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双极晶体管的基本原理和工作原理

时间:2023-06-06 08:01:09

双极晶体管(Bipolar Junction Transistor,BJT)是一种半导体器件,由三部分掺杂程度不同的半导体制成,晶体管中的电荷流动主要是由于载流子在PN结处的扩散作用和漂移运动。以NPN双极晶体管为例,高掺杂的发射极区域的电子通过扩散作用运动到基极。在基极区域,空穴为多数载流子,而电子少数载流子。由于基极区域很薄,这些电子又通过漂移运动到达集电极,从而形成集电极电流,因此双极晶体管被归到少数载流子设备。[4][5]

双极晶体管的工作原理是通过控制基极电流来控制集电极电流,从而实现电路的放大、开关等功能。当基极电流增大时,由于基极区域很薄,电子漂移运动的时间很短,因此集电极电流增大,实现了信号的放大作用。当基极电流很小时,集电极电流也很小,此时晶体管处于截止状态,相当于开关断开。[4][5]

需要注意的是,双极晶体管的集电极、发射极虽然都是N型掺杂,但是二者掺杂程度、物理属性并不相同,因此必须将双极晶体管与两个相反方向二极管串联在一起的形式区分开来。[5]

双极晶体管的极限电流和极限电压需要注意,如果晶体管集电结提供超出允许范围的反向偏置,并不对流经晶体管的电流进行限制,发射结将发生雪崩击穿,也会造成器件损坏。当集电极电流增大到一定数值后,虽然不会造成双极晶体管的损坏,但是电流增益会明显降低。除此之外,由于双极晶体管具有两个PN结,因此它们的反向偏置电压不能够过大,防止PN结反向击穿。[4][5]

在模拟电路设计中,人们假定发射极-基极电压为近似恒定值,这时集电极电流近似等于基极电流的β倍,这对人们分析问题、控制电路功能有极大的便利。在设计有的基本电路时,人们假定发射极-基极电压为近似恒定值(如Vcc),这时集电极电流近似等于基极电流的若干倍,晶体管起电流放大作用。

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