BJT(Bipolar Junction Transistor)是雙極結(jié)型晶體管的縮寫,是一種三端有源器件,通過控制基區(qū)電流來控制集電區(qū)電流,從而實現(xiàn)電流的放大、調(diào)節(jié)和開關(guān)等功能。BJT的工作原理基于兩個PN結(jié)(即發(fā)射結(jié)和集電結(jié))的相互作用以及載流子(電子和空穴)的流動。
一、BJT晶體管的基本結(jié)構(gòu)
BJT晶體管由兩塊半導(dǎo)體材料組成,中間夾著一層薄半導(dǎo)體材料,形成三個區(qū)域:發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)。這三個區(qū)域分別引出三條電極:發(fā)射極(e)、基極(b)和集電極(c)。根據(jù)半導(dǎo)體材料的摻雜類型不同,BJT晶體管可以分為NPN型和PNP型兩種。
二、BJT晶體管的工作原理
以NPN型BJT為例,其工作原理如下:
- 發(fā)射結(jié)加正向電壓 :當(dāng)在BJT的發(fā)射極和基極之間施加一個正向電壓時,發(fā)射結(jié)處于正向偏置狀態(tài)。此時,發(fā)射區(qū)的電子受到電場力的作用,越過發(fā)射結(jié)勢壘進(jìn)入基區(qū)。由于發(fā)射區(qū)摻雜濃度較高,自由電子很多,所以大量自由電子因擴(kuò)散運動越過發(fā)射結(jié)到達(dá)基區(qū),形成發(fā)射極電流。
- 擴(kuò)散到基區(qū)的自由電子與空穴復(fù)合 :由于基區(qū)摻雜濃度較低且很薄,擴(kuò)散到基區(qū)的自由電子只有極少部分與空穴復(fù)合,形成微弱的基極電流。這部分電子在基區(qū)內(nèi)擴(kuò)散并與空穴復(fù)合,形成基極電流(IB)。
- 集電結(jié)加反向電壓 :同時,在BJT的集電極和基極之間施加一個反向電壓,集電結(jié)處于反向偏置狀態(tài)。這種偏置狀態(tài)使得集電區(qū)對電子的吸引力遠(yuǎn)大于基區(qū),因此大量從發(fā)射區(qū)注入到基區(qū)的電子被集電區(qū)收集,形成集電極電流(IC)。由于集電區(qū)摻雜濃度也較低,這些電子在集電區(qū)內(nèi)主要以漂移運動為主,形成較大的集電極電流。
三、BJT晶體管的電流放大作用
由于基極電流(IB)很小,而集電極電流(IC)很大,因此BJT具有電流放大作用。放大倍數(shù)β(也稱為電流增益)定義為集電極電流與基極電流之比,即β=IC/IB。β的大小取決于BJT的結(jié)構(gòu)參數(shù)和工作條件。
四、BJT晶體管的工作狀態(tài)
BJT晶體管主要工作在以下三種狀態(tài):
- 截止?fàn)顟B(tài) :當(dāng)加在BJT發(fā)射結(jié)的電壓小于PN結(jié)的導(dǎo)通電壓時,基極電流為零,集電極電流和發(fā)射極電流都為零。此時BJT失去了電流放大作用,集電極和發(fā)射極之間相當(dāng)于開關(guān)的斷開狀態(tài)。
- 放大狀態(tài) :當(dāng)加在BJT發(fā)射結(jié)的電壓大于PN結(jié)的導(dǎo)通電壓,并處于某一恰當(dāng)?shù)闹禃r,BJT的發(fā)射結(jié)正向偏置,集電結(jié)反向偏置。此時基極電流對集電極電流起著控制作用,使BJT具有電流放大作用。
- 飽和狀態(tài) :當(dāng)加在BJT發(fā)射結(jié)的電壓大于PN結(jié)的導(dǎo)通電壓,并當(dāng)基極電流增大到一定程度時,集電極電流不再隨著基極電流的增大而增大,而是處于某一定值附近不怎么變化。此時BJT失去電流放大作用,集電極與發(fā)射極之間的電壓很小,集電極和發(fā)射極之間相當(dāng)于開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)。
綜上所述,BJT晶體管通過控制基區(qū)電流來控制集電區(qū)電流,從而實現(xiàn)電流的放大、調(diào)節(jié)和開關(guān)等功能。其工作原理基于兩個PN結(jié)的相互作用以及載流子的流動。在電子電路中,BJT晶體管得到了廣泛應(yīng)用,如放大器電路、開關(guān)電路、振蕩電路等。
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