中該晶體管的基極引線被移除并通過光敏區(qū)域進(jìn)行改變。因此，這就是光電晶體管僅包含兩個端子而不是三個端子的原因。一旦外部區(qū)域保持陰涼，設(shè)備就會關(guān)閉。

?基本上，沒有電流從集電極區(qū)域流向發(fā)射極。但是，每當(dāng)光敏區(qū)域暴露在日光下時，就會產(chǎn)生少量的基極電流來控制很高的集電極到發(fā)射極電流。

與普通晶體管類似，它們可以是 FET 也可以是 BJT。FET 是光敏晶體管，與光電雙極晶體管不同，光電 FET 利用光產(chǎn)生柵極電壓，主要用于控制漏源電流。它們對光的變化非常敏感，并且與雙極光電晶體管相比更加敏感。

單結(jié)晶體管類型

單結(jié)晶體管 (UJT) 包括三引線，其工作方式完全類似于電氣開關(guān)，因此它們不像放大器那樣使用。一般來說，晶體管的工作方式既像開關(guān)又像放大器。然而，由于其設(shè)計原因，UJT 不會提供任何類型的放大。因此，它的設(shè)計目的不是提供足夠的電壓或電流。

這些晶體管的引線是 B1、B2 和發(fā)射極引線。該晶體管的操作很簡單。當(dāng)其發(fā)射極或基極端子之間存在電壓時，就會有小電流從 B2 流向 B1。

其他類型晶體管中的控制引線將提供小的額外電流，而在 UJT 中，情況恰恰相反。晶體管的主要來源是其發(fā)射極電流。從 B2 流向 B1 的電流只是整個組合電流的一小部分，這意味著 UJT 不適合放大，但適合開關(guān)。

異質(zhì)結(jié)雙極晶體管 (HBT)

AlgaAs/GaAs 異質(zhì)結(jié)雙極晶體管 (HBT) 用于頻率高達(dá) Ku 頻段的數(shù)字和模擬微波應(yīng)用。HBT 可以提供比硅雙極晶體管更快的開關(guān)速度，主要是因為基極電阻和集電極到基板的電容降低。HBT 處理所需的光刻要求低于 GaAs FET，因此，HBT 的制造成本非常高，并且可以提供更好的光刻良率。

該技術(shù)還可以提供比 GaAs FET 更高的擊穿電壓和更容易的寬帶阻抗匹配。在對硅雙極結(jié)型晶體管 (BJT) 的評估中，HBT 在發(fā)射極注入效率、基極電阻、基極-發(fā)射極電容和截止頻率方面表現(xiàn)出更好的表現(xiàn)。它們還具有良好的線性度、低相位噪聲和高功率附加效率。HBT 可用于盈利且高可靠性的應(yīng)用，例如移動電話中的功率放大器和激光驅(qū)動器。

達(dá)林頓晶體管

達(dá)林頓晶體管有時稱為“達(dá)林頓對”，是由兩個晶體管組成的晶體管電路。西德尼·達(dá)林頓發(fā)明了它。它就像一個晶體管，但它具有更高的獲得電流的能力。該電路可以由兩個分立晶體管組成，也可以位于集成電路內(nèi)部。

達(dá)林頓晶體管的 hfe 參數(shù)是每個晶體管 hfe 相互乘積。該電路對于音頻放大器或測量流過水的非常小的電流的探頭很有幫助。它非常敏感，可以感知皮膚中的電流。如果將其連接到一塊金屬，就可以構(gòu)建一個觸摸感應(yīng)按鈕。

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達(dá)林頓晶體管

肖特基晶體管

肖特基晶體管是晶體管和肖特基二極管的組合，通過轉(zhuǎn)移極端輸入電流來防止晶體管飽和。它也稱為肖特基鉗位晶體管。

多發(fā)射極晶體管

多發(fā)射極晶體管是一種專用雙極晶體管，經(jīng)常用作晶體管邏輯(TTL) NAND邏輯門的輸入。輸入信號施加到發(fā)射器。如果所有發(fā)射極均由邏輯高電壓驅(qū)動，則集電極電流會簡單地停止流動，從而使用單個晶體管執(zhí)行 NAND 邏輯處理。多發(fā)射極晶體管取代了 DTL 的二極管，并同意減少開關(guān)時間和功耗。

雙柵極MOSFET

在多種射頻應(yīng)用中特別流行的一種 MOSFET 是雙柵極 MOSFET。雙柵極 MOSFET 用于許多射頻和其他需要串聯(lián)兩個控制柵極的應(yīng)用。雙柵極 MOSFET 本質(zhì)上是 MOSFET 的一種形式，其中兩個柵極沿著溝道的長度一個接一個地組成。

這樣，兩個柵極都會影響源極和漏極之間流動的電流水平。實(shí)際上，雙柵極 MOSFET 的操作可被視為與串聯(lián)的兩個 MOSFET 器件相同。兩個柵極都會影響 MOSFET 的一般操作，從而影響輸出。雙柵極 MOSFET 可用于許多應(yīng)用，包括射頻混頻器/乘法器、射頻放大器、具有增益控制的放大器等。

雪崩晶體管

雪崩晶體管是一種雙極結(jié)型晶體管，設(shè)計用于在集電極電流/集電極發(fā)射極電壓特性超出集電極發(fā)射極擊穿電壓的區(qū)域（稱為雪崩擊穿區(qū)域）進(jìn)行處理。該區(qū)域的特點(diǎn)是雪崩擊穿（類似于湯森氣體放電的現(xiàn)象）和負(fù)微分電阻。雪崩擊穿區(qū)域中的操作稱為雪崩模式操作：它使雪崩晶體管能夠以小于納秒的上升和下降時間（過渡時間）切換非常高的電流。

并非專門為此目的設(shè)計的晶體管可以具有相當(dāng)一致的雪崩特性；例如，吉姆·威廉姆斯 (Jim Williams) 寫道，在 12 年期間制造的 15V 高速開關(guān) 2N2369 樣品中，82% 能夠使用 90V 電源生成上升時間為 350 ps 或更短的雪崩擊穿脈沖。

擴(kuò)散晶體管

擴(kuò)散晶體管是通過將摻雜劑擴(kuò)散到半導(dǎo)體襯底中而形成的雙極結(jié)型晶體管(BJT)。擴(kuò)散工藝的實(shí)施晚于用于制造 BJT 的合金結(jié)和生長結(jié)工藝。貝爾實(shí)驗室于 1954 年開發(fā)出第一個原型擴(kuò)散晶體管。最初的擴(kuò)散晶體管是擴(kuò)散基極晶體管。

這些晶體管仍然有合金發(fā)射極，有時還有合金集電極，就像早期的合金結(jié)晶體管一樣。僅堿擴(kuò)散到基底中。有時，襯底產(chǎn)生集電極，但在像 Philco 的微合金擴(kuò)散晶體管這樣的晶體管中，襯底是基極的主體。

晶體管類型的應(yīng)用

功率半導(dǎo)體的適當(dāng)應(yīng)用需要了解其最大額定值和電氣特性以及器件數(shù)據(jù)表中提供的信息。良好的設(shè)計實(shí)踐采用數(shù)據(jù)表限制，而不是從小批量樣品中獲得的信息。額定值是對設(shè)備能力設(shè)置限制的最大值或最小值。超過額定值的行為可能會導(dǎo)致不可逆轉(zhuǎn)的退化或設(shè)備故障。最大額定值表示設(shè)備的極限能力。它們不能用作設(shè)計環(huán)境。

特性是在各個操作條件下對設(shè)備性能的度量，以最小值、特性值和/或最大值表示，或以圖形方式顯示。

因此，這就是關(guān)于什么是晶體管以及不同類型的晶體管及其應(yīng)用的內(nèi)容。我們希望您能更好地理解這個概念或?qū)嵤╇姎夂碗娮禹椖浚堅谙旅娴脑u論部分發(fā)表您的寶貴建議。這里有一個問題問你，晶體管的主要作用是什么？

審核編輯：湯梓紅