BJT晶體管的工作原理

BJT（Bipolar Junction Transistor）是雙極結(jié)型晶體管的縮寫，是一種三端有源器件，通過控制基區(qū)電流來控制集電區(qū)電流，從而實(shí)現(xiàn)電流的放大、調(diào)節(jié)和開關(guān)等功能。BJT的工作原理基于兩個(gè)PN結(jié)（即發(fā)射結(jié)和集電結(jié)）的相互作用以及載流子（電子和空穴）的流動(dòng)。

一、BJT晶體管的基本結(jié)構(gòu)

BJT晶體管由兩塊半導(dǎo)體材料組成，中間夾著一層薄半導(dǎo)體材料，形成三個(gè)區(qū)域：發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)。這三個(gè)區(qū)域分別引出三條電極：發(fā)射極（e）、基極（b）和集電極（c）。根據(jù)半導(dǎo)體材料的摻雜類型不同，BJT晶體管可以分為NPN型和PNP型兩種。

二、BJT晶體管的工作原理

以NPN型BJT為例，其工作原理如下：

1. 發(fā)射結(jié)加正向電壓 ：當(dāng)在BJT的發(fā)射極和基極之間施加一個(gè)正向電壓時(shí)，發(fā)射結(jié)處于正向偏置狀態(tài)。此時(shí)，發(fā)射區(qū)的電子受到電場(chǎng)力的作用，越過發(fā)射結(jié)勢(shì)壘進(jìn)入基區(qū)。由于發(fā)射區(qū)摻雜濃度較高，自由電子很多，所以大量自由電子因擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)越過發(fā)射結(jié)到達(dá)基區(qū)，形成發(fā)射極電流。
2. 擴(kuò)散到基區(qū)的自由電子與空穴復(fù)合 ：由于基區(qū)摻雜濃度較低且很薄，擴(kuò)散到基區(qū)的自由電子只有極少部分與空穴復(fù)合，形成微弱的基極電流。這部分電子在基區(qū)內(nèi)擴(kuò)散并與空穴復(fù)合，形成基極電流（IB）。
3. 集電結(jié)加反向電壓 ：同時(shí)，在BJT的集電極和基極之間施加一個(gè)反向電壓，集電結(jié)處于反向偏置狀態(tài)。這種偏置狀態(tài)使得集電區(qū)對(duì)電子的吸引力遠(yuǎn)大于基區(qū)，因此大量從發(fā)射區(qū)注入到基區(qū)的電子被集電區(qū)收集，形成集電極電流（IC）。由于集電區(qū)摻雜濃度也較低，這些電子在集電區(qū)內(nèi)主要以漂移運(yùn)動(dòng)為主，形成較大的集電極電流。

三、BJT晶體管的電流放大作用

由于基極電流（IB）很小，而集電極電流（IC）很大，因此BJT具有電流放大作用。放大倍數(shù)β（也稱為電流增益）定義為集電極電流與基極電流之比，即β=IC/IB。β的大小取決于BJT的結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作條件。

四、BJT晶體管的工作狀態(tài)

BJT晶體管主要工作在以下三種狀態(tài)：

1. 截止?fàn)顟B(tài) ：當(dāng)加在BJT發(fā)射結(jié)的電壓小于PN結(jié)的導(dǎo)通電壓時(shí)，基極電流為零，集電極電流和發(fā)射極電流都為零。此時(shí)BJT失去了電流放大作用，集電極和發(fā)射極之間相當(dāng)于開關(guān)的斷開狀態(tài)。
2. 放大狀態(tài) ：當(dāng)加在BJT發(fā)射結(jié)的電壓大于PN結(jié)的導(dǎo)通電壓，并處于某一恰當(dāng)?shù)闹禃r(shí)，BJT的發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。此時(shí)基極電流對(duì)集電極電流起著控制作用，使BJT具有電流放大作用。
3. 飽和狀態(tài) ：當(dāng)加在BJT發(fā)射結(jié)的電壓大于PN結(jié)的導(dǎo)通電壓，并當(dāng)基極電流增大到一定程度時(shí)，集電極電流不再隨著基極電流的增大而增大，而是處于某一定值附近不怎么變化。此時(shí)BJT失去電流放大作用，集電極與發(fā)射極之間的電壓很小，集電極和發(fā)射極之間相當(dāng)于開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)。

綜上所述，BJT晶體管通過控制基區(qū)電流來控制集電區(qū)電流，從而實(shí)現(xiàn)電流的放大、調(diào)節(jié)和開關(guān)等功能。其工作原理基于兩個(gè)PN結(jié)的相互作用以及載流子的流動(dòng)。在電子電路中，BJT晶體管得到了廣泛應(yīng)用，如放大器電路、開關(guān)電路、振蕩電路等。