NPN晶體管是三端子，三層器件，可用作放大器或電子開關

在上一個教程中，我們看到了標準的雙極晶體管或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可以以三種不同的方式偏置 -公共基極，公共發射極和公共集電極。

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

雙極NPN晶體管配置

（注意：箭頭定義了發射極和常規電流，雙極NPN晶體管的“輸出”。）

雙極NPN晶體管的結構和端電壓如上所示。基極和發射極之間的電壓（ V BE ）在基極為正，在發射極為負，因為對于NPN晶體管，基極端子始終為正到發射器。此外，集電極電源電壓相對于發射極為正（ V CE ）。因此，對于雙極NPN晶體管來說，對于基極和發射極，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。基本電源電壓 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，負電流載流子（電子）通過基極區域的運動構成晶體管動作，因為這些移動電子提供了集電極和發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對集電極發射電流的后續控制。

然后我們可以看到晶體管是一種電流操作裝置（Beta型號），當晶體管“完全接通”時，大電流（ Ic ）在集電極和發射極端子之間自由流過器件。然而，這只發生在小的偏置電流（ 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 或現在 Beta ，（β）。

β的值對于標準晶體管，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（電子在結點上擴散）。由于發射極電流 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關系

通過組合兩個參數α和β，我們可以產生兩個數學表達式，給出晶體管中流動的不同電流之間的關系。

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。對于大多數標準NPN晶體管， Beta 的值可以在制造商數據表中找到，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，當基極電流高時，相應的集電極電流也將很高，導致基極電流控制集電極電流。雙極結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.計算基極當前 Ib 需要切換4mA的電阻負載。

因此，β= 200，Ic = 4mA 且 Ib =20μA

關于雙極NPN晶體管需要記住的另一點。集電極電壓（ Vc ）必須大于相對于發射極電壓的正值（ Ve ），以允許電流流過集電極 - 發射極結之間的晶體管。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通。

其中： Ib 是基極電流， Vb 是基極偏置電壓， Vbe 是基極 - 發射極電壓降（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。什么是進入晶體管的基極電流值。

因此， Ib =93μA 。

公共發射極配置。

通過控制基極信號，將其用作半導體開關，將負載電流設為“ON”或“OFF”。在其飽和或截止區域中的晶體管，雙極NPN晶體管也可用于其有源區域，以產生一個電路，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域內工作，則產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 - 發射極結正向偏置。

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

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晶體管的共發射極放大器配置有許多應用，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射極配置，一系列曲線稱為輸出特性曲線，當不同的Base值時，輸出集電極電流（ Ic ）與集電極電壓（ Vce ）相關聯當前，（ Ib ）。輸出特性曲線應用于具有相同β值的晶體管的晶體管。

也可以在輸出特性曲線上繪制DC“負載線”以顯示所有可能的當施加不同的基極電流值時的操作點。正確設置 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，這稱為設置工作點或靜態點，Q-point簡稱如下所示。

單級公共發射極放大器電路

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 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。當發生這種情況時，我們可以說輸出電路代表“恒流源”。

從上面的公共發射極電路可以看出，發射極電流 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，流過負載電阻的電流，（ R L ）等于集電極電流， Ic 進入晶體管，晶體管又對應電源電壓，（ Vcc ）減去集電極和發射極端子之間的電壓降（ Vce ），給出如下：

此外，表示晶體管的動態負載線的直線可以直接繪制到上面的曲線圖上當 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”。特征曲線上的載荷線的實際位置可以如下計算：

然后，收集器或公共發射極NPN晶體管的輸出特性曲線可用于預測集電極電流 Ic ，當給定 Vce 和基極電流時，<跨度>磅 。還可以在曲線上構建載荷線以確定合適的操作或Q點，其可以通過調節基礎電流來設置。該負載線的斜率等于負載電阻的倒數，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 ）相對于其發射極的輸入電流和正電壓較小（ E ）將其設置為“ON”，允許更大的集電極 - 發射極電流流動。當 Vc 遠大于 Ve 時，NPN晶體管會導通。

在下一個關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。