雙極結型晶體管是一種可用于開關或放大的半導體器件

在二極管教程中，我們看到簡單的二極管由兩片半導體材料組成，形成一個簡單的pn結，我們也了解了它們的特性和特性。

如果我們現(xiàn)在將兩個獨立的信號二極管連接在一起，這將為我們提供兩個串聯(lián)連接在一起的PN結常見的P或N終端。這兩個二極管的融合產生三層，兩個結，三個終端器件，形成雙極結型晶體管或BJT的基礎。

晶體管是由不同半導體材料制成的三端子有源器件，通過施加小信號電壓可以充當絕緣體或導體。晶體管在這兩種狀態(tài)之間轉換的能力使其具有兩個基本功能：“切換”（數(shù)字電子）或“放大”（模擬電子）。然后雙極晶體管能夠在三個不同的區(qū)域內工作：

有源區(qū) - 晶體管作為放大器運行 Ic =β* Ib

飽和度 - 晶體管為“全開”，作為開關工作， Ic = I（飽和）

截止 - 晶體管作為開關工作“完全關閉”且 Ic = 0

典型的雙極晶體管

一詞晶體管是兩個字 Trans fer Var istor 的組合，它描述了它們在電子開發(fā)早期的運行方式。有兩種基本類型的雙極晶體管結構， PNP 和 NPN ，它基本上描述了制造它們的P型和N型半導體材料的物理排列。

雙極晶體管基本結構由兩個PN結組成，產生三個連接端子，每個端子都有一個名稱，用于識別另外兩個端子。這三個端子是已知的并標記為 Emitter （ E ）， Base （ B ）和 Collector （ C ）。

雙極晶體管是電流調節(jié)器件，可控制從發(fā)射極到集電極端子流過它們的電流量到施加到它們的基極端子的偏置電壓的量，因此起到電流控制開關的作用。由于流入基極端的小電流控制了更大的集電極電流，形成了晶體管動作的基礎。

兩種晶體管類型 PNP 和 NPN 的工作原理完全相同，唯一的區(qū)別在于它們的偏置和每個電源的極性類型。

雙極晶體管結構

兩者的結構和電路符號上面給出了span> PNP 和 NPN 雙極晶體管，電路符號中的箭頭始終顯示基極端子與其發(fā)射極端子之間的“常規(guī)電流”方向。對于兩種晶體管類型，箭頭的方向始終從正P型區(qū)域指向負N型區(qū)域，與標準二極管符號完全相同。

雙極晶體管配置

由于雙極晶體管是三端子器件，基本上有三種可能的方式將其連接在電子電路中，其中一個端子對輸入和輸出都是公共的。每種連接方式對電路內的輸入信號的響應不同，因為晶體管的靜態(tài)特性隨每個電路布置而變化。

普通基本配置 - 電壓增益但沒有電流增益。

公共發(fā)射極配置 - 同時具有電流和電壓增益。

公共集電極配置 - 電流增益但沒有電壓增益。

公共基極（CB）配置

顧名思義，在Common Base或接地基本配置中， BASE 連接對輸入信號和輸出信號都是通用的。輸入信號施加在晶體管基極和發(fā)射極端子之間，而相應的輸出信號取自基極和集電極端子之間，如圖所示?；鶚O端子接地或可以連接到某個固定的參考電壓點。

流入發(fā)射極的輸入電流非常大，因此分別是基極電流和集電極電流之和，集電極電流輸出小于發(fā)射極電流輸入，導致此類電路的電流增益為“1”（單位）或更小，換句話說，公共基極配置“衰減”輸入信號。

公共基極晶體管電路

此類放大器配置為非反相電壓放大器電路因為信號電壓 Vin 和 Vout 是“同相的”。由于其異常高的電壓增益特性，這種類型的晶體管布置不是很常見。其輸入特性代表正向偏置二極管的輸入特性，而輸出特性則代表發(fā)光二極管的輸出特性。

此類雙極晶體管配置也具有較高的輸出與輸入電阻比，或者更重要的是“將“電阻（ RL ）加載到”輸入“電阻（ Rin ），使其值為”電阻增益“。然后，公共基本配置的電壓增益（ Av ）如下：

公共基準電壓增益

其中： Ic / Ie 是當前增益，alpha（α）和 RL / Rin 是電阻增益。

公共基本電路通常僅用于單級放大器電路，如麥克風前置放大器或射頻（R?）放大器，因為它具有非常好的高頻響應。

公共發(fā)射極（CE）配置

在公共發(fā)射極或接地發(fā)射器配置中，輸入信號應用于基極和發(fā)射極之間，而輸出取自收集器和發(fā)射器之間，如圖所示。這種類型的配置是基于晶體管的放大器最常用的電路，它代表了雙極晶體管連接的“常規(guī)”方法。

共發(fā)射極放大器配置產生所有三種電流的最高電流和功率增益雙極晶體管配置。這主要是因為輸入阻抗是低電平，因為它連接到正向偏置PN結，而輸出阻抗是高電平，因為它來自反向偏置PN結。

公共發(fā)射極放大器電路

在這種配置中，流出晶體管的電流必須等于流過的電流進入晶體管時，發(fā)射極電流為 Ie = Ic + Ib 。

作為負載電阻（ R L ）與集電極串聯(lián)連接，共發(fā)射極晶體管配置的電流增益非常大，因為它是 Ic / Ib 的比率。晶體管電流增益給出希臘符號 Beta ，（β）。

由于共射極配置的發(fā)射極電流定義為 Ie = Ic + Ib ， Ic / Ie 的比率稱為 Alpha ，給定希臘符號α。注意：Alpha的值總是小于1。

由于這三個電流之間的電氣關系， Ib ， Ic 和即取決于晶體管本身的物理結構，基極電流的任何微小變化（ Ib ）都會導致集電極電流發(fā)生更大的變化（ Ic ）。

然后，在基極中流動的電流的微小變化將因此控制發(fā)射極 - 集電極電路中的電流。通常，對于大多數(shù)通用晶體管， Beta 的值介于20和200之間。因此，如果一個晶體管的β值為100，那么在發(fā)射極 - 集電極端子之間流動的每100個電子就會有一個電子從基極端流出。

通過組合表達式 Alpha ，α和 Beta ，β這些參數(shù)之間的數(shù)學關系，因此當前的收益晶體管可以給出：

其中：“ Ic ”是流入的電流集電極端子“ Ib ”是流入基極端子的電流，“ Ie ”是流出發(fā)射極端子的電流。

然后總結一下。這種類型的雙極晶體管配置具有比公共基極配置更大的輸入阻抗，電流和功率增益，但其電壓增益要低得多。共發(fā)射極配置是反相放大器電路。這意味著產生的輸出信號相對于輸入電壓信號具有180 o 相移。

公共集電極（CC）配置

在Common Collector或接地收集器配置中，收集器現(xiàn)在通過電源是通用的。輸入信號直接連接到基極，而輸出則來自發(fā)射極負載，如圖所示。這種類型的配置通常稱為電壓跟隨器或發(fā)射器跟隨器電路。

公共集電極或射極跟隨器配置對阻抗非常有用匹配應用，因為輸入阻抗非常高，在數(shù)十萬歐姆的范圍內，同時具有相對較低的輸出阻抗。

共集電極晶體管電路

共發(fā)射極配置的電流增益約等于晶體管本身的β值。在公共集電極配置中，負載電阻與發(fā)射極串聯(lián)，因此其電流等于發(fā)射極電流的電流。

由于發(fā)射極電流是集電極與基極電流相結合的組合，這種類型的晶體管配置中的負載電阻還具有集電極電流和流過它的基極的輸入電流。然后電路的當前增益如下：

公共集電極電流增益

這種類型的雙極晶體管配置是一個非反相電路，其中 Vin 和 Vout 的信號電壓同相” 。它的電壓增益始終小于“1”（單位）。共集電極晶體管的負載電阻接收基極和集電極電流，從而提供大電流增益（與共發(fā)射極配置一樣），因此可提供良好的電流放大，電壓增益非常小。

我們現(xiàn)在可以總結了流經(jīng)每個支路的晶體管各個直流電流與下表中給出的直流電流增益之間的各種關系。

直流電流與增益之間的關系

雙極晶體管總結

然后總結一下，上述每種電路配置中雙極晶體管的行為都非常不同，并且在輸入阻抗，輸出阻抗方面產生不同的電路特性并獲得這是電壓增益，電流增益還是功率增益，這在下表中進行了總結。

雙極晶體管配置

具有下表中給出的不同晶體管配置的一般特性：

在下一篇關于雙極晶體管的教程中，我們將看一下 NPN晶體管更詳細地說，當在共發(fā)射極配置中用作放大器時，由于其靈活性和高增益，這是最廣泛使用的配置。我們還將繪制通常與放大器電路相關的輸出特性曲線，作為集電極電流與基極電流的函數(shù)。