晶体管的工作原理和实际作用

我们的大脑由1000亿个称为神经元的细胞组成，用于思考和记忆事物。和计算机一样，有数十亿个微小脑细胞叫做晶体管。它由从硅沙中提取的化学元素组成。晶体管已经通过John Bardeen，Walter Brattain和William Shockley经过半个多世纪的设计，电子改变了电子理论。

我们会告诉你他们的工作原理或实际作用是什么？

晶体管是什么？

这些设备由半导体材料制成，通常用于放大或开关，或控制电压和电流的流动。它还用于将输入信号大为扩展区输出信号。晶体管通常是由半导体材料制成的固态电子设备。电流的循环可以通过添加电子来改变。这一过程使电压成比例地影响输出电流中的许多变化，从而使放大倍增。除大多数电子设备外，并非所有电子设备都包含一种或多种晶体管。根据状态应用，将某些晶体管单独放置或通常放置在集成电路中。

晶体管是一种三脚昆虫组件，单独放置在某些设备中，但在计算机中，它被包装成数百万的小芯片。

晶体管是由什么组成的？

晶体管由三层半导体组成，具有保持电流的能力。硅、锗等导电材料有能力在导体与被塑料线包围的绝缘体之间传输电流。通过某种化学程序(称为半导体掺杂)处理半导体材料。如果硅中含有砷、磷和锑，它将获得一些额外的电荷载流子，即电子，称为 N类型或负半导体；如果硅中掺有其他杂质(如硼)、镓和铝，它将获得较少的电荷载流子，即空穴，称为 P型或正半导体。

晶体管怎么工作？

工作原理是了解如何使用晶体管或晶体管。它是如何工作的？晶体管有三个端子：

?基极：为晶体管电极提供基极。

?发射极：由此产生的电荷载流子。

?由此产生的电荷载流子。

如果晶体管为NPN型，我们需要施加0.7v触发电压并将电压施加到基极管晶体管上tu 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（也称截止区） )。

若晶体管为PNP型，通常在ON状态，但不是完美的，直到脚完全接地。基极引脚接地后，晶体管将处于反向偏置状态或指南状态。作为基极引脚的电源，它停止了从集电极到发射极的电流传导，晶体管处于截止状态或正向偏置状态。

为了保护晶体管，我们串联了一个电阻，并使用以下公式电阻值：

R B = V BE /I B

不同类型的晶体管：

晶体管主要分为两类：双极结晶管(BJT)晶体管和场效应(FET)。进一步我们可以如下划分：

双极结晶管(BJT) p双极结晶管由掺杂的半导体组成，具有三个端子，即基极，发射极和集电极。空穴和电子都涉及到这个过程。通过修改从基极到发射极的小电流，流入集电极到发射极的大量电流切换。这些也被称为当前控制设备。如前所述， NPN 和 PNP 是BJT两个主要部分。 BJT由于其所有晶体管的阻抗都是最低的，因此向基极提供输入打开。所有晶体管的放大率也最高。

BJT类型如下：

1. NPN晶体管 ：

在NPN晶体管的中间区域，即基极为p型，而在两个外部区域，即发射极和集电极为n型。

在正活动模式下，NPN晶体管处于偏置状态。通过直流电源 Vbb ，从基极到发射极的结点将被正偏置。因此，结的耗尽区将减少。反向偏置集电极至基极结，增加集电极至基极结的耗尽区。大多数电荷载流子是n型发射极的电子。由于电子向基极区域移动，基极发射极结正偏置。因此，这将导致发射极电流Ie 。基极区很薄，被空穴轻掺杂，形成电子空穴的结合，部分电子保留在基极区。这将导致基本电流Ib 非常小。基极集电极结反向偏向于基极区域的空穴和电子，而正偏向于基极区域的电子。集电极端子吸引的基极区域的剩余电子导致集电极电流Ic。 在此查看相关信息NPN更多关于晶体管的信息。

2.。 PNP晶体管 ：

在PNP晶体管中间区域(即基极n型)和两个外部区域(即集电极)

我们在上面NPN在晶体管中讨论过，它也处于有源模式。大多数电荷载流子用于p型发射极的孔。对于这些孔，基极发射极结将被正向偏基极区域。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，基极区保留了一些空穴。这将导致基本电流Ib 非常小。基极集电极结被反向偏移到基极区域的孔和集电极区域的孔，而正向偏移到基极区域的孔。集电极端子吸引的基极区域的剩余孔导致集电极电流Ic。在此查看相关信息PNP更多关于晶体管的信息。

晶体管配置是什么？

一般来说，有三种类型的配置，其增益描述如下：

共基(CB)配置:没有当前增益，但有

公共集电极(CC)配置：它有电流增益，但没有电压增益。

公共发射极(CE)配置：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，将底座放置在输入和输出的共同位置。它具有低输入阻抗（50-500欧姆）。它具有高输出阻抗（1-10兆欧）。与基本端子测量的电压相比。因此，输入电压和电流将为Vbe＆Ie，输出电压和电流将是Vcb＆Ic。

电流增益小于1，即 alpha(dc)= Ic/Ie

电压增长会很高。

功率增益将是平均水平。

公共发射极的晶体管(CE)配置：

发射极输入输出通用放置在这个电路中。输入信号应用于基极和发射极之间，输出信号应用于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(50-500千欧元)。

电流增益会很高(98)，即 beta(dc)= Ic/Ie

功率增长高达37db。

输出将异相180度。

晶体管公共集电极配置：

在这个电路中，集电极通常用于输入和输出。这也叫发射极跟随器。输入阻抗高(150-600千欧元)，输出阻抗低(100-1000欧元)。

电流增益会很高(99)。

电压增长小于1。

功率增益将是平均的。

晶体管的场效应(FET)：

场效晶体管包括源极、栅极、漏极三个区域。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，可以选择外部电场，这就是为什么称为场效应晶体管。在这种情况下，电流也被称为单极晶体管，因为大多数电荷载流子（即电子）流动。它主要具有兆欧的高输入阻抗、漏极与源极之间的低频电导率受电场控制。晶体管效率高，强度高，成本低。

晶体管有两种类型的场效应，即结型场效应晶体管(JFET)晶体管与金属氧化物的场效应(MOSFET)。电流在名为 n通道和 p两个通道之间通过通道。

晶体管的结型效应(JFET)

晶体管没有结型效果PN它们形成了结，而不是高电阻半导体材料n＆p型硅通道用于大多数电荷载流子的流动，其两个端子为泄漏极或源极端子。在n通道中，电流为负，而在p通道中，电流为正。

JFET的工作 ：

JFET有两种通道，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的n沟JFET主要工作原理：

首先，当 Vgs = 0时，

在 Vds 在正漏极端子上施加小正电压。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 。漏极与源极之间的通道充当电阻。使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。漏极电压最高，源极电压最低。漏极反向偏置，因此耗尽层较宽。

Vds 增加， Vgs = 0 V

耗尽层增加，通道宽度降低。 Vds增加两个耗尽区域的接触水平称为夹紧过程，导致夹紧电压 Vp。

此处， Id夹断–下降到0 MA和Id达到饱和水平 Vgs = 0 的ID ，称为漏极源饱和电流(Idss)。 Vds 以 Vp 此时电流增加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。耗尽区宽度增加，沟道变窄，电阻增加。漏极电流流量小，达到饱和水平。Vgs，饱和度降低，Id降低。断开电压继续下降。因此，它被称为电压控制设备。

JFET的特征：

不同区域的特征显示如下：

欧姆区域：Vgs = 耗尽层较小。

断开区域由于通道电阻最大，又称断开区。

饱和或有源区：由门源电压控制，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。

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。

(β+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Re＆Vcc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，β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。

责任编辑：wv