晶體管-不同類型的晶體管及其功能與應(yīng)用知識

晶體管是一個有源元件，并且在所有電子電路中都在建立。它們用作放大器和開關(guān)設(shè)備。作為放大器，它們用于高和低電平，頻率級，振蕩器，調(diào)制器，檢測器，以及需要執(zhí)行功能的任何電路。在數(shù)字電路中，它們用作開關(guān)。大約在世界范圍內(nèi)，有大量的制造商生產(chǎn)半導(dǎo)體（晶體管是該設(shè)備家族的成員），因此確切地有成千上萬的不同類型。有低，中和高功率晶體管，用于以高和低頻運(yùn)行，以非常高的電流和/或高電壓運(yùn)行。本文概述了什么是晶體管，不同類型的晶體管及其應(yīng)用。

不同類型的晶體管

晶體管是一種電子設(shè)備。它是通過p型和n型半導(dǎo)體制成的。當(dāng)將半導(dǎo)體置于相同類型的半導(dǎo)體之間的中央時，該布置稱為晶體管?？梢哉f一個晶體管是兩個二極管的組合，它背對背連接。晶體管是一種調(diào)節(jié)電流或電壓流動的設(shè)備，并充當(dāng)電子信號的按鈕或門。晶體管由半導(dǎo)體器件的三層組成，每層都可以移動電流。半導(dǎo)體是鍺和硅這樣的材料，它以“半熱情”的方式導(dǎo)電。它位于真正的導(dǎo)體（如銅）和絕緣體（類似于用塑料包裹的粗電線）之間的任何位置。

晶體管符號

公開了npn和pnp晶體管的圖解形式。在電路中使用的是連接圖形式。箭頭符號定義了發(fā)射極電流。在npn連接中，我們確定電子流入發(fā)射極。這意味著保守的電流如射出箭頭所示從發(fā)射極流出。同樣可以看出，對于pnp連接，如圖中向內(nèi)箭頭所示，保守電流流入發(fā)射極。

晶體管的類型太多，每種晶體管的特性各不相同，各有優(yōu)缺點(diǎn)。某些類型的晶體管主要用于開關(guān)應(yīng)用。其他可以用于切換和放大。還有其他一些晶體管屬于它們自己的專用組，例如光電晶體管，它們對照在其上的光量產(chǎn)生反應(yīng)以產(chǎn)生流經(jīng)它的電流。以下是不同類型的晶體管的列表；我們將逐一介紹創(chuàng)建它們的特征，具體如下。

雙極結(jié)型晶體管（BJT）

雙極結(jié)型晶體管是由基極，集電極和發(fā)射極三個區(qū)域組成的晶體管。雙極結(jié)型晶體管，不同的FET晶體管是電流控制的器件。進(jìn)入晶體管基極區(qū)的電流很小，導(dǎo)致從發(fā)射極到集電極區(qū)的電流大得多。雙極結(jié)型晶體管有兩種主要類型，即NPN和PNP。NPN晶體管是其中大多數(shù)載流子是電子的晶體管。從發(fā)射極流向集電極的電子構(gòu)成了流經(jīng)晶體管的大部分電流的基極。電荷的其他類型（空穴）是少數(shù)。PNP晶體管則相反。在PNP晶體管中，多數(shù)載流子是空穴。

雙極結(jié)型晶體管引腳

場效應(yīng)晶體管

場效應(yīng)晶體管由3個區(qū)域組成：柵極，源極和漏極。不同的雙極型晶體管FET是電壓控制設(shè)備。置于柵極的電壓控制電流從晶體管的源極流向漏極。場效應(yīng)晶體管具有非常高的輸入阻抗，從幾兆歐姆（MΩ）的電阻到更大得多的值。高輸入阻抗使它們流過的電流很小。（根據(jù)歐姆定律，電流受電路阻抗值的反作用。如果阻抗高，則電流非常低。）因此，F(xiàn)ET都從電路電源汲取很少的電流。

場效應(yīng)晶體管

因此，這是理想的，因?yàn)樗鼈儾粫蓴_與其連接的原始電路功率元件。它們不會導(dǎo)致電源負(fù)載下降。FET的缺點(diǎn)是它們無法提供與雙極晶體管相同的放大率。雙極晶體管在提供更大的放大倍數(shù)方面具有優(yōu)勢，盡管FET更好，因?yàn)樗鼈儺a(chǎn)生的負(fù)載更少，更便宜且更易于制造。場效應(yīng)晶體管有兩種主要類型：JFET和MOSFET。JFET和MOSFET非常相似，但MOSFET的輸入阻抗值甚至比JFET高。這導(dǎo)致電路中的負(fù)載更少。

異質(zhì)結(jié)雙極晶體管（HBT）

AlgaAs / GaAs異質(zhì)結(jié)雙極晶體管（HBT）用于頻率高達(dá)Ku頻段的數(shù)字和模擬微波應(yīng)用。HBT可提供比硅雙極晶體管更快的開關(guān)速度，這主要是因?yàn)榻档土嘶鶚O電阻和集電極到基板的電容。與GaAs FET相比，HBT處理對光刻的要求不高，因此HBT的制造成本很低，并且可以提供更好的光刻良率。

與GaAs FET相比，該技術(shù)還可以提供更高的擊穿電壓和更容易的寬帶阻抗匹配。在Si雙極結(jié)晶體管（BJT）的評估中，HBT在發(fā)射極注入效率，基極電阻，基極-發(fā)射極電容和截止頻率方面表現(xiàn)出更好的表現(xiàn)。它們還具有良好的線性度，低相位噪聲和高功率附加效率。HBT用于贏利和高可靠性應(yīng)用中，例如移動電話中的功率放大器和激光驅(qū)動器。

達(dá)林頓晶體管

有時被稱為“達(dá)靈頓對”的達(dá)林頓晶體管是由兩個晶體管制成的晶體管電路。悉尼·達(dá)林頓（Sidney Darlington）發(fā)明了它。它就像一個晶體管，但是具有更高的電流獲取能力。該電路可以由兩個分立的晶體管制成，也可以位于集成電路內(nèi)部。達(dá)林頓晶體管的hfe參數(shù)是每個晶體管hfe相互相乘。該電路對音頻放大器或測量流過水的很小電流的探頭很有用。它是如此的敏感以至于可以吸收皮膚中的電流。如果將其連接到一塊金屬上，則可以構(gòu)建一個觸敏按鈕。

達(dá)林頓晶體管

肖特基晶體管

肖特基晶體管是晶體管和肖特基二極管的組合，可通過轉(zhuǎn)移極端輸入電流來防止晶體管飽和。它也被稱為肖特基鉗位晶體管。

肖特基晶體管

多發(fā)射極晶體管

多發(fā)射極晶體管是專門用作雙極晶體管的晶體管，經(jīng)常用作晶體管晶體管邏輯（TTL）NAND 邏輯門的輸入。輸入信號被施加到發(fā)射器。如果所有發(fā)射極均由邏輯高電壓驅(qū)動，則集電極電流會簡單地停止流動，從而使用單個晶體管執(zhí)行NAND邏輯過程。多發(fā)射極晶體管替代了DTL的二極管，并同意減少開關(guān)時間和功耗。

多發(fā)射極晶體管

雙柵極MOSFET

雙柵極MOSFET是在幾種RF應(yīng)用中特別流行的一種形式的MOSFET。雙柵極MOSFET用于許多RF和其他需要串聯(lián)兩個控制柵極的應(yīng)用中。從根本上說，雙柵極MOSFET是MOSFET的一種形式，其中兩個柵極沿著通道的長度依次組成。

雙門Mosfet

這樣，兩個柵極都會影響在源極和漏極之間流動的電流水平。實(shí)際上，可以將雙柵極MOSFET的操作視為與串聯(lián)的兩個MOSFET器件相同。兩個柵極都影響一般的MOSFET操作，因此也會影響輸出。雙柵極MOSFET可用于許多應(yīng)用，包括RF混頻器/乘法器，RF放大器，具有增益控制的放大器等。

結(jié)型FET晶體管

該結(jié)型場效應(yīng)晶體管（JUGFET或JFET）沒有PN結(jié)，但在其位置上具有高電阻率的半導(dǎo)體材料的形成了“通道”的窄部分是N-型或P-型硅為多數(shù)載流子通過流的在兩端分別具有兩個歐姆電連接，通常分別稱為漏極和源極。結(jié)型場效應(yīng)晶體管有兩種基本配置，即N溝道JFET和P溝道JFET。N溝道JFET的溝道摻雜有施主雜質(zhì)，這意味著通過溝道的電流以電子形式為負(fù)（因此稱為N溝道）。

結(jié)FET晶體管

雪崩晶體管

雪崩晶體管是一種雙極結(jié)型晶體管，設(shè)計用于在其集電極-電流/集電極-發(fā)射極之間的電壓特性超出集電極-發(fā)射極擊穿電壓的區(qū)域（稱為雪崩擊穿區(qū)域）進(jìn)行處理。該區(qū)域的特征是雪崩擊穿，類似于氣體的湯森德放電和負(fù)差分電阻。在雪崩擊穿區(qū)域中的操作稱為雪崩模式操作：它使雪崩晶體管能夠以不到十億分之一秒的上升和下降時間（轉(zhuǎn)換時間）切換非常高的電流。

非專門為此目的設(shè)計的晶體管可以具有合理一致的雪崩特性；例如，吉姆·威廉姆斯（Jim Williams）寫道，使用90V電源，在12年的時間內(nèi)制造的15V高速開關(guān)2N2369的樣本中，有82％能夠使用350 ps或更短的上升時間產(chǎn)生雪崩擊穿脈沖。

擴(kuò)散晶體管

擴(kuò)散晶體管是通過將摻雜劑擴(kuò)散到半導(dǎo)體襯底中而形成的雙極結(jié)型晶體管（BJT）。擴(kuò)散工藝比合金結(jié)和生長結(jié)工藝更晚實(shí)施，以制造BJT。貝爾實(shí)驗(yàn)室于1954年開發(fā)了第一批原型擴(kuò)散晶體管。最初的擴(kuò)散晶體管是擴(kuò)散基極晶體管。這些晶體管仍具有合金發(fā)射極，有時還具有合金集電極，例如較早的合金結(jié)晶體管。僅基底擴(kuò)散到基底中。有時襯底會產(chǎn)生集電極，但是在像Philco的微合金擴(kuò)散晶體管這樣的晶體管中，襯底是基極的大部分。

晶體管應(yīng)用

功率半導(dǎo)體的適當(dāng)應(yīng)用需要了解它們的最大額定值和電氣特性，以及在器件數(shù)據(jù)手冊中提供的信息。好的設(shè)計規(guī)范采用的是數(shù)據(jù)表限制，而不是從小批量樣品中獲得的信息。等級是設(shè)置設(shè)備功能限制的最大值或最小值。超出額定值的動作可能導(dǎo)致不可逆的降級或設(shè)備故障。最高額定值表示設(shè)備的極限功能。它們不用作設(shè)計環(huán)境。

特性是通過最小，特性和/或最大值表示或以圖形方式顯示的在單個操作條件下設(shè)備性能的度量。

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