晶体管的工作原理是什么，晶体管的工作原理和实际作用

很多朋友对晶体管的工作原理是什么，晶体管的工作原理和实际作用不是很了解，六月小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

我们的大脑由1000亿个被称为神经元的细胞组成，神经元用于思考和记忆事物。就像计算机一样，有数十亿个被称为晶体管的微小脑细胞。它由从沙子中提取的化学元素硅组成。半个多世纪以来，晶体管一直是由约翰巴丁、沃尔特布拉顿和威廉姆肖克利设计的，因此从根本上改变了电子学的理论。我们会告诉你他们是如何工作的或者他们实际上做了什么。什么是晶体管？

这些器件由半导体材料制成，通常用于放大或开关目的，也可用于控制电压和电流的流动。它还用于将输入信号放大为扩展区域输出信号。晶体管通常是由半导体材料制成的固态电子器件。增加电子可以改变电流的循环。这个过程使电压变化成比例地影响输出电流的许多变化，从而使放大倍数增加。

除了大多数电子设备，并不是所有的电子设备都包含一种或多种类型的晶体管。有些晶体管是分开放置的，或者通常是放在集成电路中，根据状态应用，这些晶体管会有所不同。

“晶体管是一种三条腿的昆虫元件，在一些设备中是分开放置的，但在计算机中，它被封装成数百万个小芯片。”晶体管是由什么制成的？

晶体管由三层半导体组成，具有维持电流的能力。硅和锗等导电材料能够在被塑料线包围的导体和绝缘体之间传输电流。半导体材料通过称为半导体掺杂的化学过程进行处理。

如果在硅中掺杂砷、磷、锑，会得到一些额外的电荷载流子，即电子，称为n型或负半导体；但如果硅中掺杂了其他杂质(如硼)、镓、铝，就会得到较少的电荷载流子，即空穴，称为P型或正型半导体。

晶体管是如何工作的？工作原理是了解如何使用晶体管或晶体管的主要部分。它是如何工作的？晶体管有三个端子：基极：它为晶体管电极提供基极。发射极：产生的电荷载流子。集电极：产生的电荷载流子。

如果晶体管是NPN型，我们需要施加一个0.7v的电压来触发它，将这个电压施加到基管的晶体管tu上，使其导通正偏条件，电流开始从集电极流向发射极(也叫饱和区)。当晶体管处于反向偏置状态或基极引脚接地或无电压时，晶体管保持截止状态，不允许电流从集电极流向发射极(也称为截止区)。

如果晶体管是PNP型的，一般都是导通的，但是要等到基脚完全接地才能说是完美的。当基极引脚接地时，晶体管将处于反向偏置状态或导通状态。作为基极引脚的电源，它阻止电流从集电极传导到发射极，晶体管处于截止状态或正向偏置状态。为了保护晶体管，我们串联一个电阻，用下面的公式求电阻值：R B=V BE /I B不同类型的晶体管：

晶体管主要分为两类：双极结型晶体管(BJT)和场效应晶体管(FET)。进一步，我们可以将其划分如下：

双极结型晶体管(BJT) p双极结型晶体管由掺杂半导体组成，有三个端子，即基极、发射极和集电极。在这个过程中，空穴和电子都参与其中。通过修改从基极到发射极端子的小电流，流入集电极到发射极的大量电流被切换。这些也被称为当前受控设备。如前所述，NPN和PNP是BJT的两个主要部分。BJT通过向基极提供输入来开启，因为它所有的晶体管都具有最低的阻抗。

所有的晶体管都有最高的放大倍数。

BJT的类型如下：1 .NPN晶体管：在NPN晶体管的中间区域，基极是P型，而在两个外部区域，发射极和集电极是N型。

在正向激活模式下，NPN晶体管被偏置。通过直流电源Vbb，从基极到发射极的节点将被正向偏置。因此，结处的耗尽区将会减小。集电极-基极结被反向偏置，并且集电极-基极结的耗尽区将增加。大多数电荷载流子是n型发射极的电子。基极-发射极结正向偏置，因此电子向基极区移动。因此，这将导致发射极电流Ie。

基区很薄，轻掺杂空穴，形成电子-空穴组合，部分电子留在基区。这将导致非常小的基本电流Ib。基极集电极结反向偏置到基极区中的空穴和电子，正向偏置到基极区中的电子。被集电极端子吸引的基极区域中的剩余电子引起集电极电流Ic。点击此处查看更多关于NPN晶体管的信息。

2. PNP晶体管：

在PNP晶体管的中间区域（即基极为n型）和两个外部区域（即集电极）

我们在上面的NPN晶体管中讨论过，它也处于有源模式。大多数电荷载流子是用于p型发射极的孔。对于这些孔，基极发射极结将被正向偏置并朝基极区域移动。这导致发射极电流Ie 。基极区很薄，被电子轻掺杂，形成了电子-空穴的结合，并且一些空穴保留在基极区中。这会导致基本电流Ib 非常小。

基极集电极结被反向偏置到基极区域中的孔和集电极区域中的孔，但是被正向偏置到基极区域中的孔。集电极端子吸引的基极区域的剩余孔引起集电极电流Ic。在此处查看有关PNP晶体管的更多信息。

什么是晶体管配置？

通常，共有三种类型的配置，其关于增益的描述如下：

共基（CB）配置：它没有当前增益，但具有

公共集电极（CC）配置：它具有电流增益，但是没有电压增益。

公共发射极（CE）配置：它同时具有电流增益和电压增益。

晶体管公共基极（CB）配置：

在此电路中，将基座放置在输入和输出共用的位置。它具有低输入阻抗（50-500欧姆）。它具有高输出阻抗（1-10兆欧）。相对于基础端子测得的电压。因此，输入电压和电流将为VbeIe，输出电压和电流将为VcbIc。

电流增益将小于1，即alpha（dc）=Ic/Ie

电压增益将很高。

功率增益将是平均水平。

晶体管公共发射极（CE）配置：

在此电路中，放置了发射极输入和输出通用。输入信号施加在基极和发射极之间，输出信号施加在集电极和发射极之间。 Vbb和Vcc是电压。它具有高输入阻抗，即（500-5000欧姆）。它具有低输出阻抗，即（50-500千欧）。

电流增益将很高（98），即beta（dc）=Ic/Ie

功率增益高达37db。

输出将异相180度。

晶体管公共集电极配置：

在此电路中，集电极对输入和输出均通用。这也称为发射极跟随器。输入阻抗高（150-600千欧），输出阻抗低（100-1000欧）。

电流增益会很高（99）。

电压增益将小于1。

功率增益将是平均的。

场效应晶体管（FET）：

场效应晶体管包含三个区域，例如源极，栅极，漏极。它们被称为电压控制设备，因为它们可以控制电压水平。为了控制电气行为，可以选择外部施加的电场，这就是为什么被称为场效应晶体管的原因。在这种情况下，电流由于多数电荷载流子（即电子）而流动，因此也称为单极晶体管。它主要具有兆欧的高输入阻抗，漏极和源极之间的低频电导率受电场控制。

场效应晶体管效率高，强度大，成本低。

场效应晶体管有两种类型，即结型场效应晶体管（JFET）和金属氧化物场效应晶体管（MOSFET）。电流在名为n通道和p通道的两个通道之间通过。

结型场效应晶体管（JFET）

结型场效应晶体管没有PN结，但代替了高电阻半导体材料，它们形成了np型硅通道用于大多数电荷载流子的流动，其两个端子为漏极或源极端子。在n通道中，电流为负，而在p通道中，电流为正。

JFET的工作：

JFET中有两种类型的通道，称为：n通道JFET和p沟道JFET

N沟道JFET：

在这里，我们必须讨论以下两个条件下n沟道JFET的主要工作原理：

首先，当Vgs=0时，

在Vds 为正的漏极端子上施加小的正电压。由于此施加的电压Vds ，电子从源极流到漏极会导致漏极电流Id 。漏极和源极之间的通道充当电阻。令n通道均匀。不同的电压电平由漏极电流Id设置，并从源极转移到漏极。漏极端电压最高，源极端电压最低。漏极反向偏置，因此此处的耗尽层更宽。

Vds 增加， Vgs=0 V

耗尽层增加，通道宽度减小。 Vds在两个耗尽区接触的水平上增加，这种情况称为夹断过程，并导致夹断电压Vp。

此处， Id夹断下降到0 MA和Id达到饱和水平。具有Vgs=0 的ID ，称为漏极源饱和电流（Idss）。 Vds 以Vp 增大，此时电流Id保持不变，JFET用作恒定电流源。

第二，当Vgs不等于0，

应用负Vgs和Vds会有所不同。耗尽区的宽度增加，沟道变窄并且电阻增加。较小的漏极电流流动并达到饱和水平。由于负Vgs，饱和度降低，Id降低。夹断电压持续下降。因此，它称为电压控制设备。

JFET的特征：

特性显示出不同的区域，如下所示：

欧姆区域：Vgs=0，耗尽层较小。

断开区域：由于通道电阻最大，也称为夹断区域。

饱和或有源区域：由栅源电压控制，漏源电压较小

击穿区域：漏极和源极之间的电压高，导致电阻沟道击穿。

P沟道JFET：

p沟道JFET与n沟道JFET的操作相同，但发生了一些例外，例如，由于空穴，沟道电流为正，偏置电压极性需要反转。

有源区中的漏极电流：

Id=Idss 1-Vgs/Vp

漏极源极通道电阻： Rds=增量Vds/de lta Id

金属氧化物场效应晶体管（MOSFET）

金属氧化物场效应晶体管也称为电压控制场效应晶体管。在这里，金属氧化物栅极电子通过称为玻璃的二氧化硅薄层与n沟道和p沟道电绝缘。

漏极和源极之间的电流与输入电压成正比

这是一个三端设备，即栅极，漏极和源极。根据沟道的功能，有两种类型的MOSFET，即p沟道MOSFET和n沟道MOSFET。

有两种形式的金属氧化物场效应晶体管，即耗尽型和增强型。

耗尽类型：需要Vgs，即栅极-源极电压要关闭，耗尽模式等于常闭开关。

Vgs=0，如果Vgs为正，则电子较多；如果Vgs为负，则电子较少。

增强类型：需要Vgs，即打开栅极电源和增强模式等于常开开关。

此处，附加端子为衬底》用于接地。

门电源电压（Vgs）大于阈值电压（Vth）

晶体管偏置模式： forward biasin g和反向偏置，而根据偏置，有四个不同的偏置电路，如下所示：

固定基准偏置和固定电阻偏置：

在图中，基极电阻Rb连接在基极和Vcc之间。基极发射极结由于电压降Rb而被正向偏置，导致流Ib通过它。在此从以下项获得Ib：

Ib=（Vcc-Vbe）/Rb

这将导致稳定性因子（beta +1），从而导致较低的热稳定性。这里的电压和电流的表达式，即

Vb=Vbe=Vcc-IbRb

Vc=Vcc-IcRc=Vcc-Vce

Ic=Beta Ib

Ie=Ic

集电极反馈偏置：

在此图中，基极电阻器Rb连接在集电极和晶体管的基极端子之间。因此，基极电压Vb和集电极电压Vc彼此相似

Vb=Vc-IbRb

Where，

Vb=Vcc-（Ib+Ic）Rc

通过这些等式， Ic 会减小Vc ，从而减小Ib ，自动Ic 减小。

（+1）因子小于1，Ib导致放大器增益减小。

因此，电压和电流可以表示为-

Vb=Vbe

Ic=beta Ib

Ie is almost equals to Ib

双反馈偏置：

在此图中，它是基于集电极反馈电路的改进形式。由于它具有附加电路R1，因此增加了稳定性。因此，基极电阻的增加导致beta的变化，即增益。

现在，

I1=0.1 Ic

Vc=Vcc-（Ic+I（Rb）Rc

Vb=Vbe=I1R1=Vc-（I1+Ib）Rb

Ic=beta Ib

Ie is almost equals to Ic

固定的带有发射电阻的偏置：

在此图中，它与固定偏置电路相同，但是还连接了一个附加的发射极电阻Re。 Ic由于温度而增加，Ie也增加，这又增加了Re两端的电压降。这导致Vc减小，Ib减小，从而使iC恢复到其正常值。电压增益因Re的存在而降低。

现在，

Ve=Ie Re

Vc=Vcc Ic Rc

Vb=Vbe+Ve

Ic=beta Ib

Ie is almost equals to Ic

发射器偏置：

在此图中，有两个电源电压Vcc和Vee相等但极性相反。这里，Vee正向偏置到基极ReVcc的发射极结反向偏置到集电极基极结。

现在，

Ve=-Vee+Ie Re

Vc=Vcc- Ic Rc

Vb=Vbe+Ve

Ic=beta Ib

Ie is almost equal to Ib

Where， Re》Rb/beta

Vee》Vbe

给出稳定的工作点。

发射极反馈偏置：

在此图中，它同时使用了收集器作为反馈和发射极反馈以获得更高的稳定性。由于发射极电流Ie的流动，发射极电阻Re两端会出现电压降，因此发射极基极结将为正向偏置。在此，温度升高，Ic升高，Ie也升高。这导致Re处的电压降，集电极电压Vc降低，Ib也降低。这导致输出增益将降低。表达式可以表示为：

Irb=0.1 Ic=Ib+I1

Ve=IeRe=0.1Vcc

Vc=Vcc-（Ic+Irb）Rc

Vb=Vbe+Ve=I1R1=Vc-（I1+Ib0Rb）

Ic=beta Ib

Ie is almost equal to Ic

电压分压器偏置：

在该图中，它使用电阻器R1和R2的分压器形式对晶体管进行偏置。 R2上形成的电压将是基极电压，因为它正向偏置了基极-发射极结。在这里，I2=10Ib。

这样做是为了忽略分压器电流，值会发生变化。

Ib=Vcc R2/R1+R2

Ve=Ie Re

Vb=I2 R2=Vbe+Ve

Ic可以抵抗beta和Vbe的变化这导致稳定性因子为1。在这种情况下，Ic随着温度的升高而增加，Ie随着发射极电压Ve的增加而增加，从而降低了基极电压Vbe。这会导致基本电流ib和ic减小到其实际值。

晶体管的应用

大多数零件的晶体管用于电子应用，例如电压和功率放大器。

在许多电路中用作开关

用于制造数字逻辑电路，例如AND，NOT等。

将晶体管插入所有东西，例如炉灶到计算机。

用于微处理器是其中集成了数十亿个晶体管的芯片。

在早期，它们被用于收音机，电话设备，助听器等。

它们还用于麦克风，将声音信号也转换为电信号。

以上知识分享希望能够帮助到大家！