雙極結(jié)和場效應(yīng)晶體管（BJT和FET）及PN結(jié)二極管等知識詳解

雙極結(jié)和場效應(yīng)晶體管（BJT和FET）及PN結(jié)二極管等常識詳解

晶體管”是指可以實(shí)施開關(guān)和擴(kuò)展的半導(dǎo)體器材。它可以用作開關(guān)或擴(kuò)展器的電子設(shè)備稱為有源組件。電開關(guān)和擴(kuò)展并不是從1948年晶體管的發(fā)明開始的。但是，本發(fā)明是一個新時(shí)代的開始，由于與晶體管松懈之前運(yùn)用的有源組件（稱為真空管）比較，晶體管體積小，效率高且具有機(jī)械彈性。下面我們先來看看PN結(jié)。

PN結(jié)二極管和二極管特性

當(dāng)我們專注于半導(dǎo)體操作的物理學(xué)時(shí)，我們運(yùn)用術(shù)語pn結(jié)；當(dāng)我們專注于電路設(shè)計(jì)時(shí)，我們運(yùn)用二極管一詞。但是它們本質(zhì)上是同一回事：根柢的半導(dǎo)體二極管是連接有導(dǎo)電端子的pn結(jié)。首要讓我們看一下圖表，然后我們將簡明評論這個極為重要的電路元件的行為。

左邊的實(shí)心圓是空穴，右邊的實(shí)心圓是電子。耗盡區(qū)由與來自n型半導(dǎo)體的清閑電子從頭結(jié)合的空穴（這些從頭結(jié)合的空穴由帶圓圈的負(fù)號標(biāo)明）和與來自p型半導(dǎo)體的空穴從頭結(jié)合的電子（以圓圈正號標(biāo)明）組成。該復(fù)合導(dǎo)致耗盡區(qū)的p型部分帶負(fù)電，并且耗盡區(qū)的n型部分帶正電。

在p型和n型材料的接合處電荷的別離會導(dǎo)致電位差，稱為觸摸電位。在硅pn結(jié)二極管中，觸摸電勢約為0.6V。如上圖所示，該電勢的極性與我們預(yù)期的相反：在n型側(cè)為正，而在p型側(cè)為負(fù)。

電流可以通過松懈流過結(jié)-由于結(jié)兩部分的電荷載流子濃度不同，一些來自p型材料的空穴將松懈到n型資材中，而一些來自n型電子型材料將松懈到p型資材中。但是，幾乎沒有電流流過，由于觸摸電勢對該松懈電流起阻撓作用。此刻，我們將開始運(yùn)用術(shù)語勢壘電壓代替觸摸電勢。

正向和反向偏置

假定我們將二極管聯(lián)接到電池上，使得電池的電壓與勢壘電壓具有相同的極性，則結(jié)點(diǎn)將被反向偏置。由于我們正在添加勢壘電壓，因此松懈電流進(jìn)一步受到阻撓。

施加反向偏置電壓會使結(jié)的耗盡區(qū)變寬。另一方面，假定我們將電池的正極聯(lián)接到二極管的p型側(cè)，而負(fù)極將聯(lián)接到n型側(cè)，則我們正在下降勢壘電壓，然后促進(jìn)電荷載流子在結(jié)上的松懈。但是，在我們戰(zhàn)勝勢壘電壓并徹底耗盡耗盡區(qū)之前，電流量將堅(jiān)持恰當(dāng)?shù)偷乃?。這在施加的電壓等于勢壘電壓時(shí)發(fā)生，并且在這些正向偏置條件下，電流開始清閑流過二極管。

二極管作為電路組件

首要，當(dāng)以反向偏壓極性施加電壓時(shí)，pn結(jié)阻撓電流活動，而當(dāng)以正偏壓極性施加電壓時(shí)，pn結(jié)容許電流活動。這便是為什么二極管可以用作電流的單向閥的原因。

其次，當(dāng)施加的正向偏置電壓挨近勢壘電壓時(shí)，流過二極管的電流呈指數(shù)添加。這種指數(shù)電壓-電流聯(lián)絡(luò)使正向偏置二極管的電壓降堅(jiān)持恰當(dāng)安穩(wěn)，如下圖所示。

二極管的作業(yè)量可以近似為一個安穩(wěn)的電壓降，由于很小的電壓添加對應(yīng)于很大的電流添加。

下圖闡清楚二極管的物理結(jié)構(gòu)，其電路符號以及我們用于其兩個端子的稱號之間的聯(lián)絡(luò)。施加正向偏置電壓會使電流沿藍(lán)色箭頭方向活動。

雙極結(jié)型晶體管

在上面的敘說中，我們了解了pn結(jié)的特殊特性。假定我們將另一部分半導(dǎo)體材料添加到pn結(jié)，則將有一個雙極結(jié)晶體管（BJT）。如下圖所示，我們可以添加一部分n型半導(dǎo)體來創(chuàng)建一個npn晶體管，或許我們可以添加一部分p型半導(dǎo)體來構(gòu)成一個pnp晶體管。

n型和p型半導(dǎo)體的三層組合發(fā)生了一個三端子設(shè)備，該設(shè)備容許流過基極端子的電流較小，然后調(diào)度發(fā)射極和集電極端子之間的較大電流。在npn晶體管中，操控電流從基極流向發(fā)射極，調(diào)度電流從集電極流向發(fā)射極。在pnp晶體管中，操控電流從發(fā)射極流到基極，調(diào)度電流從發(fā)射極流到集電極。下圖中的箭頭標(biāo)清楚這些其時(shí)方式。

場效應(yīng)晶體管

望文生義，場效應(yīng)晶體管（FET）運(yùn)用電場來調(diào)度電流。因此，我們可以將BJT和FET視為半導(dǎo)體擴(kuò)展和開關(guān)這一主題的兩個根柢改動：BJT容許小電流調(diào)度大電流，而FET容許小電壓調(diào)度大電流。

場效應(yīng)晶體管由兩個被溝道離隔的摻雜半導(dǎo)體區(qū)域組成，并且以改動溝道的載流特性的辦法向器材施加電壓。下圖使您了解其作業(yè)原理。

如您所見，被通道離隔的端子稱為源極和漏極，而柵極是施加操控電壓的端子。雖然此圖有助于介紹一般的FET操作，但實(shí)際上是在描繪一種相對不常見的器材，稱為結(jié)型場效應(yīng)晶體管（JFET）?，F(xiàn)在，絕大大都場效應(yīng)晶體管是金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MOSFET）。

MOSFET具有將柵極與溝道別離隔的絕緣層。因此，與BJT不同，MOSFET不需要穩(wěn)態(tài)輸入電流。通過施加電壓可以簡略地調(diào)度流過通道的電流。下圖閃現(xiàn)了n溝道MOSFET（也稱為NMOS晶體管）的物理結(jié)構(gòu)和根柢操作。NMOS晶體管中的大都載流子是電子；具有空穴作為大都載流子的p型晶體管稱為p溝道MOSFET或PMOS晶體管。

兩個重?fù)诫s的n型區(qū)域被p型溝道離隔。假定源和基板都接地。假定柵極也接地，則電流將無法流過溝道，由于施加到漏極的電壓會導(dǎo)致反向偏置的pn結(jié)。但是，施加到柵極的正電壓架空溝道中的空穴，然后發(fā)生耗盡區(qū)，并從源極和漏極部分招引電子。

假定電壓滿足高，則通道將具有滿足的移動電子，以在向漏極施加電壓時(shí)容許電流從漏極流向源極。

總結(jié)

由于它們?nèi)菰S較小的電流或電壓來調(diào)度電流，因此BJT和MOSFET可以用作電子開關(guān)和擴(kuò)展器。開關(guān)動作是通過提供在兩種情況之間轉(zhuǎn)化的輸入信號來完畢的。這些輸入情況之一導(dǎo)致全電流活動，而另一個導(dǎo)致零電流活動。通過偏置晶體管來完畢擴(kuò)展，以便較小的輸入信號改動會在電流中發(fā)生相應(yīng)的較大崎嶇改動。

審核編輯：湯梓紅