雙極結和場效應晶體管（BJT和FET）及PN結二極管等常識詳解

晶體管”是指可以實施開關和擴展的半導體器材。它可以用作開關或擴展器的電子設備稱為有源組件。電開關和擴展并不是從1948年晶體管的發明開始的。但是，本發明是一個新時代的開始，由于與晶體管松懈之前運用的有源組件（稱為真空管）比較，晶體管體積小，效率高且具有機械彈性。下面我們先來看看PN結。

PN結二極管和二極管特性

當我們專注于半導體操作的物理學時，我們運用術語pn結；當我們專注于電路設計時，我們運用二極管一詞。但是它們本質上是同一回事：根柢的半導體二極管是連接有導電端子的pn結。首要讓我們看一下圖表，然后我們將簡明評論這個極為重要的電路元件的行為。

左邊的實心圓是空穴，右邊的實心圓是電子。耗盡區由與來自n型半導體的清閑電子從頭結合的空穴（這些從頭結合的空穴由帶圓圈的負號標明）和與來自p型半導體的空穴從頭結合的電子（以圓圈正號標明）組成。該復合導致耗盡區的p型部分帶負電，并且耗盡區的n型部分帶正電。

在p型和n型材料的接合處電荷的別離會導致電位差，稱為觸摸電位。在硅pn結二極管中，觸摸電勢約為0.6V。如上圖所示，該電勢的極性與我們預期的相反：在n型側為正，而在p型側為負。

電流可以通過松懈流過結-由于結兩部分的電荷載流子濃度不同，一些來自p型材料的空穴將松懈到n型資材中，而一些來自n型電子型材料將松懈到p型資材中。但是，幾乎沒有電流流過，由于觸摸電勢對該松懈電流起阻撓作用。此刻，我們將開始運用術語勢壘電壓代替觸摸電勢。

正向和反向偏置

假定我們將二極管聯接到電池上，使得電池的電壓與勢壘電壓具有相同的極性，則結點將被反向偏置。由于我們正在添加勢壘電壓，因此松懈電流進一步受到阻撓。

施加反向偏置電壓會使結的耗盡區變寬。另一方面，假定我們將電池的正極聯接到二極管的p型側，而負極將聯接到n型側，則我們正在下降勢壘電壓，然后促進電荷載流子在結上的松懈。但是，在我們戰勝勢壘電壓并徹底耗盡耗盡區之前，電流量將堅持恰當低的水平。這在施加的電壓等于勢壘電壓時發生，并且在這些正向偏置條件下，電流開始清閑流過二極管。

二極管作為電路組件

首要，當以反向偏壓極性施加電壓時，pn結阻撓電流活動，而當以正偏壓極性施加電壓時，pn結容許電流活動。這便是為什么二極管可以用作電流的單向閥的原因。

其次，當施加的正向偏置電壓挨近勢壘電壓時，流過二極管的電流呈指數添加。這種指數電壓-電流聯絡使正向偏置二極管的電壓降堅持恰當安穩，如下圖所示。

二極管的作業量可以近似為一個安穩的電壓降，由于很小的電壓添加對應于很大的電流添加。

下圖闡清楚二極管的物理結構，其電路符號以及我們用于其兩個端子的稱號之間的聯絡。施加正向偏置電壓會使電流沿藍色箭頭方向活動。

雙極結型晶體管

在上面的敘說中，我們了解了pn結的特殊特性。假定我們將另一部分半導體材料添加到pn結，則將有一個雙極結晶體管（BJT）。如下圖所示，我們可以添加一部分n型半導體來創建一個npn晶體管，或許我們可以添加一部分p型半導體來構成一個pnp晶體管。

n型和p型半導體的三層組合發生了一個三端子設備，該設備容許流過基極端子的電流較小，然后調度發射極和集電極端子之間的較大電流。在npn晶體管中，操控電流從基極流向發射極，調度電流從集電極流向發射極。在pnp晶體管中，操控電流從發射極流到基極，調度電流從發射極流到集電極。下圖中的箭頭標清楚這些其時方式。

場效應晶體管

望文生義，場效應晶體管（FET）運用電場來調度電流。因此，我們可以將BJT和FET視為半導體擴展和開關這一主題的兩個根柢改動：BJT容許小電流調度大電流，而FET容許小電壓調度大電流。

場效應晶體管由兩個被溝道離隔的摻雜半導體區域組成，并且以改動溝道的載流特性的辦法向器材施加電壓。下圖使您了解其作業原理。

如您所見，被通道離隔的端子稱為源極和漏極，而柵極是施加操控電壓的端子。雖然此圖有助于介紹一般的FET操作，但實際上是在描繪一種相對不常見的器材，稱為結型場效應晶體管（JFET）。現在，絕大大都場效應晶體管是金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）。

MOSFET具有將柵極與溝道別離隔的絕緣層。因此，與BJT不同，MOSFET不需要穩態輸入電流。通過施加電壓可以簡略地調度流過通道的電流。下圖閃現了n溝道MOSFET（也稱為NMOS晶體管）的物理結構和根柢操作。NMOS晶體管中的大都載流子是電子；具有空穴作為大都載流子的p型晶體管稱為p溝道MOSFET或PMOS晶體管。

兩個重摻雜的n型區域被p型溝道離隔。假定源和基板都接地。假定柵極也接地，則電流將無法流過溝道，由于施加到漏極的電壓會導致反向偏置的pn結。但是，施加到柵極的正電壓架空溝道中的空穴，然后發生耗盡區，并從源極和漏極部分招引電子。

假定電壓滿足高，則通道將具有滿足的移動電子，以在向漏極施加電壓時容許電流從漏極流向源極。

總結

由于它們容許較小的電流或電壓來調度電流，因此BJT和MOSFET可以用作電子開關和擴展器。開關動作是通過提供在兩種情況之間轉化的輸入信號來完畢的。這些輸入情況之一導致全電流活動，而另一個導致零電流活動。通過偏置晶體管來完畢擴展，以便較小的輸入信號改動會在電流中發生相應的較大崎嶇改動。

審核編輯：湯梓紅