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晶体管如何工作?

令人惊讶的是,首 个可运行晶体管于 1947 年 12 月 23 日面世,距今已有 70 年!1 晶体管或许是人们发明的**性的元器件之一。它的出现为集成电路、微处理器以及计算机内存的产生奠定了基础。

在本文中,我们将讨论以下内容;

何为晶体管?

晶体管又称双极结型晶体管 (BJT),是由电流驱动的半导体器件,用于控制电流的流动,其中,基极引线中的较小电流控制集电极和发射极之间较大的电流。它们能用于放大弱信号,用作振荡器或开关。

晶体管通常由硅晶体制成,采用 N 和 P 型半导体层相互夹合形式。见下图 1。

图 1:图 1a 展示了 2N3904 TO-92 剖视图,展示了连接到硅基的 E - 发射极、B - 基极和 C – 集电极引线。图 1b 摘自 1958 年 5 月的 Radio-Electronics 杂志2,图中显示了 N 和 P 型层片及其排列情况(当时使用的是锗材料)。

晶体管密闭并封装在塑料或金属圆柱形外壳中,带有三根引线(图 2)。

图 2:各种流行封装类型及尺寸对比。

晶体管如何工作?

我们将以 NPN 晶体管为例,来说明晶体管的工作原理。要了解这类元件如何作为开关运作,方法很简单,即想像水流流经阀门控制的水管即可。水压代表“电压”,流经水管的水流代表“电流”(图 3)。大水管代表集电/发射结,中间由阀门隔开,图中阀门以灰色椭圆形表示,像一块活动的挡板,由代表基极的小水管中的水流进行致动。阀门保持从集电极到发射极的水压。当水流流经较小的水管(基极)时,将打开集电/发射结之间的阀门,让水流经过发射极流向地面(地面表示所有水或电压/电流的回路)。


图 3:该图以图形化的方式说明了晶体管的工作原理。当水流流经小水管(基极)时,将打开集电/发射结之间的阀门,让水流经过发射极流向地面。

为您的应用选择晶体管

如果只是想要打开电路或是开启负载,您应当考虑以下几点。确定您是想要通过正电流还是负电流(即分别为 NPN 或 PNP 类型)来偏置或激励晶体管开关。NPN 晶体管由在基极偏置的正电流驱动(或打开),以控制从集电极到发射极的电流。PNP 型晶体管由在基极偏置的负电流驱动,以控制从发射极到集电极的电流。(注意,PNP 极性与 NPN 相反。)更多详细信息,请参见下图 4。