雙極晶體管的結(jié)構(gòu)配置及電路總結(jié)

雙極結(jié)型晶體管是一種可用于開(kāi)關(guān)或放大的半導(dǎo)體器件

在二極管教程中，我們看到簡(jiǎn)單的二極管由兩片半導(dǎo)體材料組成，形成一個(gè)簡(jiǎn)單的pn結(jié)，我們也了解了它們的特性和特性。

如果我們現(xiàn)在將兩個(gè)獨(dú)立的信號(hào)二極管連接在一起，這將為我們提供兩個(gè)串聯(lián)連接在一起的PN結(jié)常見(jiàn)的P或N終端。這兩個(gè)二極管的融合產(chǎn)生三層，兩個(gè)結(jié)，三個(gè)終端器件，形成雙極結(jié)型晶體管或BJT的基礎(chǔ)。

晶體管是由不同半導(dǎo)體材料制成的三端子有源器件，通過(guò)施加小信號(hào)電壓可以充當(dāng)絕緣體或?qū)w。晶體管在這兩種狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的能力使其具有兩個(gè)基本功能：“切換”（數(shù)字電子）或“放大”（模擬電子）。然后雙極晶體管能夠在三個(gè)不同的區(qū)域內(nèi)工作：

有源區(qū) - 晶體管作為放大器運(yùn)行 Ic =β* Ib

飽和度 - 晶體管為“全開(kāi)”，作為開(kāi)關(guān)工作， Ic = I（飽和）

截止 - 晶體管作為開(kāi)關(guān)工作“完全關(guān)閉”且 Ic = 0

典型的雙極晶體管

一詞晶體管是兩個(gè)字 Trans fer Var istor 的組合，它描述了它們?cè)?a target="_blank">電子開(kāi)發(fā)早期的運(yùn)行方式。有兩種基本類型的雙極晶體管結(jié)構(gòu)， PNP 和 NPN ，它基本上描述了制造它們的P型和N型半導(dǎo)體材料的物理排列。

雙極晶體管基本結(jié)構(gòu)由兩個(gè)PN結(jié)組成，產(chǎn)生三個(gè)連接端子，每個(gè)端子都有一個(gè)名稱，用于識(shí)別另外兩個(gè)端子。這三個(gè)端子是已知的并標(biāo)記為 Emitter （ E ）， Base （ B ）和 Collector （ C ）。

雙極晶體管是電流調(diào)節(jié)器件，可控制從發(fā)射極到集電極端子流過(guò)它們的電流量到施加到它們的基極端子的偏置電壓的量，因此起到電流控制開(kāi)關(guān)的作用。由于流入基極端的小電流控制了更大的集電極電流，形成了晶體管動(dòng)作的基礎(chǔ)。

兩種晶體管類型 PNP 和 NPN 的工作原理完全相同，唯一的區(qū)別在于它們的偏置和每個(gè)電源的極性類型。

雙極晶體管結(jié)構(gòu)

兩者的結(jié)構(gòu)和電路符號(hào)上面給出了span> PNP 和 NPN 雙極晶體管，電路符號(hào)中的箭頭始終顯示基極端子與其發(fā)射極端子之間的“常規(guī)電流”方向。對(duì)于兩種晶體管類型，箭頭的方向始終從正P型區(qū)域指向負(fù)N型區(qū)域，與標(biāo)準(zhǔn)二極管符號(hào)完全相同。

雙極晶體管配置

由于雙極晶體管是三端子器件，基本上有三種可能的方式將其連接在電子電路中，其中一個(gè)端子對(duì)輸入和輸出都是公共的。每種連接方式對(duì)電路內(nèi)的輸入信號(hào)的響應(yīng)不同，因?yàn)榫w管的靜態(tài)特性隨每個(gè)電路布置而變化。

普通基本配置 - 電壓增益但沒(méi)有電流增益。

公共發(fā)射極配置 - 同時(shí)具有電流和電壓增益。

公共集電極配置 - 電流增益但沒(méi)有電壓增益。

公共基極（CB）配置

顧名思義，在Common Base或接地基本配置中， BASE 連接對(duì)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)都是通用的。輸入信號(hào)施加在晶體管基極和發(fā)射極端子之間，而相應(yīng)的輸出信號(hào)取自基極和集電極端子之間，如圖所示。基極端子接地或可以連接到某個(gè)固定的參考電壓點(diǎn)。

流入發(fā)射極的輸入電流非常大，因此分別是基極電流和集電極電流之和，集電極電流輸出小于發(fā)射極電流輸入，導(dǎo)致此類電路的電流增益為“1”（單位）或更小，換句話說(shuō)，公共基極配置“衰減”輸入信號(hào)。

公共基極晶體管電路

此類放大器配置為非反相電壓放大器電路因?yàn)樾盘?hào)電壓 Vin 和 Vout 是“同相的”。由于其異常高的電壓增益特性，這種類型的晶體管布置不是很常見(jiàn)。其輸入特性代表正向偏置二極管的輸入特性，而輸出特性則代表發(fā)光二極管的輸出特性。

此類雙極晶體管配置也具有較高的輸出與輸入電阻比，或者更重要的是“將“電阻（ RL ）加載到”輸入“電阻（ Rin ），使其值為”電阻增益“。然后，公共基本配置的電壓增益（ Av ）如下：

公共基準(zhǔn)電壓增益

其中： Ic / Ie 是當(dāng)前增益，alpha（α）和 RL / Rin 是電阻增益。

公共基本電路通常僅用于單級(jí)放大器電路，如麥克風(fēng)前置放大器或射頻（R?）放大器，因?yàn)樗哂蟹浅：玫母哳l響應(yīng)。

公共發(fā)射極（CE）配置

在公共發(fā)射極或接地發(fā)射器配置中，輸入信號(hào)應(yīng)用于基極和發(fā)射極之間，而輸出取自收集器和發(fā)射器之間，如圖所示。這種類型的配置是基于晶體管的放大器最常用的電路，它代表了雙極晶體管連接的“常規(guī)”方法。

共發(fā)射極放大器配置產(chǎn)生所有三種電流的最高電流和功率增益雙極晶體管配置。這主要是因?yàn)檩斎胱杩故堑碗娖?，因?yàn)樗B接到正向偏置PN結(jié)，而輸出阻抗是高電平，因?yàn)樗鼇?lái)自反向偏置PN結(jié)。

公共發(fā)射極放大器電路

在這種配置中，流出晶體管的電流必須等于流過(guò)的電流進(jìn)入晶體管時(shí)，發(fā)射極電流為 Ie = Ic + Ib 。

作為負(fù)載電阻（ R L ）與集電極串聯(lián)連接，共發(fā)射極晶體管配置的電流增益非常大，因?yàn)樗?Ic / Ib 的比率。晶體管電流增益給出希臘符號(hào) Beta ，（β）。

由于共射極配置的發(fā)射極電流定義為 Ie = Ic + Ib ， Ic / Ie 的比率稱為 Alpha ，給定希臘符號(hào)α。注意：Alpha的值總是小于1。

由于這三個(gè)電流之間的電氣關(guān)系， Ib ， Ic 和即取決于晶體管本身的物理結(jié)構(gòu)，基極電流的任何微小變化（ Ib ）都會(huì)導(dǎo)致集電極電流發(fā)生更大的變化（ Ic ）。

然后，在基極中流動(dòng)的電流的微小變化將因此控制發(fā)射極 - 集電極電路中的電流。通常，對(duì)于大多數(shù)通用晶體管， Beta 的值介于20和200之間。因此，如果一個(gè)晶體管的β值為100，那么在發(fā)射極 - 集電極端子之間流動(dòng)的每100個(gè)電子就會(huì)有一個(gè)電子從基極端流出。

通過(guò)組合表達(dá)式 Alpha ，α和 Beta ，β這些參數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，因此當(dāng)前的收益晶體管可以給出：

其中：“ Ic ”是流入的電流集電極端子“ Ib ”是流入基極端子的電流，“ Ie ”是流出發(fā)射極端子的電流。

然后總結(jié)一下。這種類型的雙極晶體管配置具有比公共基極配置更大的輸入阻抗，電流和功率增益，但其電壓增益要低得多。共發(fā)射極配置是反相放大器電路。這意味著產(chǎn)生的輸出信號(hào)相對(duì)于輸入電壓信號(hào)具有180 o 相移。

公共集電極（CC）配置

在Common Collector或接地收集器配置中，收集器現(xiàn)在通過(guò)電源是通用的。輸入信號(hào)直接連接到基極，而輸出則來(lái)自發(fā)射極負(fù)載，如圖所示。這種類型的配置通常稱為電壓跟隨器或發(fā)射器跟隨器電路。

公共集電極或射極跟隨器配置對(duì)阻抗非常有用匹配應(yīng)用，因?yàn)檩斎胱杩狗浅８撸跀?shù)十萬(wàn)歐姆的范圍內(nèi)，同時(shí)具有相對(duì)較低的輸出阻抗。

共集電極晶體管電路

共發(fā)射極配置的電流增益約等于晶體管本身的β值。在公共集電極配置中，負(fù)載電阻與發(fā)射極串聯(lián)，因此其電流等于發(fā)射極電流的電流。

由于發(fā)射極電流是集電極與基極電流相結(jié)合的組合，這種類型的晶體管配置中的負(fù)載電阻還具有集電極電流和流過(guò)它的基極的輸入電流。然后電路的當(dāng)前增益如下：

公共集電極電流增益

這種類型的雙極晶體管配置是一個(gè)非反相電路，其中 Vin 和 Vout 的信號(hào)電壓同相” 。它的電壓增益始終小于“1”（單位）。共集電極晶體管的負(fù)載電阻接收基極和集電極電流，從而提供大電流增益（與共發(fā)射極配置一樣），因此可提供良好的電流放大，電壓增益非常小。

我們現(xiàn)在可以總結(jié)了流經(jīng)每個(gè)支路的晶體管各個(gè)直流電流與下表中給出的直流電流增益之間的各種關(guān)系。

直流電流與增益之間的關(guān)系

雙極晶體管總結(jié)

然后總結(jié)一下，上述每種電路配置中雙極晶體管的行為都非常不同，并且在輸入阻抗，輸出阻抗方面產(chǎn)生不同的電路特性并獲得這是電壓增益，電流增益還是功率增益，這在下表中進(jìn)行了總結(jié)。

雙極晶體管配置

具有下表中給出的不同晶體管配置的一般特性：

在下一篇關(guān)于雙極晶體管的教程中，我們將看一下 NPN晶體管更詳細(xì)地說(shuō)，當(dāng)在共發(fā)射極配置中用作放大器時(shí)，由于其靈活性和高增益，這是最廣泛使用的配置。我們還將繪制通常與放大器電路相關(guān)的輸出特性曲線，作為集電極電流與基極電流的函數(shù)。