我們的大腦由1000億個稱為神經元的細胞組成，這些細胞用于思考和記憶事物。就像計算機一樣，也有數十億個名為晶體管的微小腦細胞。它由從稱為硅的沙子中提取的化學元素組成。晶體管已經由John Bardeen，Walter Brattain和William Shockley進行了半個多世紀的設計，因此從根本上改變了電子學的理論。

我們將告訴您它們的工作原理或實際作用是什么？

什么是晶體管？

這些設備由通常用于放大或開關目的的半導體材料制成，也可以用于控制電壓和電流的流動。它還用于將輸入信號放大為擴展區輸出信號。晶體管通常是由半導體材料制成的固態電子設備。電流的循環可以通過添加電子來改變。該過程使電壓變化成比例地影響輸出電流中的許多變化，從而使放大倍增。除了大多數電子設備外，并非所有的電子設備都包含一種或多種類型的晶體管。某些晶體管單獨放置或通常放置在集成電路中，這些晶體管會根據狀態應用而有所不同。

“晶體管是三腳昆蟲型組件，在某些設備中單獨放置但是在計算機中，它被封裝成數以百萬計的小芯片。”

晶體管由什么組成？

晶體管由三層半導體組成，它們具有保持電流的能力。諸如硅和鍺之類的導電材料具有在導體和被塑料線包圍的絕緣體之間傳輸電流的能力。半導體材料通過某種化學程序（稱為半導體摻雜）進行處理。如果硅中摻有砷，磷和銻，它將獲得一些額外的電荷載流子，即電子，稱為 N型或負半導體；而如果硅中摻有其他雜質（如硼），鎵，鋁，它將獲得較少的電荷載流子，即空穴，被稱為 P型或正半導體。

晶體管如何工作？

工作原理是了解如何使用晶體管或晶體管的主要部分。它是如何工作的？晶體管中有三個端子：

?基極：它為晶體管電極提供基極。

?發射極：由此產生的電荷載流子。

?收集器：由此產生的電荷載流子。

如果晶體管為NPN型，我們需要施加0.7v的電壓來觸發它，并將該電壓施加到基極管的晶體管tu 正向偏置條件導通，電流開始流過集電極到發射極（也稱為飽和區域）。當晶體管處于反向偏置狀態或基極引腳接地或不帶電壓時，晶體管保持截止狀態，并且不允許電流從集電極流向發射極（也稱為截止區域） ）。

如果晶體管為PNP型，則通常處于ON狀態，但不是可以說是完美的，直到基腳完全接地為止。將基極引腳接地后，晶體管將處于反向偏置狀態或被稱為導通狀態。作為提供給基極引腳的電源，它停止了從集電極到發射極的電流傳導，并且晶體管處于截止狀態或正向偏置狀態。

為保護晶體管，我們串聯了一個電阻，使用以下公式查找該電阻的值：

R B = V BE /I B

不同類型的晶體管：

主要將晶體管分為兩類：雙極結型晶體管（BJT）和場效應晶體管（FET）。進一步我們可以如下劃分：

雙極結型晶體管（BJT） p雙極結型晶體管由摻雜的半導體組成，具有三個端子，即基極，發射極和集電極。在該過程中，空穴和電子都被涉及。通過修改從基極到發射極端子的小電流，流入集電極到發射極的大量電流切換。這些也稱為當前控制的設備。如前所述， NPN 和 PNP 是BJT的兩個主要部分。 BJT通過將輸入提供給基極來開啟，因為它的所有晶體管阻抗都最低。所有晶體管的放大率也最高。

BJT的類型如下：

1. NPN晶體管 ：

在NPN晶體管的中間區域，即基極為p型，而在兩個外部區域，即發射極和集電極為n型。

在正向活動模式下，NPN晶體管處于偏置狀態。通過直流電源 Vbb ，基極到發射極的結點將被正向偏置。因此，在該結的耗盡區將減少。集電極至基極結被反向偏置，集電極至基極結的耗盡區將增加。多數電荷載流子是n型發射極的電子?；鶚O發射極結正向偏置，因此電子向基極區域移動。因此，這會導致發射極電流Ie ?；鶚O區很薄，被空穴輕摻雜，形成了電子-空穴的結合，一些電子保留在基極區中。這會導致基本電流Ib 非常小?；鶚O集電極結被反向偏置到基極區域中的空穴和電子，而正偏向基極區域中的電子。集電極端子吸引的基極區域的剩余電子引起集電極電流Ic。 在此處查看有關NPN晶體管的更多信息。

2.。 PNP晶體管 ：

在PNP晶體管的中間區域（即基極為n型）和兩個外部區域（即集電極）

我們在上面的NPN晶體管中討論過，它也處于有源模式。大多數電荷載流子是用于p型發射極的孔。對于這些孔，基極發射極結將被正向偏置并朝基極區域移動。這導致發射極電流Ie ?；鶚O區很薄，被電子輕摻雜，形成了電子-空穴的結合，并且一些空穴保留在基極區中。這會導致基本電流Ib 非常小。基極集電極結被反向偏置到基極區域中的孔和集電極區域中的孔，但是被正向偏置到基極區域中的孔。集電極端子吸引的基極區域的剩余孔引起集電極電流Ic。在此處查看有關PNP晶體管的更多信息。

什么是晶體管配置？

通常，共有三種類型的配置，其關于增益的描述如下：

共基（CB）配置：它沒有當前增益，但具有

公共集電極（CC）配置：它具有電流增益，但是沒有電壓增益。

公共發射極（CE）配置：它同時具有電流增益和電壓增益。

晶體管公共基極（CB）配置：

在此電路中，將基座放置在輸入和輸出共用的位置。它具有低輸入阻抗（50-500歐姆）。它具有高輸出阻抗（1-10兆歐）。相對于基礎端子測得的電壓。因此，輸入電壓和電流將為Vbe＆Ie，輸出電壓和電流將為Vcb＆Ic。

電流增益將小于1，即 alpha（dc）= Ic/Ie

電壓增益將很高。

功率增益將是平均水平。

晶體管公共發射極（CE）配置：

在此電路中，放置了發射極輸入和輸出通用。輸入信號施加在基極和發射極之間，輸出信號施加在集電極和發射極之間。 Vbb和Vcc是電壓。它具有高輸入阻抗，即（500-5000歐姆）。它具有低輸出阻抗，即（50-500千歐）。

電流增益將很高（98），即 beta（dc）= Ic/Ie

功率增益高達37db。

輸出將異相180度。

晶體管公共集電極配置：

在此電路中，集電極對輸入和輸出均通用。這也稱為發射極跟隨器。輸入阻抗高（150-600千歐），輸出阻抗低（100-1000歐）。

電流增益會很高（99）。

電壓增益將小于1。

功率增益將是平均的。

場效應晶體管（FET）：

場效應晶體管包含三個區域，例如源極，柵極，漏極。它們被稱為電壓控制設備，因為它們可以控制電壓水平。為了控制電氣行為，可以選擇外部施加的電場，這就是為什么被稱為場效應晶體管的原因。在這種情況下，電流由于多數電荷載流子（即電子）而流動，因此也稱為單極晶體管。它主要具有兆歐的高輸入阻抗，漏極和源極之間的低頻電導率受電場控制。場效應晶體管效率高，強度大，成本低。

場效應晶體管有兩種類型，即結型場效應晶體管（JFET）和金屬氧化物場效應晶體管（MOSFET）。電流在名為 n通道和 p通道的兩個通道之間通過。

結型場效應晶體管（JFET）

結型場效應晶體管沒有PN結，但代替了高電阻半導體材料，它們形成了n＆p型硅通道用于大多數電荷載流子的流動，其兩個端子為漏極或源極端子。在n通道中，電流為負，而在p通道中，電流為正。

JFET的工作 ：

JFET中有兩種類型的通道，稱為：n通道JFET和p溝道JFET

N溝道JFET：

在這里，我們必須討論以下兩個條件下n溝道JFET的主要工作原理：

首先，當 Vgs = 0時，

在 Vds 為正的漏極端子上施加小的正電壓。由于此施加的電壓 Vds ，電子從源極流到漏極會導致漏極電流 Id 。漏極和源極之間的通道充當電阻。令n通道均勻。不同的電壓電平由漏極電流Id設置，并從源極轉移到漏極。漏極端電壓最高，源極端電壓最低。漏極反向偏置，因此此處的耗盡層更寬。

Vds 增加， Vgs = 0 V

耗盡層增加，通道寬度減小。 Vds在兩個耗盡區接觸的水平上增加，這種情況稱為夾斷過程，并導致夾斷電壓 Vp。

此處， Id夾斷–下降到0 MA和Id達到飽和水平。具有 Vgs = 0 的ID ，稱為漏極源飽和電流（Idss）。 Vds 以 Vp 增大，此時電流Id保持不變，JFET用作恒定電流源。

第二，當 Vgs不等于0，

應用負Vgs和Vds會有所不同。耗盡區的寬度增加，溝道變窄并且電阻增加。較小的漏極電流流動并達到飽和水平。由于負Vgs，飽和度降低，Id降低。夾斷電壓持續下降。因此，它稱為電壓控制設備。

JFET的特征：

特性顯示出不同的區域，如下所示：

歐姆區域：Vgs = 0，耗盡層較小。

斷開區域：由于通道電阻最大，也稱為夾斷區域。

飽和或有源區域：由柵源電壓控制，漏源電壓較小

擊穿區域：漏極和源極之間的電壓高，導致電阻溝道擊穿。

P溝道JFET：

p溝道JFET與n溝道JFET的操作相同，但發生了一些例外，例如，由于空穴，溝道電流為正，偏置電壓極性需要反轉。

有源區中的漏極電流：

Id = Idss ［1-Vgs/Vp］

漏極源極通道電阻： Rds =增量Vds/de lta Id

金屬氧化物場效應晶體管（MOSFET）

金屬氧化物場效應晶體管也稱為電壓控制場效應晶體管。在這里，金屬氧化物柵極電子通過稱為玻璃的二氧化硅薄層與n溝道和p溝道電絕緣。

漏極和源極之間的電流與輸入電壓成正比

這是一個三端設備，即柵極，漏極和源極。根據溝道的功能，有兩種類型的MOSFET，即p溝道MOSFET和n溝道MOSFET。

有兩種形式的金屬氧化物場效應晶體管，即耗盡型和增強型。

耗盡類型：需要Vgs，即柵極-源極電壓要關閉，耗盡模式等于常閉開關。

Vgs = 0，如果Vgs為正，則電子較多；如果Vgs為負，則電子較少。

增強類型：需要Vgs，即打開柵極電源和增強模式等于常開開關。

此處，附加端子為襯底 》用于接地。

門電源電壓（Vgs）大于閾值電壓（Vth）

晶體管偏置模式： forward biasin g和反向偏置，而根據偏置，有四個不同的偏置電路，如下所示：

固定基準偏置和固定電阻偏置：

在圖中，基極電阻Rb連接在基極和Vcc之間?；鶚O發射極結由于電壓降Rb而被正向偏置，導致流Ib通過它。在此從以下項獲得Ib：

Ib=（Vcc-Vbe）/Rb

這將導致穩定性因子（beta +1），從而導致較低的熱穩定性。這里的電壓和電流的表達式，即

Vb=Vbe=Vcc-IbRb

Vc=Vcc-IcRc=Vcc-Vce

Ic = Beta Ib

Ie=Ic

集電極反饋偏置：

在此圖中，基極電阻器Rb連接在集電極和晶體管的基極端子之間。因此，基極電壓Vb和集電極電壓Vc彼此相似

Vb =Vc-IbRb

Where，

Vb=Vcc-（Ib+Ic）Rc

通過這些等式， Ic 會減小 Vc ，從而減小 Ib ，自動 Ic 減小。

（β+1）因子小于1，Ib導致放大器增益減小。

因此，電壓和電流可以表示為-

Vb=Vbe

Ic= beta Ib

Ie is almost equals to Ib

雙反饋偏置：

在此圖中，它是基于集電極反饋電路的改進形式。由于它具有附加電路R1，因此增加了穩定性。因此，基極電阻的增加導致beta的變化，即增益。

現在，

I1=0.1 Ic

Vc= Vcc-（Ic+I（Rb）Rc

Vb=Vbe=I1R1=Vc-（I1+Ib）Rb

Ic= beta Ib

Ie is almost equals to Ic

固定的帶有發射電阻的偏置：

在此圖中，它與固定偏置電路相同，但是還連接了一個附加的發射極電阻Re。 Ic由于溫度而增加，Ie也增加，這又增加了Re兩端的電壓降。這導致Vc減小，Ib減小，從而使iC恢復到其正常值。電壓增益因Re的存在而降低。

現在，

Ve=Ie Re

Vc=Vcc – Ic Rc

Vb=Vbe+Ve

Ic= beta Ib

Ie is almost equals to Ic

發射器偏置：

在此圖中，有兩個電源電壓Vcc和Vee相等但極性相反。這里，Vee正向偏置到基極Re＆Vcc的發射極結反向偏置到集電極基極結。

現在，

Ve= -Vee+Ie Re

Vc= Vcc- Ic Rc

Vb=Vbe+Ve

Ic= beta Ib

Ie is almost equal to Ib

Where， Re》》Rb/beta

Vee》》Vbe

給出穩定的工作點。

發射極反饋偏置：

在此圖中，它同時使用了收集器作為反饋和發射極反饋以獲得更高的穩定性。由于發射極電流Ie的流動，發射極電阻Re兩端會出現電壓降，因此發射極基極結將為正向偏置。在此，溫度升高，Ic升高，Ie也升高。這導致Re處的電壓降，集電極電壓Vc降低，Ib也降低。這導致輸出增益將降低。表達式可以表示為：

Irb=0.1 Ic=Ib+I1

Ve=IeRe=0.1Vcc

Vc=Vcc-（Ic+Irb）Rc

Vb=Vbe+Ve=I1R1=Vc-（I1+Ib0Rb）

Ic=beta Ib

Ie is almost equal to Ic

電壓分壓器偏置：

在該圖中，它使用電阻器R1和R2的分壓器形式對晶體管進行偏置。 R2上形成的電壓將是基極電壓，因為它正向偏置了基極-發射極結。在這里，I2 = 10Ib。

這樣做是為了忽略分壓器電流，β值會發生變化。

Ib=Vcc R2/R1+R2

Ve=Ie Re

Vb=I2 R2=Vbe+Ve

Ic可以抵抗beta和Vbe的變化這導致穩定性因子為1。在這種情況下，Ic隨著溫度的升高而增加，Ie隨著發射極電壓Ve的增加而增加，從而降低了基極電壓Vbe。這會導致基本電流ib和ic減小到其實際值。

晶體管的應用

大多數零件的晶體管用于電子應用，例如電壓和功率放大器。

在許多電路中用作開關

用于制造數字邏輯電路，例如AND，NOT等。

將晶體管插入所有東西，例如爐灶到計算機。

用于微處理器是其中集成了數十億個晶體管的芯片。

在早期，它們被用于收音機，電話設備，助聽器等。

它們還用于麥克風，將聲音信號也轉換為電信號。
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