晶體管是現代電子和邏輯電路中使用最多的元件，因為它有兩個主要功能，即開關和放大。它們用于模擬和數字電路，低功率和高功率和頻率應用。各種各樣的晶體管都有各自的優點和缺點。以下是本文中討論的幾種晶體管。

#1?

什么是晶體管?

What is a Transistor?

晶體管是一種三端半導體器件，用于開關或放大信號。其輸入端的小電流或電壓可用于控制非常高的輸出電壓或電流。

“晶體管”這個詞是“Trans”代表“傳輸”和“istor”代表“電阻”兩個詞的組合。這是因為晶體管根據輸入信號將其電阻從一端轉移到另一端。

晶體管主要分為兩種：

● 雙極結晶體管-BJT

● 場效應晶體管-FET

#2?

雙極結晶體管- BJT

Bipolar Junction Transistor – BJT

BJT或雙極結晶體管是一種雙極晶體管，有一個結。雙極意味著它使用兩種類型的電荷載體，即電子和空穴。而結是指兩種不同半導體材料之間的邊界，通常稱為PN結。

BJT由具有兩個PN結的P型和N型半導體材料交替三層組成。它有3個端子，即發射極、基極和集電極。每個端子與晶體管的每一層連接。

基極是夾在發射極和集電極之間的中間層。基層是所有層中摻雜最輕的。發射極和集電極均重摻雜，其中發射極的摻雜相對于集電極的摻雜重。

BJT是一種電流控制裝置。它是指它利用基極端的輸入電流來控制輸出電流或集電極電流。通過反向連接基極-集電極結和正向偏置連接基極-發射極結，允許電流在發射極和集電極之間流動。這個電流與基極電流成正比。

由于其基極-發射極結或輸入正向偏置，因此輸入阻抗非常低。由于集電極-發射極反向偏置，輸出阻抗非常高。因此，BJT具有非常高的增益。

有兩種類型的BJT，即NPN和PNP晶體管。

#3?

NPN型晶體管

NPN Transistor

NPN晶體管是由兩種N型材料和一種P型材料組合而成。P區夾在N區之間。集電極、基極和發射極三個端子分別從N區、P區和N區上升。

大多數載流子是電子，少數載流子是空穴。在基極端施加電流IB允許電流IC從集電極到發射極。電流與基極電流成正比。而總發射極電流IE是基極電流Ib和集電極電流IC的總和。

IC?= βIB

IE?= IB?+ IC

NPN晶體管的符號也表示電流的方向。指向發射器外的小箭頭表示發射器向外的電流方向。

NPN晶體管通過施加正基極-發射極電壓VBE開關，由于大多數載流子是電子，它具有很高的開關速度。

#4?

PNP型晶體管

PNP Transistor

PNP晶體管由兩個P層和一個N層組合而成。薄的N層夾在兩個厚的P層之間。中間的N層稱為基極，周圍的兩層稱為集電極和發射極。

大多數載流子是空穴，少數載流子是電子。

反向偏置集電極-發射極結和正向偏置基極-發射極結使晶體管進入導通模式，輸出電流與基極電流成正比。

當負電壓VBE加到基極區時，PNP晶體管導通，當正電壓加到基極區時，PNP晶體管關斷。

由于大多數載流子是空穴，PNP晶體管的恢復時間相對較高，因此它的開關速度比NPN晶體管低。

在PNP晶體管的符號中，指向內的箭頭表示電流在發射極內部流向基極和集電極的方向。因此，總電流IC是發射極電流減去基極電流。

IC?= IE?– IB

#5?

場效應晶體管

Field Effect Transistor – FET

FET或場效應晶體管是一種利用電場或電壓來控制電流流動的晶體管。它是單極的，即電流僅由于大多數電荷載流子是電子或空穴而流動。

FET的三個終端分別是漏極(D)、柵極(G)和源極(S)。根據FET的結構，在漏極和源極之間有一個通道。通道是指電流流動的路徑。漏極和源極由相同的半導體材料制成。然而，漏極端是一個有更多的正電壓。因此，漏極和源極是可互換的。

通道的寬度由施加在其柵極上的電壓控制。對源電壓VGS施加正向柵極增加通道寬度，從而增加漏極電流ID。這種模式稱為增強模式。而應用反向VGS減少通道長度和當前ID。這種運作模式被稱為耗竭模式。因此，它是一種電壓控制裝置。

由于輸入(門)是反向偏置的，FET的輸入阻抗在100歐姆的范圍內非常高，這就是為什么沒有輸入或門電流的原因。因此，它具有非常低的能耗和高效率。輸出阻抗低。因此，FET的增益比BJT小。

由于FET僅利用電子或空穴一種類型的電荷載流子，因此恢復時間非常快。因此，它的開關速度非常快，可以用于非常高頻的應用。

有兩種類型的FET晶體管，即JFET(結場效應管)和MOSFET(金屬氧化物半導體場效應管)。

#6?

結場效應晶體管JFET

Junction Field Effect Transistor JFET

JFET或結場效應晶體管是一種在柵極和溝道之間有一個PN結的場效應晶體管。它有Gate (G)、DraiN (D)和Source (S)三個端子，通道被柵極區包圍。所述通道和柵極由所述交替半導體層構成。溝渠的兩端分別稱為漏地和源地。

該通道在制造過程中是內置的。因此，當柵極沒有電壓時，JFET可以傳導電流。對柵極施加反向電壓會在通道周圍產生耗盡區，該耗盡區會收縮并減小通道寬度。當耗盡區完全阻塞通道時，電流流動減少并最終停止。這種工作模式也被稱為耗盡模式，JFET只在這種模式下工作。

該通道可以由P型或N型半導體材料制成。因此，JFET可分為：

● N溝道JFET

● P溝道JFET

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N-Channel JFET

N溝道JFET

N溝道JFET的溝道由N型半導體材料制成，因此得名。負責電流流動的電荷載體是電子。電子的恢復時間快，因此N溝道JFET具有快速的開關速度。

當柵極電壓為零時，由于存在通道，它將在源極和漏極之間傳導電流。應用負的V-GS產生一個耗盡區，減少通道寬度。因此，減少電流。

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P-Channel JFET

P溝道JFET

P溝道JFET的溝道是由P型材料制成的，空穴是負責電流流動的電荷載流子。空穴相對較重，速度比電子慢。因此，P溝道JFET的速度比N溝道JFET慢。

P溝道JFET即使在柵極沒有電壓時也能導通。施加正柵極電壓減小通道寬度并減小電流。

#7?

場效應晶體管

MOSFET

MOSFET或金屬氧化物半導體場效應晶體管是一種場效應晶體管，其柵極終端與通道電隔離。因此，它也被稱為IGFET(絕緣柵場效應晶體管)。它有四個終端;排水管、閘門、水源和閥體。本體端子常與電源短接，從而形成三個端子。

MOSFET的柵極和溝道之間有一層二氧化硅絕緣層。它增加了輸入阻抗在百萬歐姆范圍內，并減少了泄漏電流。

MOSFET具有與任何其他FET相同的操作。其柵極處的電壓用于改變通道寬度和通過通道的電流。它可以減少或增加通道的寬度。因此，MOSFET工作在兩種模式下，即損耗模式和增強模式。

絕緣層的缺點是它在柵極和溝道之間產生電容，這使得它容易受到靜電積聚的影響。

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Depletion MOSFET

損耗MOSFET

耗盡型MOSFET或D型MOSFET是一種MOSFET，其中溝道是在制造時制造的。它是正常ON的MOSFET，在無輸入或柵源電壓VGS = 0時傳導電流。

它可以在損耗和增強模式下工作。應用正向VGS使D-MOSFET進入增強模式，電流增大。而應用反向V-GS則使其進入耗盡模式，電流減小并關閉。

按溝道劃分，D-MOSFET可分為N溝道和P溝道。

D-MOSFET可以在耗盡和增強模式下工作。而增強型MOSFET不能在耗盡模式下工作。

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N-Channel D-MOSFET

N溝道D-MOSFET

在N溝道D-MOSFET中，溝道由N型材料制成，電流由電子流動。正柵極源電壓VGS增加了通道寬度，從而增加了電流流量。而負的VGS耗盡了載流子的通道并減少了電流以完全關閉。

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P-Channel D-MOSFET

P溝道D-MOSFET

在P溝道D-MOSFET中，溝道由P型材料制成，其空穴作為電荷載流子。正VGS減小通道寬度和電流，而負VGS增強P溝道D-MOSFET的電流。

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Enhancement MOSFET

增強MOSFET

增強型MOSFET或E-MOSFET是一種“正常關閉”的MOSFET，當沒有輸入時不導電。它沒有頻道。該通道是通過在其柵極和源端之間施加正向電壓VGS-來誘導的。電壓增強通道寬度和電流，因此得名。

E-MOSFET也分為N溝道和P溝道兩種。

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N-Channel E-MOSFET

N溝道E-MOSFET

該通道是通過施加一個正的V-GS來誘導的，該V-GS在其柵極下積累了一層來自P襯底的負電荷，形成了N通道。增加電壓會增加其寬度和電流導電性。

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P-Channel E-MOSFET

P溝道E-MOSFET

該通道是通過施加負V-GS來誘導的，該負V-GS增加了通道寬度以增加電流。該溝道是通過從柵電極下面的N襯底上積累孔而制成的。

正如我們所知，光電二極管工作在反向偏置，因此，圖表是在反向電壓和反向電流之間。反向電壓在負x軸上表示，而反向電流在負y軸上以微安表示。

#8?

絕緣柵雙極晶體管IGBT

Insulated Gate Bipolar Transistor IGBT

IGBT或絕緣柵雙極晶體管是一種結合了BJT和MOSFET的最佳部分的晶體管。它具有MOSFET(絕緣柵極)的高輸入阻抗和快速開關速度的輸入特性和BJT的大輸出電流處理能力的輸出特性。

它有柵極(G)、集電極(C)和發射極(E)三個端子，其中柵極代表MOSFET部分，集電極和發射極代表BJT部分。它是一種像MOSFET一樣沒有輸入電流的電壓控制器件。因此它沒有輸入損失。然而，它是單向的，不像MOSFET是雙向的。它只允許電流從集電極到發射極。

它由MOSFET和BJT的組合制成，使用如上所示的達靈頓對配置，一個N溝道MOSFET與PNP晶體管。一個正的柵極-發射極電壓V-GE開關接通MOSFET，啟動基極電流到PNP。PNP接通并傳導巨大的電流。

這種組合提高了整體電壓和電流額定值，減少了輸入損耗和體面的開關速度。操作起來要容易得多。

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Punch through IGBT

打通IGBT

通過IGBT的穿孔有一個N+緩沖層。它具有不對稱電壓阻斷能力，即正向和反向擊穿電壓是不同的。反向擊穿電壓小于正向擊穿電壓。它們不能處理反向電壓。它們用于直流電路，因為它們是單向的，如逆變器和斬波電路。它具有更快的切換速度。

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Non Punch through IGBT

不通過IGBT打孔

非沖孔通過IGBT沒有N+緩沖層。它們具有對稱的擊穿電壓，即正向擊穿電壓和反向擊穿電壓相等。它們用于交流電路中，如整流器。

#9?

特殊的晶體管

Special Transistor

有不同種類的晶體管被設計用于特殊用途。下面是其中一些晶體管。

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Darlington Pair Transistor

達林頓晶體管

達靈頓晶體管或達靈頓對是兩個NPN或PNP晶體管的組合，它們的總增益等于它們各自增益的乘積。它提供了非常高的電流增益。被第一個BJT放大的電流被第二個BJT放大。它被用在敏感電路中，比單個晶體管占用的空間更小。

第一晶體管的發射極連接到第二晶體管的基極，它們的集電極是共同的。它可能有一個高增益，但它也有雙基極-發射極下降。它以單晶體管形式提供，具有三個端子，即基極，發射極和集電極。

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Sziklai Pair Transistor

Sziklai晶體管

Sziklai就像DarliNgton一樣，是兩個BJT的組合，以提高其當前增益。但它將兩個不同的BJT組合成一個晶體管。與達林頓對相比，這種配置的優點是它具有單個基極-發射極電壓降。它的電流增益略低于達靈頓。

第一BJT的收集器連接到第二BJT的底座。第一所述的發射極和第二所述的集電極連接在一起。整個Sziklai晶體管充當第一晶體管或輸入晶體管。例如，如果第一個晶體管是NPN，那么整個晶體管將作為具有高增益的NPN晶體管工作。

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Phototransistor

光電晶體管

顧名思義，光電晶體管依賴于光強。這是一個簡單的晶體管，但不是基端，有一個光敏區。因此，它只有兩個端子。光敏區將光能轉換成電能，用于控制輸出電流。

它們可以由BJT或FET制成。BJT光晶體管將光能轉換成基極電流，而FET光晶體管將光轉換成電壓以控制大電流。

當它處于陰影下或感光區域沒有光線時，它會保持關閉狀態。當光落在它的結上產生與光強成正比的基極電流或柵極電壓時，它就會接通。它反過來控制大集電極或漏極電流。

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Small Signal Transistors

小信號晶體管

顧名思義，這種晶體管用于放大和開關非常小的信號。它們的增益非常高，約為500，集電極的額定電流為毫安。這些是非常敏感的晶體管，只能用于小信號。

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Small Switching Transistors

小型開關晶體管

這些晶體管主要用于小信號的開關。它們可用于擴增;然而，它們的電流增益遠小于200倍范圍內的小信號晶體管。這兩種晶體管都是由諸如NPN和PNP的bjt制成的。

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Power Transistors

功率晶體管

顧名思義，這些晶體管用于高功率應用。它們可以處理非常高的集電極電流和電壓。它們的體積比任何普通晶體管都要大。為了處理大電流，每個區域都設計得更大。它們有很高的擊穿電壓。然而，它們也有很高的導通電壓降。功率晶體管可用于所有類型的晶體管，如功率BJT，功率MOSFET和功率IGBT。

7

High Frequency Transistors

高頻晶體管

這些晶體管用于非常高頻和高速的開關應用。它們也被稱為RF(射頻)晶體管。它們可以在2000兆赫的范圍內以非常高的速度打開和關閉小信號。在如此高的頻率下，它們既用于開關，也用于放大。

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Avalanche Transistor

雪崩晶體管

雪崩晶體管是專門設計用于在被稱為雪崩擊穿區域的擊穿電壓之外工作的bjt。這是一個電流顯著增加的負電阻區域。這些晶體管在這個被稱為雪崩模式操作的區域工作。在這種模式下，它們能夠以非常高的速度切換非常大的電流。

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Dual Gate MOSFET

雙柵MOSFET

雙柵MOSFET是一種特殊類型的MOSFET，專為射頻應用而設計。它具有沿其長度在單個通道上制造的兩個柵極，其電導率受兩個柵極的影響。因此，它可以用于混合兩個輸入信號。它作為兩個MOSFET串聯工作，但具有單個通道。它們用于射頻混頻器和放大器。

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Multiple-Emitter Transistor

多發射極晶體管

多發射極晶體管是具有多個發射極的BJT晶體管。它被用作TTL(晶體管-晶體管邏輯)電路中NAND門的輸入。BJT只是兩個二極管背靠背連接。任何發射極的邏輯低電壓將基極拉到低電壓，從而停止集電極電流，同時在兩個發射極提供邏輯高電壓，允許用于驅動邏輯電路的集電極電流。如果在DTL(二極管-晶體管邏輯)中使用二極管，它們有助于減少開關時間。

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Schottky Transistor

肖特基晶體管

肖特基晶體管是一個肖特基二極管連接在基極和集電極之間的BJT。肖特基二極管具有較低的電壓降和較高的開關速度。由于壓降比基極-發射極壓降低，它將引導電流遠離基極，以防止晶體管飽和。

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Unijunction Transistors UJT

單結晶體管

單結晶體管或UJT是一種只有一個PN結但有三個端子的二極管;發射極(E)，基極_1 (B1)和基極_2 (B2)。就像二極管一樣，它只用于開關，但它提供電控開關。與晶體管不同，它不能放大任何信號。發射極的輸入用于控制B1和B2之間的電流流動。它通過施加正脈沖觸發導通，并通過施加負脈沖關閉。

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Heterojunction Bipolar Transistor (HBT)

異質結雙極晶體管(HBT)

顧名思義，HBT是一種基底和發射極由不同的半導體材料構成異質結的BJT。異質結的優點是具有較低的基極電阻和處理很高的頻率。

審核編輯：黃飛