NPN晶體管是三端子，三層器件，可用作放大器或電子開關(guān)

在上一個教程中，我們看到了標(biāo)準(zhǔn)的雙極晶體管或BJT，有兩種基本形式。NPN（Negative-Positive-Negative）類型和PNP（Positive-Negative-Positive）類型。

最常用的晶體管配置是NPN晶體管。我們還了解到雙極晶體管的結(jié)可以以三種不同的方式偏置 -公共基極，公共發(fā)射極和公共集電極。

在本教程中，關(guān)于雙極晶體管，我們將更詳細(xì)地討論使用雙極NPN晶體管的“共發(fā)射極”配置，并舉例說明NPN晶體管的構(gòu)造以及晶體管電流特性如下所示。

雙極NPN晶體管配置

（注意：箭頭定義了發(fā)射極和常規(guī)電流，雙極NPN晶體管的“輸出”。）

雙極NPN晶體管的結(jié)構(gòu)和端電壓如上所示?；鶚O和發(fā)射極之間的電壓（ V BE ）在基極為正，在發(fā)射極為負(fù)，因為對于NPN晶體管，基極端子始終為正到發(fā)射器。此外，集電極電源電壓相對于發(fā)射極為正（ V CE ）。因此，對于雙極NPN晶體管來說，對于基極和發(fā)射極，集電極總是更積極。

NPN晶體管連接

然后電壓源連接到NPN晶體管，如圖所示。集電極通過負(fù)載電阻 RL 連接到電源電壓 V CC ，該電阻也用于限制流過器件的最大電流?；倦娫措妷?V B 連接到基極電阻 R B ，再次用于限制最大基極電流。

因此，在NPN晶體管中，負(fù)電流載流子（電子）通過基極區(qū)域的運動構(gòu)成晶體管動作，因為這些移動電子提供了集電極和發(fā)射極電路之間的連接。輸入和輸出電路之間的這種連接是晶體管動作的主要特征，因為晶體管放大特性來自于Base對集電極發(fā)射電流的后續(xù)控制。

然后我們可以看到晶體管是一種電流操作裝置（Beta型號），當(dāng)晶體管“完全接通”時，大電流（ Ic ）在集電極和發(fā)射極端子之間自由流過器件。然而，這只發(fā)生在小的偏置電流（ Ib ）同時流入晶體管的基極端子時，從而允許Base作為一種電流控制輸入。

雙極性NPN晶體管中的電流是這兩個電流的比值（ Ic / Ib ），稱為器件的 DC電流增益，并給出了符號 hfe 或現(xiàn)在 Beta ，（β）。

β的值對于標(biāo)準(zhǔn)晶體管，可以大到200，并且在 Ic 和 Ib 之間的這個大比例使得雙極NPN晶體管在其有源區(qū)域中使用時是一個有用的放大器件as Ib 提供輸入， Ic 提供輸出。請注意， Beta 沒有單位，因為它是比率。

此外，晶體管從集電極端子到發(fā)射極端子的電流增益 Ic / Ie ，被稱為 Alpha ，（α），并且是晶體管本身的函數(shù)（電子在結(jié)點上擴散）。由于發(fā)射極電流 Ie 是非常小的基極電流加上非常大的集電極電流之和，因此α（α）的值非常接近于1，并且對于典型的低功率信號晶體管，該值的范圍為約0.950至0.999

α與NPN晶體管中的β關(guān)系

通過組合兩個參數(shù)α和β，我們可以產(chǎn)生兩個數(shù)學(xué)表達(dá)式，給出晶體管中流動的不同電流之間的關(guān)系。

Beta 的值從高電流功率晶體管的大約20到大于1000的大小超過1000高頻低功率型雙極晶體管。對于大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)NPN晶體管， Beta 的值可以在制造商數(shù)據(jù)表中找到，但通常在50 - 200之間。

上面的等式 Beta 也可以重新排列，使 Ic 作為主題，并使用零基極電流（ Ib = 0 ）得到的集電極電流 Ic 也將為零，（β * 0 ）。而且，當(dāng)基極電流高時，相應(yīng)的集電極電流也將很高，導(dǎo)致基極電流控制集電極電流。雙極結(jié)型晶體管最重要的特性之一是，小的基極電流可以控制更大的集電極電流。請考慮以下示例。

NPN晶體管示例No1

雙極性NPN晶體管的直流電流增益（ Beta ）值為200.計算基極當(dāng)前 Ib 需要切換4mA的電阻負(fù)載。

因此，β= 200，Ic = 4mA 且 Ib =20μA

關(guān)于雙極NPN晶體管需要記住的另一點。集電極電壓（ Vc ）必須大于相對于發(fā)射極電壓的正值（ Ve ），以允許電流流過集電極 - 發(fā)射極結(jié)之間的晶體管。此外，由于NPN晶體管的輸入特性是正向偏置二極管，因此硅器件的基極和發(fā)射極端子之間的電壓降約為0.7V（一個二極管伏特壓降）。

然后NPN晶體管的基極電壓（ Vbe ）必須大于0.7V，否則晶體管將不會以給定的基極電流導(dǎo)通。

其中： Ib 是基極電流， Vb 是基極偏置電壓， Vbe 是基極 - 發(fā)射極電壓降（0.7v）， Rb 是基極輸入電阻。增加 Ib ， Vbe 緩慢增加至0.7V，但 Ic 呈指數(shù)上升。

NPN晶體管示例No2

NPN晶體管的直流基極偏壓， Vb 為10v，輸入基極電阻 Rb 為100kΩ。什么是進(jìn)入晶體管的基極電流值。

因此， Ib =93μA 。

公共發(fā)射極配置。

通過控制基極信號，將其用作半導(dǎo)體開關(guān)，將負(fù)載電流設(shè)為“ON”或“OFF”。在其飽和或截止區(qū)域中的晶體管，雙極NPN晶體管也可用于其有源區(qū)域，以產(chǎn)生一個電路，該電路將放大施加到其基極端子的任何小交流信號，其中發(fā)射極接地如果首先將合適的DC“偏置”電壓施加到晶體管Base端子，從而使其始終在其線性有源區(qū)域內(nèi)工作，則產(chǎn)生稱為單級共射極放大器的反相放大器電路。

NPN晶體管的一種這樣的 Common Emitter Amplifier 配置稱為A類放大器。 “A類放大器”操作是這樣一種操作，其中晶體管基極端子被偏置，使得基極 - 發(fā)射極結(jié)正向偏置。

結(jié)果是晶體管始終在其截止和飽和區(qū)域之間運行，從而允許晶體管放大器精確地再現(xiàn)疊加在該DC偏置電壓上的任何AC輸入信號的正半部和負(fù)半部。

沒有這個“偏置電壓”，只有一半的輸入波形會被放大。這種使用NPN晶體管的共發(fā)射極放大器配置有許多應(yīng)用，但通常用于音頻電路，如前置放大器和功率放大器級。

參考下面所示的共發(fā)射極配置，一系列曲線稱為輸出特性曲線，當(dāng)不同的Base值時，輸出集電極電流（ Ic ）與集電極電壓（ Vce ）相關(guān)聯(lián)當(dāng)前，（ Ib ）。輸出特性曲線應(yīng)用于具有相同β值的晶體管的晶體管。

也可以在輸出特性曲線上繪制DC“負(fù)載線”以顯示所有可能的當(dāng)施加不同的基極電流值時的操作點。正確設(shè)置 Vce 的初始值，以便在放大AC輸入信號時允許輸出電壓上下變化，這稱為設(shè)置工作點或靜態(tài)點，Q-point簡稱如下所示。

單級公共發(fā)射極放大器電路

典型雙極晶體管的輸出特性曲線

需要注意的最重要因素是當(dāng) Vce 大于約1.0伏時， Vce 對集電極電流 Ic 的影響。我們可以看到 Ic 在很大程度上不受 Vce 在此值之上的變化的影響，而是幾乎完全由基本電流 Ib 控制。當(dāng)發(fā)生這種情況時，我們可以說輸出電路代表“恒流源”。

從上面的公共發(fā)射極電路可以看出，發(fā)射極電流 Ie 是集電極電流之和 Ic 和基極電流 Ib ，加在一起所以我們也可以說 Ie = Ic + Ib 對于共發(fā)射極（CE）配置。

通過使用上面示例中的輸出特性曲線以及歐姆定律，流過負(fù)載電阻的電流，（ R L ）等于集電極電流， Ic 進(jìn)入晶體管，晶體管又對應(yīng)電源電壓，（ Vcc ）減去集電極和發(fā)射極端子之間的電壓降（ Vce ），給出如下：

此外，表示晶體管的動態(tài)負(fù)載線的直線可以直接繪制到上面的曲線圖上當(dāng) Vce = 0 時，從“飽和度”（ A ）點到（ B ）時 Ic = 0 因此給出了晶體管的“工作”或Q點。這兩個點通過直線連接在一起，沿該直線的任何位置代表晶體管的“有源區(qū)”。特征曲線上的載荷線的實際位置可以如下計算：

然后，收集器或公共發(fā)射極NPN晶體管的輸出特性曲線可用于預(yù)測集電極電流 Ic ，當(dāng)給定 Vce 和基極電流時，<跨度>磅 。還可以在曲線上構(gòu)建載荷線以確定合適的操作或Q點，其可以通過調(diào)節(jié)基礎(chǔ)電流來設(shè)置。該負(fù)載線的斜率等于負(fù)載電阻的倒數(shù)，其給出如下： -1 / R L

然后我們可以定義aNPN晶體管通常為“OFF”，但其基極（ B ）相對于其發(fā)射極的輸入電流和正電壓較?。?E ）將其設(shè)置為“ON”，允許更大的集電極 - 發(fā)射極電流流動。當(dāng) Vc 遠(yuǎn)大于 Ve 時，NPN晶體管會導(dǎo)通。

在下一個關(guān)于雙極晶體管的教程中，我們將會看到在 NPN晶體管的相反或互補形式稱為PNP晶體管，并表明PNP晶體管具有與雙極NPN晶體管非常相似的特性，除了電流和電壓方向的極性（或偏置）相反。