我們的大腦由1000億個(gè)稱為神經(jīng)元的細(xì)胞組成，這些細(xì)胞用于思考和記憶事物。就像計(jì)算機(jī)一樣，也有數(shù)十億個(gè)名為晶體管的微小腦細(xì)胞。它由從稱為硅的沙子中提取的化學(xué)元素組成。晶體管已經(jīng)由John Bardeen，Walter Brattain和William Shockley進(jìn)行了半個(gè)多世紀(jì)的設(shè)計(jì)，因此從根本上改變了電子學(xué)的理論。

我們將告訴您它們的工作原理或?qū)嶋H作用是什么？

什么是晶體管？

這些設(shè)備由通常用于放大或開關(guān)目的的半導(dǎo)體材料制成，也可以用于控制電壓和電流的流動。它還用于將輸入信號放大為擴(kuò)展區(qū)輸出信號。晶體管通常是由半導(dǎo)體材料制成的固態(tài)電子設(shè)備。電流的循環(huán)可以通過添加電子來改變。該過程使電壓變化成比例地影響輸出電流中的許多變化，從而使放大倍增。除了大多數(shù)電子設(shè)備外，并非所有的電子設(shè)備都包含一種或多種類型的晶體管。某些晶體管單獨(dú)放置或通常放置在集成電路中，這些晶體管會根據(jù)狀態(tài)應(yīng)用而有所不同。

“晶體管是三腳昆蟲型組件，在某些設(shè)備中單獨(dú)放置但是在計(jì)算機(jī)中，它被封裝成數(shù)以百萬計(jì)的小芯片?！?/p>

晶體管由什么組成？

晶體管由三層半導(dǎo)體組成，它們具有保持電流的能力。諸如硅和鍺之類的導(dǎo)電材料具有在導(dǎo)體和被塑料線包圍的絕緣體之間傳輸電流的能力。半導(dǎo)體材料通過某種化學(xué)程序（稱為半導(dǎo)體摻雜）進(jìn)行處理。如果硅中摻有砷，磷和銻，它將獲得一些額外的電荷載流子，即電子，稱為 N型或負(fù)半導(dǎo)體；而如果硅中摻有其他雜質(zhì)（如硼），鎵，鋁，它將獲得較少的電荷載流子，即空穴，被稱為 P型或正半導(dǎo)體。

晶體管如何工作？

工作原理是了解如何使用晶體管或晶體管的主要部分。它是如何工作的？晶體管中有三個(gè)端子：

?基極：它為晶體管電極提供基極。

?發(fā)射極：由此產(chǎn)生的電荷載流子。

?收集器：由此產(chǎn)生的電荷載流子。

如果晶體管為NPN型，我們需要施加0.7v的電壓來觸發(fā)它，并將該電壓施加到基極管的晶體管tu 正向偏置條件導(dǎo)通，電流開始流過集電極到發(fā)射極（也稱為飽和區(qū)域）。當(dāng)晶體管處于反向偏置狀態(tài)或基極引腳接地或不帶電壓時(shí)，晶體管保持截止?fàn)顟B(tài)，并且不允許電流從集電極流向發(fā)射極（也稱為截止區(qū)域） ）。

如果晶體管為PNP型，則通常處于ON狀態(tài)，但不是可以說是完美的，直到基腳完全接地為止。將基極引腳接地后，晶體管將處于反向偏置狀態(tài)或被稱為導(dǎo)通狀態(tài)。作為提供給基極引腳的電源，它停止了從集電極到發(fā)射極的電流傳導(dǎo)，并且晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)或正向偏置狀態(tài)。

為保護(hù)晶體管，我們串聯(lián)了一個(gè)電阻，使用以下公式查找該電阻的值：

R B = V BE /I B

不同類型的晶體管：

主要將晶體管分為兩類：雙極結(jié)型晶體管（BJT）和場效應(yīng)晶體管（FET）。進(jìn)一步我們可以如下劃分：

雙極結(jié)型晶體管（BJT） p雙極結(jié)型晶體管由摻雜的半導(dǎo)體組成，具有三個(gè)端子，即基極，發(fā)射極和集電極。在該過程中，空穴和電子都被涉及。通過修改從基極到發(fā)射極端子的小電流，流入集電極到發(fā)射極的大量電流切換。這些也稱為當(dāng)前控制的設(shè)備。如前所述， NPN 和 PNP 是BJT的兩個(gè)主要部分。 BJT通過將輸入提供給基極來開啟，因?yàn)樗乃芯w管阻抗都最低。所有晶體管的放大率也最高。

BJT的類型如下：

1. NPN晶體管 ：

在NPN晶體管的中間區(qū)域，即基極為p型，而在兩個(gè)外部區(qū)域，即發(fā)射極和集電極為n型。

在正向活動模式下，NPN晶體管處于偏置狀態(tài)。通過直流電源 Vbb ，基極到發(fā)射極的結(jié)點(diǎn)將被正向偏置。因此，在該結(jié)的耗盡區(qū)將減少。集電極至基極結(jié)被反向偏置，集電極至基極結(jié)的耗盡區(qū)將增加。多數(shù)電荷載流子是n型發(fā)射極的電子?；鶚O發(fā)射極結(jié)正向偏置，因此電子向基極區(qū)域移動。因此，這會導(dǎo)致發(fā)射極電流Ie ?；鶚O區(qū)很薄，被空穴輕摻雜，形成了電子-空穴的結(jié)合，一些電子保留在基極區(qū)中。這會導(dǎo)致基本電流Ib 非常小?；鶚O集電極結(jié)被反向偏置到基極區(qū)域中的空穴和電子，而正偏向基極區(qū)域中的電子。集電極端子吸引的基極區(qū)域的剩余電子引起集電極電流Ic。 在此處查看有關(guān)NPN晶體管的更多信息。

2.。 PNP晶體管 ：

在PNP晶體管的中間區(qū)域（即基極為n型）和兩個(gè)外部區(qū)域（即集電極）

我們在上面的NPN晶體管中討論過，它也處于有源模式。大多數(shù)電荷載流子是用于p型發(fā)射極的孔。對于這些孔，基極發(fā)射極結(jié)將被正向偏置并朝基極區(qū)域移動。這導(dǎo)致發(fā)射極電流Ie ?；鶚O區(qū)很薄，被電子輕摻雜，形成了電子-空穴的結(jié)合，并且一些空穴保留在基極區(qū)中。這會導(dǎo)致基本電流Ib 非常小?；鶚O集電極結(jié)被反向偏置到基極區(qū)域中的孔和集電極區(qū)域中的孔，但是被正向偏置到基極區(qū)域中的孔。集電極端子吸引的基極區(qū)域的剩余孔引起集電極電流Ic。在此處查看有關(guān)PNP晶體管的更多信息。

什么是晶體管配置？

通常，共有三種類型的配置，其關(guān)于增益的描述如下：

共基（CB）配置：它沒有當(dāng)前增益，但具有

公共集電極（CC）配置：它具有電流增益，但是沒有電壓增益。

公共發(fā)射極（CE）配置：它同時(shí)具有電流增益和電壓增益。

晶體管公共基極（CB）配置：

在此電路中，將基座放置在輸入和輸出共用的位置。它具有低輸入阻抗（50-500歐姆）。它具有高輸出阻抗（1-10兆歐）。相對于基礎(chǔ)端子測得的電壓。因此，輸入電壓和電流將為Vbe＆Ie，輸出電壓和電流將為Vcb＆Ic。

電流增益將小于1，即 alpha（dc）= Ic/Ie

電壓增益將很高。

功率增益將是平均水平。

晶體管公共發(fā)射極（CE）配置：

在此電路中，放置了發(fā)射極輸入和輸出通用。輸入信號施加在基極和發(fā)射極之間，輸出信號施加在集電極和發(fā)射極之間。 Vbb和Vcc是電壓。它具有高輸入阻抗，即（500-5000歐姆）。它具有低輸出阻抗，即（50-500千歐）。

電流增益將很高（98），即 beta（dc）= Ic/Ie

功率增益高達(dá)37db。

輸出將異相180度。

晶體管公共集電極配置：

在此電路中，集電極對輸入和輸出均通用。這也稱為發(fā)射極跟隨器。輸入阻抗高（150-600千歐），輸出阻抗低（100-1000歐）。

電流增益會很高（99）。

電壓增益將小于1。

功率增益將是平均的。

場效應(yīng)晶體管（FET）：

場效應(yīng)晶體管包含三個(gè)區(qū)域，例如源極，柵極，漏極。它們被稱為電壓控制設(shè)備，因?yàn)樗鼈兛梢钥刂齐妷核?。為了控制電氣行為，可以選擇外部施加的電場，這就是為什么被稱為場效應(yīng)晶體管的原因。在這種情況下，電流由于多數(shù)電荷載流子（即電子）而流動，因此也稱為單極晶體管。它主要具有兆歐的高輸入阻抗，漏極和源極之間的低頻電導(dǎo)率受電場控制。場效應(yīng)晶體管效率高，強(qiáng)度大，成本低。

場效應(yīng)晶體管有兩種類型，即結(jié)型場效應(yīng)晶體管（JFET）和金屬氧化物場效應(yīng)晶體管（MOSFET）。電流在名為 n通道和 p通道的兩個(gè)通道之間通過。

結(jié)型場效應(yīng)晶體管（JFET）

結(jié)型場效應(yīng)晶體管沒有PN結(jié)，但代替了高電阻半導(dǎo)體材料，它們形成了n＆p型硅通道用于大多數(shù)電荷載流子的流動，其兩個(gè)端子為漏極或源極端子。在n通道中，電流為負(fù)，而在p通道中，電流為正。

JFET的工作 ：

JFET中有兩種類型的通道，稱為：n通道JFET和p溝道JFET

N溝道JFET：

在這里，我們必須討論以下兩個(gè)條件下n溝道JFET的主要工作原理：

首先，當(dāng) Vgs = 0時(shí)，

在 Vds 為正的漏極端子上施加小的正電壓。由于此施加的電壓 Vds ，電子從源極流到漏極會導(dǎo)致漏極電流 Id 。漏極和源極之間的通道充當(dāng)電阻。令n通道均勻。不同的電壓電平由漏極電流Id設(shè)置，并從源極轉(zhuǎn)移到漏極。漏極端電壓最高，源極端電壓最低。漏極反向偏置，因此此處的耗盡層更寬。

Vds 增加， Vgs = 0 V

耗盡層增加，通道寬度減小。 Vds在兩個(gè)耗盡區(qū)接觸的水平上增加，這種情況稱為夾斷過程，并導(dǎo)致夾斷電壓 Vp。

此處， Id夾斷–下降到0 MA和Id達(dá)到飽和水平。具有 Vgs = 0 的ID ，稱為漏極源飽和電流（Idss）。 Vds 以 Vp 增大，此時(shí)電流Id保持不變，JFET用作恒定電流源。

第二，當(dāng) Vgs不等于0，

應(yīng)用負(fù)Vgs和Vds會有所不同。耗盡區(qū)的寬度增加，溝道變窄并且電阻增加。較小的漏極電流流動并達(dá)到飽和水平。由于負(fù)Vgs，飽和度降低，Id降低。夾斷電壓持續(xù)下降。因此，它稱為電壓控制設(shè)備。

JFET的特征：

特性顯示出不同的區(qū)域，如下所示：

歐姆區(qū)域：Vgs = 0，耗盡層較小。

斷開區(qū)域：由于通道電阻最大，也稱為夾斷區(qū)域。

飽和或有源區(qū)域：由柵源電壓控制，漏源電壓較小

擊穿區(qū)域：漏極和源極之間的電壓高，導(dǎo)致電阻溝道擊穿。

P溝道JFET：

p溝道JFET與n溝道JFET的操作相同，但發(fā)生了一些例外，例如，由于空穴，溝道電流為正，偏置電壓極性需要反轉(zhuǎn)。

有源區(qū)中的漏極電流：

Id = Idss ［1-Vgs/Vp］

漏極源極通道電阻： Rds =增量Vds/de lta Id

金屬氧化物場效應(yīng)晶體管（MOSFET）

金屬氧化物場效應(yīng)晶體管也稱為電壓控制場效應(yīng)晶體管。在這里，金屬氧化物柵極電子通過稱為玻璃的二氧化硅薄層與n溝道和p溝道電絕緣。

漏極和源極之間的電流與輸入電壓成正比

這是一個(gè)三端設(shè)備，即柵極，漏極和源極。根據(jù)溝道的功能，有兩種類型的MOSFET，即p溝道MOSFET和n溝道MOSFET。

有兩種形式的金屬氧化物場效應(yīng)晶體管，即耗盡型和增強(qiáng)型。

耗盡類型：需要Vgs，即柵極-源極電壓要關(guān)閉，耗盡模式等于常閉開關(guān)。

Vgs = 0，如果Vgs為正，則電子較多；如果Vgs為負(fù)，則電子較少。

增強(qiáng)類型：需要Vgs，即打開柵極電源和增強(qiáng)模式等于常開開關(guān)。

此處，附加端子為襯底 》用于接地。

門電源電壓（Vgs）大于閾值電壓（Vth）

晶體管偏置模式： forward biasin g和反向偏置，而根據(jù)偏置，有四個(gè)不同的偏置電路，如下所示：

固定基準(zhǔn)偏置和固定電阻偏置：

在圖中，基極電阻Rb連接在基極和Vcc之間?；鶚O發(fā)射極結(jié)由于電壓降Rb而被正向偏置，導(dǎo)致流Ib通過它。在此從以下項(xiàng)獲得Ib：

Ib=（Vcc-Vbe）/Rb

這將導(dǎo)致穩(wěn)定性因子（beta +1），從而導(dǎo)致較低的熱穩(wěn)定性。這里的電壓和電流的表達(dá)式，即

Vb=Vbe=Vcc-IbRb

Vc=Vcc-IcRc=Vcc-Vce

Ic = Beta Ib

Ie=Ic

集電極反饋偏置：

在此圖中，基極電阻器Rb連接在集電極和晶體管的基極端子之間。因此，基極電壓Vb和集電極電壓Vc彼此相似

Vb =Vc-IbRb

Where，

Vb=Vcc-（Ib+Ic）Rc

通過這些等式， Ic 會減小 Vc ，從而減小 Ib ，自動 Ic 減小。

（β+1）因子小于1，Ib導(dǎo)致放大器增益減小。

因此，電壓和電流可以表示為-

Vb=Vbe

Ic= beta Ib

Ie is almost equals to Ib

雙反饋偏置：

在此圖中，它是基于集電極反饋電路的改進(jìn)形式。由于它具有附加電路R1，因此增加了穩(wěn)定性。因此，基極電阻的增加導(dǎo)致beta的變化，即增益。

現(xiàn)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

固定的帶有發(fā)射電阻的偏置：

在此圖中，它與固定偏置電路相同，但是還連接了一個(gè)附加的發(fā)射極電阻Re。 Ic由于溫度而增加，Ie也增加，這又增加了Re兩端的電壓降。這導(dǎo)致Vc減小，Ib減小，從而使iC恢復(fù)到其正常值。電壓增益因Re的存在而降低。

現(xiàn)在，

Ve=Ie Re

Vc=Vcc – Ic Rc

Vb=Vbe+Ve

Ic= beta Ib

Ie is almost equals to Ic

發(fā)射器偏置：

在此圖中，有兩個(gè)電源電壓Vcc和Vee相等但極性相反。這里，Vee正向偏置到基極Re＆Vcc的發(fā)射極結(jié)反向偏置到集電極基極結(jié)。

現(xiàn)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

給出穩(wěn)定的工作點(diǎn)。

發(fā)射極反饋偏置：

在此圖中，它同時(shí)使用了收集器作為反饋和發(fā)射極反饋以獲得更高的穩(wěn)定性。由于發(fā)射極電流Ie的流動，發(fā)射極電阻Re兩端會出現(xiàn)電壓降，因此發(fā)射極基極結(jié)將為正向偏置。在此，溫度升高，Ic升高，Ie也升高。這導(dǎo)致Re處的電壓降，集電極電壓Vc降低，Ib也降低。這導(dǎo)致輸出增益將降低。表達(dá)式可以表示為：

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

電壓分壓器偏置：

在該圖中，它使用電阻器R1和R2的分壓器形式對晶體管進(jìn)行偏置。 R2上形成的電壓將是基極電壓，因?yàn)樗蚱昧嘶鶚O-發(fā)射極結(jié)。在這里，I2 = 10Ib。

這樣做是為了忽略分壓器電流，β值會發(fā)生變化。

Ib=Vcc R2/R1+R2

Ve=Ie Re

Vb=I2 R2=Vbe+Ve

Ic可以抵抗beta和Vbe的變化這導(dǎo)致穩(wěn)定性因子為1。在這種情況下，Ic隨著溫度的升高而增加，Ie隨著發(fā)射極電壓Ve的增加而增加，從而降低了基極電壓Vbe。這會導(dǎo)致基本電流ib和ic減小到其實(shí)際值。

晶體管的應(yīng)用

大多數(shù)零件的晶體管用于電子應(yīng)用，例如電壓和功率放大器。

在許多電路中用作開關(guān)

用于制造數(shù)字邏輯電路，例如AND，NOT等。

將晶體管插入所有東西，例如爐灶到計(jì)算機(jī)。

用于微處理器是其中集成了數(shù)十億個(gè)晶體管的芯片。

在早期，它們被用于收音機(jī)，電話設(shè)備，助聽器等。

它們還用于麥克風(fēng)，將聲音信號也轉(zhuǎn)換為電信號。
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