不同類(lèi)型的晶體管及其功能

晶體管是一種有源元件，遍布電子電路。它們用作放大器和開(kāi)關(guān)設(shè)備。作為放大器，它們用于高電平和低電平、頻率級(jí)、振蕩器、調(diào)制器、檢測(cè)器以及任何需要執(zhí)行功能的電路中。在數(shù)字電路中，它們用作開(kāi)關(guān)。世界上有大量的制造商生產(chǎn)半導(dǎo)體（晶體管是該設(shè)備家族的成員），因此有數(shù)千種不同的類(lèi)型。有低功率、中功率和高功率晶體管，用于高頻和低頻工作，用于非常高電流和/或高電壓工作。本文概述了什么是晶體管、不同類(lèi)型的晶體管及其應(yīng)用。

什么是晶體管

晶體管是電子設(shè)備。它是通過(guò)p型和n型半導(dǎo)體制成的。當(dāng)半導(dǎo)體放置在相同類(lèi)型半導(dǎo)體之間的中心時(shí)，這種排列稱(chēng)為晶體管。我們可以說(shuō)晶體管是兩個(gè)二極管的組合，它是背靠背連接的。晶體管是一種調(diào)節(jié)電流或電壓的設(shè)備，充當(dāng)電子信號(hào)的按鈕或門(mén)。?

晶體管由三層半導(dǎo)體器件組成，每層都能夠移動(dòng)電流。半導(dǎo)體是一種以“半熱敏”方式導(dǎo)電的材料，例如鍺和硅。它介于真正的導(dǎo)體（例如銅）和絕緣體（類(lèi)似于塑料包裹的粗糙電線）之間。

晶體管符號(hào)

公開(kāi)了 npn 和 pnp 晶體管的圖解形式。在線連接是采用引出形式。箭頭符號(hào)定義了發(fā)射極電流。在 npn 連接中，我們確定電子流入發(fā)射極。這意味著保守電流從發(fā)射極流出，如流出箭頭所示。同樣，可以看出，對(duì)于 pnp 連接，保守電流流入發(fā)射極，如圖中向內(nèi)的箭頭所示。

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PNP 和 NPN 晶體管

晶體管的種類(lèi)繁多，每種晶體管的特性各不相同，各有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。某些類(lèi)型的晶體管主要用于開(kāi)關(guān)應(yīng)用。其他的可用于開(kāi)關(guān)和放大。盡管如此，其他晶體管仍屬于自己的專(zhuān)業(yè)組，例如光電晶體管，它們會(huì)對(duì)照射在其上的光量做出反應(yīng)，從而產(chǎn)生流過(guò)它的電流。以下是不同類(lèi)型晶體管的列表；我們將回顧一下創(chuàng)造它們的特征

晶體管的兩種主要類(lèi)型是什么？

晶體管分為 BJT 和 FET 兩種類(lèi)型。

雙極結(jié)型晶體管 (BJT)

雙極結(jié)型晶體管是由基極、集電極和發(fā)射極 3 個(gè)區(qū)域組成的晶體管。雙極結(jié)型晶體管（與 FET 晶體管不同）是電流控制器件。進(jìn)入晶體管基極區(qū)的小電流會(huì)導(dǎo)致從發(fā)射極流向集電極區(qū)的電流大得多。雙極結(jié)型晶體管有兩種主要類(lèi)型：NPN 和 PNP。NPN 晶體管是一種大多數(shù)載流子是電子的晶體管。

從發(fā)射極流向集電極的電子形成流經(jīng)晶體管的大部分電流的基極。其他類(lèi)型的電荷——空穴——只占少數(shù)。PNP晶體管則相反。在PNP晶體管中，載流子大多數(shù)為空穴。BJT 晶體管有兩種類(lèi)型，即 PNP 和 NPN

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雙極結(jié)型晶體管引腳

PNP晶體管

該晶體管是另一種 BJT——雙極結(jié)型晶體管，它包含兩種 p 型半導(dǎo)體材料。這些材料通過(guò)薄 n 型半導(dǎo)體層分開(kāi)。在這些晶體管中，大多數(shù)電荷載流子是空穴，而少數(shù)電荷載流子是電子。

在該晶體管中，箭頭符號(hào)表示傳統(tǒng)的電流流動(dòng)。該晶體管中的電流方向是從發(fā)射極端到集電極端子。一旦基極端子與發(fā)射極端子相比被拖至低電平，該晶體管將導(dǎo)通。PNP晶體管的符號(hào)如下所示。

NPN晶體管

NPN也是BJT（雙極結(jié)型晶體管）的一種，它包括通過(guò)薄p型半導(dǎo)體層分開(kāi)的兩種n型半導(dǎo)體材料。在 NPN 晶體管中，大多數(shù)載流子是電子，而少數(shù)載流子是空穴。電子從發(fā)射極端子流向集電極端子將在晶體管的基極端子內(nèi)形成電流。

在晶體管中，基極端子提供的電流量較??少會(huì)導(dǎo)致從發(fā)射極端子到集電極提供大量電流。目前常用的BJT是NPN晶體管，因?yàn)殡娮舆w移率比空穴遷移率更高。NPN晶體管的符號(hào)如下所示。

場(chǎng)效應(yīng)晶體管

場(chǎng)效應(yīng)晶體管由 3 個(gè)區(qū)域組成：柵極、源極和漏極。與雙極晶體管不同，F(xiàn)ET 是電壓控制器件。柵極處的電壓控制電流從晶體管的源極流向漏極。場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有非常高的輸入阻抗，從幾兆歐 (MΩ) 到更大的電阻值。

這種高輸入阻抗導(dǎo)致它們流過(guò)的電流非常少。（根據(jù)歐姆定律，電流與電路阻抗值成反比。如果阻抗高，電流就會(huì)非常低。）因此，F(xiàn)ET 從電路電源汲取的電流非常少。

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場(chǎng)效應(yīng)晶體管

因此，這是理想的，因?yàn)樗鼈儾粫?huì)干擾它們所連接的原始電路功率元件。它們不會(huì)導(dǎo)致電源負(fù)載下降。FET 的缺點(diǎn)是它們無(wú)法提供與雙極晶體管相同的放大效果。

雙極晶體管的優(yōu)勢(shì)在于它們提供了更大的放大能力，盡管 FET 的優(yōu)勢(shì)在于負(fù)載更小、更便宜且更容易制造。場(chǎng)效應(yīng)晶體管有 2 種主要類(lèi)型：JFET 和 MOSFET。JFET 和 MOSFET 非常相似，但 MOSFET 的輸入阻抗值甚至比 JFET 更高。這會(huì)導(dǎo)致電路中的負(fù)載更少。FET晶體管分為兩種類(lèi)型，即JFET和MOSFET。

結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管

JFET 代表結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。這很簡(jiǎn)單，也是 FET 晶體管的初始類(lèi)型，可用作電阻器、放大器、開(kāi)關(guān)等。這是一種電壓控制器件，不使用任何偏置電流。一旦在柵極和源極端子之間施加電壓，它就會(huì)控制 JFET 晶體管的源極和漏極之間的電流。

結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管（JUGFET 或 JFET）沒(méi)有 PN 結(jié)，但取而代之的是高電阻率半導(dǎo)體材料的狹窄部分，形成 N 型或 P 型硅“通道”，供多數(shù)載流子流過(guò)兩端有兩個(gè)歐姆電氣連接，通常分別稱(chēng)為漏極和源極。

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結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管有兩種基本配置：N 溝道 JFET 和 P 溝道 JFET。N 溝道 JFET 的溝道摻雜有施主雜質(zhì)，這意味著流過(guò)溝道的電流以電子形式為負(fù)（因此稱(chēng)為 N 溝道）。這些晶體管有 P 溝道和 N 溝道類(lèi)型。

場(chǎng)效應(yīng)管

MOSFET（金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管）是所有類(lèi)型晶體管中最常用的。顧名思義，它包括金屬柵極的端子。該晶體管包括四個(gè)端子，如源極、漏極、柵極和襯底或主體。

與 BJT 和 JFET 相比，MOSFET 有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗峁└?I/P 阻抗和低 O/P 阻抗。MOSFET 主要用于低功率電路，尤其是在芯片設(shè)計(jì)時(shí)。這些晶體管有耗盡型和增強(qiáng)型兩種類(lèi)型。此外，這些類(lèi)型分為P溝道和N溝道類(lèi)型。

FET 的主要特點(diǎn)如下。

· 它是單極的，因?yàn)殡娮踊蚩昭ǖ入姾奢d流子負(fù)責(zé)傳輸。

· 在 FET 中，由于反向偏置，輸入電流將會(huì)流動(dòng)。因此該晶體管的輸入阻抗較高。

· 當(dāng)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的輸出電壓通過(guò)柵極輸入電壓來(lái)控制時(shí)，這種晶體管被稱(chēng)為電壓控制器件。

· 在引導(dǎo)車(chē)道上，不存在交叉路口。因此，與 BJT 相比，F(xiàn)ET 的噪聲更小。

· 增益的表征可以通過(guò)跨導(dǎo)來(lái)完成，因?yàn)樗?o/p 變化電流與輸入電壓變化的比率

· FET 的 O/P 阻抗較低。

場(chǎng)效應(yīng)管的優(yōu)點(diǎn)

與 BJT 相比，F(xiàn)ET 的優(yōu)點(diǎn)包括以下幾點(diǎn)。

· FET 是單極器件，而 BJT 是雙極器件

· FET 是電壓驅(qū)動(dòng)器件，而 BJT 是電流驅(qū)動(dòng)器件

· FET 的 i/p 阻抗較高，而 BJT 的阻抗較低

· 與 BJT 相比，F(xiàn)ET 的噪聲水平較低

· FET 的熱穩(wěn)定性較高，而 BJT 的熱穩(wěn)定性較低。

· FET 的增益表征可以通過(guò)跨導(dǎo)來(lái)完成，而 BJT 則可以通過(guò)電壓增益來(lái)表征

場(chǎng)效應(yīng)管的應(yīng)用

FET 的應(yīng)用包括以下內(nèi)容。

· 這些晶體管用于不同的電路中以減少負(fù)載效應(yīng)。

· 它們用于多種電路，如相移振蕩器、電壓表和緩沖放大器。

場(chǎng)效應(yīng)管端子

FET 具有源極、柵極和漏極三個(gè)端子，這與 BJT 的端子不同。在 FET 中，源極端子類(lèi)似于 BJT 的發(fā)射極端子，而柵極端子類(lèi)似于基極端子和漏極端子到集電極端子。

源終端

· 在 FET 中，源極端子是電荷載流子進(jìn)入溝道的源極端子。

· 這類(lèi)似于BJT的發(fā)射極端子

· 源終端可以用“S”表示。

· 可以像 IS 一樣指定流過(guò)源極端子通道的電流。 登機(jī)口航站樓

· 在 FET 中，柵極端子在控制整個(gè)通道的電流流動(dòng)方面發(fā)揮著重要作用。

· 通過(guò)向柵極端子提供外部電壓，可以控制電流的流動(dòng)。

· 柵極端子是兩個(gè)內(nèi)部連接且重?fù)诫s的端子的混合。溝道的電導(dǎo)率可以通過(guò)柵極端子進(jìn)行調(diào)制。

· 這與BJT的基極類(lèi)似

· 柵極端子可用“G”表示。

· 通過(guò)柵極端子處通道的電流可以指定為 IG。

排水端子

· 在 FET 中，漏極端子是載流子離開(kāi)溝道的地方。

· 這類(lèi)似于雙極結(jié)型晶體管中的集電極端子。

· 漏源電壓指定為 VDS。

· 漏極端子可指定為 D。

· 離開(kāi)漏極端子通道的電流可以指定為 ID。

不同類(lèi)型的晶體管

根據(jù)功能，晶體管有不同類(lèi)型，如小信號(hào)晶體管、小開(kāi)關(guān)晶體管、功率晶體管、高頻晶體管、光電晶體管、UJT。某些類(lèi)型的晶體管主要用于放大，否則用于開(kāi)關(guān)目的。

小信號(hào)類(lèi)型的晶體管

小信號(hào)晶體管主要用于放大低電平信號(hào)，但也可以用作開(kāi)關(guān)。這些晶體管可通過(guò) hFE 值來(lái)使用，該值指定晶體管如何放大輸入信號(hào)。典型 hFE 值的范圍為 10 至 500，其中最高集電極電流 (Ic) 額定值范圍為 80 mA 至 600mA。

這些晶體管有兩種形式，例如 PNP 和 NPN。該晶體管的最高工作頻率為 1 至 300 MHz。這些晶體管用于放大幾伏等小信號(hào)以及僅使用毫安電流時(shí)。一旦使用巨大的電壓和電流，就可以使用功率晶體管。

小型開(kāi)關(guān)晶體管

小型開(kāi)關(guān)晶體管的用途類(lèi)似于開(kāi)關(guān)和放大器。這些晶體管的典型 hFE 值范圍為 10 至 200，包括范圍為 10 mA 至 1000mA 的最小集電極電流額定值。這些晶體管有兩種形式，例如 PNP 和 NPN

這些晶體管不具備晶體管的小信號(hào)放大能力，而晶體管的小信號(hào)放大能力最多可達(dá) 500 倍。因此，這將使晶體管更有利于開(kāi)關(guān)，盡管它們可以用作放大器來(lái)提供增益。一旦您需要額外的增益，那么這些晶體管就會(huì)像放大器一樣發(fā)揮更好的作用。

功率晶體管

這些晶體管適用于使用大量功率的情況。該晶體管的集電極端子與金屬基極端子相連，因此它就像散熱器一樣可以消除多余的功率。典型額定功率范圍主要為約 10 W 至 300 W，其中額定頻率范圍為 1 MHz – 100 MHz。

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最高集電極電流的值范圍為 1A – 100A。功率晶體管有 PNP 和 NPN 形式，而達(dá)林頓晶體管有 PNP 或 NPN 形式。

高頻晶體管

高頻晶體管特別適用于在高頻下工作的小信號(hào)，并用于基于高速的開(kāi)關(guān)應(yīng)用。這些晶體管適用于高頻信號(hào)，并且應(yīng)該能夠以極高的速度打開(kāi)/關(guān)閉。

高頻晶體管的應(yīng)用主要包括HF、UHF、VHF、MATV和CATV放大器以及振蕩器應(yīng)用。最大額定頻率范圍約為 2000 MHz，最高集電極電流范圍為 10 mA – 600mA。這些都可以 PNP 和 NPN 形式獲得。

光電晶體管

這些晶體管是光敏晶體管，這種晶體管的常見(jiàn)類(lèi)型看起來(lái)像雙極晶體管，其中該晶體管的基極引線被移除并通過(guò)光敏區(qū)域進(jìn)行改變。因此，這就是光電晶體管僅包含兩個(gè)端子而不是三個(gè)端子的原因。一旦外部區(qū)域保持陰涼，設(shè)備就會(huì)關(guān)閉。

?基本上，沒(méi)有電流從集電極區(qū)域流向發(fā)射極。但是，每當(dāng)光敏區(qū)域暴露在日光下時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生少量的基極電流來(lái)控制很高的集電極到發(fā)射極電流。

與普通晶體管類(lèi)似，它們可以是 FET 也可以是 BJT。FET 是光敏晶體管，與光電雙極晶體管不同，光電 FET 利用光產(chǎn)生柵極電壓，主要用于控制漏源電流。它們對(duì)光的變化非常敏感，并且與雙極光電晶體管相比更加敏感。

單結(jié)晶體管類(lèi)型

單結(jié)晶體管 (UJT) 包括三引線，其工作方式完全類(lèi)似于電氣開(kāi)關(guān)，因此它們不像放大器那樣使用。一般來(lái)說(shuō)，晶體管的工作方式既像開(kāi)關(guān)又像放大器。然而，由于其設(shè)計(jì)原因，UJT 不會(huì)提供任何類(lèi)型的放大。因此，它的設(shè)計(jì)目的不是提供足夠的電壓或電流。

這些晶體管的引線是 B1、B2 和發(fā)射極引線。該晶體管的操作很簡(jiǎn)單。當(dāng)其發(fā)射極或基極端子之間存在電壓時(shí)，就會(huì)有小電流從 B2 流向 B1。

其他類(lèi)型晶體管中的控制引線將提供小的額外電流，而在 UJT 中，情況恰恰相反。晶體管的主要來(lái)源是其發(fā)射極電流。從 B2 流向 B1 的電流只是整個(gè)組合電流的一小部分，這意味著 UJT 不適合放大，但適合開(kāi)關(guān)。

異質(zhì)結(jié)雙極晶體管 (HBT)

AlgaAs/GaAs 異質(zhì)結(jié)雙極晶體管 (HBT) 用于頻率高達(dá) Ku 頻段的數(shù)字和模擬微波應(yīng)用。HBT 可以提供比硅雙極晶體管更快的開(kāi)關(guān)速度，主要是因?yàn)榛鶚O電阻和集電極到基板的電容降低。HBT 處理所需的光刻要求低于 GaAs FET，因此，HBT 的制造成本非常高，并且可以提供更好的光刻良率。

該技術(shù)還可以提供比 GaAs FET 更高的擊穿電壓和更容易的寬帶阻抗匹配。在對(duì)硅雙極結(jié)型晶體管 (BJT) 的評(píng)估中，HBT 在發(fā)射極注入效率、基極電阻、基極-發(fā)射極電容和截止頻率方面表現(xiàn)出更好的表現(xiàn)。它們還具有良好的線性度、低相位噪聲和高功率附加效率。HBT 可用于盈利且高可靠性的應(yīng)用，例如移動(dòng)電話中的功率放大器和激光驅(qū)動(dòng)器。

達(dá)林頓晶體管

達(dá)林頓晶體管有時(shí)稱(chēng)為“達(dá)林頓對(duì)”，是由兩個(gè)晶體管組成的晶體管電路。西德尼·達(dá)林頓發(fā)明了它。它就像一個(gè)晶體管，但它具有更高的獲得電流的能力。該電路可以由兩個(gè)分立晶體管組成，也可以位于集成電路內(nèi)部。

達(dá)林頓晶體管的 hfe 參數(shù)是每個(gè)晶體管 hfe 相互乘積。該電路對(duì)于音頻放大器或測(cè)量流過(guò)水的非常小的電流的探頭很有幫助。它非常敏感，可以感知皮膚中的電流。如果將其連接到一塊金屬，就可以構(gòu)建一個(gè)觸摸感應(yīng)按鈕。

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達(dá)林頓晶體管

肖特基晶體管

肖特基晶體管是晶體管和肖特基二極管的組合，通過(guò)轉(zhuǎn)移極端輸入電流來(lái)防止晶體管飽和。它也稱(chēng)為肖特基鉗位晶體管。

多發(fā)射極晶體管

多發(fā)射極晶體管是一種專(zhuān)用雙極晶體管，經(jīng)常用作晶體管邏輯(TTL) NAND邏輯門(mén)的輸入。輸入信號(hào)施加到發(fā)射器。如果所有發(fā)射極均由邏輯高電壓驅(qū)動(dòng)，則集電極電流會(huì)簡(jiǎn)單地停止流動(dòng)，從而使用單個(gè)晶體管執(zhí)行 NAND 邏輯處理。多發(fā)射極晶體管取代了 DTL 的二極管，并同意減少開(kāi)關(guān)時(shí)間和功耗。

雙柵極MOSFET

在多種射頻應(yīng)用中特別流行的一種 MOSFET 是雙柵極 MOSFET。雙柵極 MOSFET 用于許多射頻和其他需要串聯(lián)兩個(gè)控制柵極的應(yīng)用。雙柵極 MOSFET 本質(zhì)上是 MOSFET 的一種形式，其中兩個(gè)柵極沿著溝道的長(zhǎng)度一個(gè)接一個(gè)地組成。

這樣，兩個(gè)柵極都會(huì)影響源極和漏極之間流動(dòng)的電流水平。實(shí)際上，雙柵極 MOSFET 的操作可被視為與串聯(lián)的兩個(gè) MOSFET 器件相同。兩個(gè)柵極都會(huì)影響 MOSFET 的一般操作，從而影響輸出。雙柵極 MOSFET 可用于許多應(yīng)用，包括射頻混頻器/乘法器、射頻放大器、具有增益控制的放大器等。

雪崩晶體管

雪崩晶體管是一種雙極結(jié)型晶體管，設(shè)計(jì)用于在集電極電流/集電極發(fā)射極電壓特性超出集電極發(fā)射極擊穿電壓的區(qū)域（稱(chēng)為雪崩擊穿區(qū)域）進(jìn)行處理。該區(qū)域的特點(diǎn)是雪崩擊穿（類(lèi)似于湯森氣體放電的現(xiàn)象）和負(fù)微分電阻。雪崩擊穿區(qū)域中的操作稱(chēng)為雪崩模式操作：它使雪崩晶體管能夠以小于納秒的上升和下降時(shí)間（過(guò)渡時(shí)間）切換非常高的電流。

并非專(zhuān)門(mén)為此目的設(shè)計(jì)的晶體管可以具有相當(dāng)一致的雪崩特性；例如，吉姆·威廉姆斯 (Jim Williams) 寫(xiě)道，在 12 年期間制造的 15V 高速開(kāi)關(guān) 2N2369 樣品中，82% 能夠使用 90V 電源生成上升時(shí)間為 350 ps 或更短的雪崩擊穿脈沖。

擴(kuò)散晶體管

擴(kuò)散晶體管是通過(guò)將摻雜劑擴(kuò)散到半導(dǎo)體襯底中而形成的雙極結(jié)型晶體管(BJT)。擴(kuò)散工藝的實(shí)施晚于用于制造 BJT 的合金結(jié)和生長(zhǎng)結(jié)工藝。貝爾實(shí)驗(yàn)室于 1954 年開(kāi)發(fā)出第一個(gè)原型擴(kuò)散晶體管。最初的擴(kuò)散晶體管是擴(kuò)散基極晶體管。

這些晶體管仍然有合金發(fā)射極，有時(shí)還有合金集電極，就像早期的合金結(jié)晶體管一樣。僅堿擴(kuò)散到基底中。有時(shí)，襯底產(chǎn)生集電極，但在像 Philco 的微合金擴(kuò)散晶體管這樣的晶體管中，襯底是基極的主體。

晶體管類(lèi)型的應(yīng)用

功率半導(dǎo)體的適當(dāng)應(yīng)用需要了解其最大額定值和電氣特性以及器件數(shù)據(jù)表中提供的信息。良好的設(shè)計(jì)實(shí)踐采用數(shù)據(jù)表限制，而不是從小批量樣品中獲得的信息。額定值是對(duì)設(shè)備能力設(shè)置限制的最大值或最小值。超過(guò)額定值的行為可能會(huì)導(dǎo)致不可逆轉(zhuǎn)的退化或設(shè)備故障。最大額定值表示設(shè)備的極限能力。它們不能用作設(shè)計(jì)環(huán)境。

特性是在各個(gè)操作條件下對(duì)設(shè)備性能的度量，以最小值、特性值和/或最大值表示，或以圖形方式顯示。

因此，這就是關(guān)于什么是晶體管以及不同類(lèi)型的晶體管及其應(yīng)用的內(nèi)容。我們希望您能更好地理解這個(gè)概念或?qū)嵤╇姎夂碗娮禹?xiàng)目，請(qǐng)?jiān)谙旅娴脑u(píng)論部分發(fā)表您的寶貴建議。這里有一個(gè)問(wèn)題問(wèn)你，晶體管的主要作用是什么？

審核編輯：湯梓紅