双极结型晶体管

晶体管是可以被认为是开关或信号放大器的半导体器件。现代数字电子设备，包括逻辑门除其他外，它们严重依赖晶体管。

一个双极结型晶体管依赖于三个 $p$类型半导体而且 $n$类型半导体在接触。

结型晶体管可以认为是一对二极管．它由三个半导体层夹在一起组成，因此是一个三端器件。

三部分内容如下:

• 发射器:晶体管的左磁极。它的尺寸适中，掺有大量的杂质。
• 基础:中央块。稀薄的，轻微掺杂的。
• 收藏:右手块。大量和中度掺杂。

我们用字母 $E、B、C$在晶体管符号中分别表示发射极、基极和集电极。

晶体管

正如所料，这个晶体管是一个三明治 $p$型半导体 $n$型半导体。

下面是NPN晶体管的工作原理:

• 发射基电路是正向偏压的。因此，发射极-基极结中的损耗层减少。
• 集电极基电路是反向偏置的。因此，集电极基结中的损耗层增加了。
• 由于负极所提供的静电力，发射极中的电子被推向集电极 $V_{是}$．
• 因为碱基只被轻微掺杂，只有一些电子与碱基上的空穴结合。
• 剩下的电子向集电极移动然后离开 $I_C$．

不难看出…为什么?） $ie = ib + ic。$

这里的关键点是主要的载流子是电子。

不用说，PNP晶体管正好相反。

因为集电极和发射极都是 $p$类型半导体，这里的主要载流子是孔。这就解释了为什么电流是反方向的这也是解释这个符号的好方法。

之间的相同关系 $I_E、I_B I_C$成立。

对于集电极和发射极电池中的恒定电压，这些参数是恒定的。这些是晶体管的特性通过设计．

我们定义参数 $\α$作为 $α= \ \压裂{I_C} {I_E}$在恒定的基极集电极电压下

我们定义参数 $β\$作为 $β= \ \压裂{I_C} {I_B}$在恒定的集电极-发射极电压

通常 $\α$的值在0.95 ~ 0.99之间 $β\$取值范围为20 ~ 100。

推导两者之间的关系 $β\$而且 $\α$．

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我们有

$\{对齐}开始I_E & = I_B + I_C \ \ \压裂{1}{I_E} & = \压裂{1}{I_B + I_C} \ \ \压裂{I_C} {I_E} & = \压裂{I_C} {I_B + I_C} \ \ \α& = \压裂{I_C} {I_B + I_C} \ \ \压裂{1}{\α}& = \压裂{I_B + I_C} {I_C} \ \ \压裂{1}{\α}& = \压裂{1}{\β}+ 1 \ \ \ Rightarrow \压裂{1}{\α}- \压裂{1}{\β}& = 1。\ \ _ \广场结束{对齐}$

回想一下半导体的一个关键特性是它们像绝缘体一样工作截止状态)当电压过低时。这可以帮助我们像使用开关一样使用晶体管。

在这样的电路中使用晶体管作为开关似乎真的很愚蠢。毕竟，我们仍然在使用机械开关。
这里真正重要的是，我们需要提供的电流在基地是非常小的，由于的大值 $β\$．
我们可以用这个特性来制造，比如说，一个光传感器。

即使太阳能电池只能提供微弱的电流，也足以接通电路。

放大作用于模拟(无穷可分)信号。我们需要保存的信号的关键属性是它的信息内容。放大大致就是在不破坏信息的情况下增加它的振幅。

我们都见过扩音器，它基本上就是放大器。

双极结晶体管放大的基本工作原理是，尽管输入电路中的电流/信号很弱，但它是驱动输出电路的动力，输出电路具有强信号。只有干扰或信息被放大在这个过程中。

发生这种情况的原因是差异大 $R_{了}$对小群体的价值 $R_{在}$价值。

我们感兴趣的是电压增益，即输出电压变化量与输入电压变化量之比:

$A_V = \压裂{\δV_ \文本{出来}}{\δV_ \文本在}{}= \压裂{\δI_ \{出}R_ \文本{出来}}{\δI_ \文本的{}R_ \文本在}{}。$

然而, $\压裂{\δI_ \文本{出来}}{\δI_ \文本在}{}$是一个简单的常数，比如 $\α$或 $β\$．所以, $A_V \ propto \压裂{R_ \文本{出来}}{在}}{R_ \文本。$

放大的一个非常直观的类比是使用跷跷板。

向上推杠杆的一端会使杠杆的另一端下降相同的角度，但相对的弧度要大得多。或者，你可以考虑载荷臂中的力的放大。

在这里，我们观察到

$\begin{aligned} V_\text{out} &= 10V - I_C \， 5 \Omega \\ &= 10V + I_E \， \alpha \， 5 \Omega \qquad (\text{注意}I_E \text{和}I_C \text{方向相反}.)\\ &= 10V + \frac{V_{in}}{1 \Omega} \， 5 \Omega \， \alpha \\ &= 10V + 5 \， V_{in} \， \alpha \\ &= 10V - I_C \ c \结束\{对齐}$

虽然 $\α$通常是0.95比1，我们实际上已经把信号提高了5倍!

假设你输入了信号 $V_\text{in}(t) = \sin t+\cos^2(t+2)$并承担 $\α= 1$．下面是输入(蓝色)和输出(红色)的样子:

注意，使用晶体管作为开关是放大器的一种特殊情况。

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放大电路可以以各种方式配置: