电子电路基础 - 晶体管

  • 简述

    在对二极管的工作原理有了很好的了解之后,它是一个 PN 结,让我们尝试连接两个 PN 结,从而形成一个称为晶体管的新组件。晶体管是一种三端半导体器件,可调节电流或电压,并用作信号的开关或门。

    为什么我们需要晶体管?

    假设您有一个 FM 接收器,它可以接收您想要的信号。接收到的信号显然会很弱,因为它在旅途中会遇到干扰。现在,如果按原样读取此信号,则无法获得公平的输出。因此,我们需要放大信号。放大意味着增加信号强度。
    这只是一个例子。在必须增加信号强度的任何地方都需要放大。这是由晶体管完成的。晶体管还充当在可用选项之间进行选择的开关。它还调节信号的输入电流和电压
  • 晶体管的结构细节

    晶体管是一种三端固态器件,由两个二极管背靠背连接而成。因此它有两个PN结。从其中存在的三种半导体材料中引出三个端子。这种类型的连接提供了两种类型的晶体管。它们是PNPNPN,分别是两个P型之间的N型材料,另一种是两个N型之间的P型材料。
    晶体管的结构如下图所示,它解释了上面讨论的想法。
    晶体管的构造
    从晶体管引出的三个端子表示发射极、基极和集电极端子。它们具有如下所述的功能。

    发射器

    • 上图结构的左侧可以理解为Emitter
    • 这具有中等大小并且是重掺杂的,因为它的主要功能是提供许多多数载流子,即电子或空穴。
    • 因为它发射电子,所以它被称为发射器。
    • 这简单地用字母E表示。

    根据

    • 上图中中间的材质是Base
    • 这是轻掺杂的。
    • 它的主要功能是多数载流子从发射极传递到集电极。
    • 这由字母B表示。

    集电极

    • 上图中右侧的材质可以理解为一个Collector
    • 它的名字暗示了它收集载体的功能。
    • 这比发射极和基极的尺寸要大一些。它是中度掺杂的。
    • 这由字母C表示。
    PNP和NPN晶体管的符号如下图所示。
    晶体管的符号
    上图中的箭头表示晶体管的发射极。由于晶体管的集电极必须消耗更大的功率,所以它做得很大。由于发射极和集电极的特定功能,它们不能互换。因此,在使用晶体管时要始终牢记端子。
    在实用晶体管中,发射极引线附近有一个缺口,用于识别。可以使用万用表区分 PNP 和 NPN 晶体管。下图显示了不同的实际晶体管的外观。
    实用晶体管
    到目前为止,我们已经讨论了晶体管的结构细节,但要了解晶体管的工作原理,首先我们需要了解偏置。
  • 晶体管偏置

    正如我们所知,晶体管是两个二极管的组合,我们这里有两个结。由于一个结位于发射极和基极之间,称为发射极-基极结,同样,另一个结是集电极-基极结
    偏置是通过提供电源来控制电路的操作。两个 PN 结的功能是通过一些直流电源向电路提供偏置来控制的。下图显示了晶体管是如何偏置的。
    晶体管偏置
    看了上图就知道
    • N型材料提供负电源,P型材料提供正电源以使电路正向偏置
    • N型材料提供正电源,P型材料提供负电源以使电路反向偏置
    通过施加电源,发射极基极结总是正向偏置,因为发射极电阻非常小。集电极基极结反向偏置的,它的电阻有点高。在发射结处,小的正向偏压就足够了,而在集电极结处必须施加高的反向偏压。
    上面电路中指示的电流方向,也称为常规电流,是与电子电流相反的空穴电流的运动。
  • 操作 PNP 晶体管

    PNP晶体管的操作可以通过看下图来解释,其中发射极-基极结正向偏置,集电极-基极结反向偏置。
    即插即用操作
    电压V EE在发射极处提供正电位,它排斥 P 型材料中的空穴,这些空穴穿过发射极-基极结,到达基极区。空穴与 N 区的自由电子复合的百分比非常低。这提供了构成基极电流I B的非常低的电流。剩余的空穴穿过集电极-基极结,构成集电极电流IC即空穴电流。
    当孔到达集电极端子时,来自电池负极端子的电子填充集电极中的空间。这种流动缓慢增加,电子少数电流流过发射极,其中每个进入V EE正极端子的电子通过向发射极结移动而被空穴取代。这构成了发射极电流I E
    因此我们可以理解 -
    • PNP晶体管中的传导通过孔进行。
    • 集电极电流略小于发射极电流。
    • 发射极电流的增减影响集电极电流。
  • 操作 NPN 晶体管

    NPN晶体管的操作可以通过看下图来解释,其中发射极-基极结为正向偏置,集电极-基极结为反向偏置。
    NPN 操作
    电压V EE在发射极处提供负电位,它排斥 N 型材料中的电子,这些电子穿过发射极-基极结,到达基极区。有非常低百分比的电子与 P 区的自由空穴复合。这提供了构成基极电流I B的非常低的电流。剩余的空穴穿过集电极-基极结,构成集电极电流I C
    当电子从集电极端子伸出并进入电池的正极端子时,来自电池负极端子的电子V EE进入发射极区。该流量缓慢增加,电子电流流过晶体管。
    因此我们可以理解 -
    • NPN晶体管中的传导是通过电子进行的。
    • 集电极电流高于发射极电流。
    • 发射极电流的增减影响集电极电流。
  • 优点

    晶体管有很多优点,例如 -
    • 高电压增益。
    • 较低的电源电压就足够了。
    • 最适合低功率应用。
    • 体积更小,重量更轻。
    • 机械强度比真空管强。
    • 不需要像真空管那样的外部加热。
    • 非常适合与电阻和二极管集成来生产IC。
    几乎没有缺点,例如由于功耗较低,它们不能用于高功率应用。它们具有较低的输入阻抗,并且与温度有关。