基础电子学 - 晶体管
在充分了解了二极管（单个 PN 结）的工作原理后，让我们尝试连接两个 PN 结，形成一个称为晶体管的新元件。晶体管是一种三端半导体器件，可调节电流或电压，并充当信号的开关或门。
我们为什么需要晶体管？
假设您有一个 FM 接收器，可以捕获您想要的信号。接收到的信号显然会很弱，因为它在传输过程中会遇到干扰。现在，如果按原样读取此信号，您将无法获得公平的输出。因此，我们需要放大信号。放大意味着增加信号强度。
这只是一个例子。任何需要增加信号强度的地方都需要放大。这是由晶体管完成的。晶体管还充当开关，用于在可用选项之间进行选择。它还调节信号的输入电流和电压。
晶体管的结构细节
晶体管是一种三端固态器件，由两个二极管背对背连接而成。因此，它有两个 PN 结。三个端子由其中存在的三种半导体材料引出。这种连接类型提供了两种类型的晶体管。它们是PNP和NPN，分别表示两个P型之间的N型材料和两个N型之间的P型材料。
晶体管的构造如下图所示，该图解释了上面讨论的想法。
从晶体管引出的三个端子表示发射极、基极和集电极端子。它们的功能如下所述。
发射极
上图结构的左侧可以理解为发射极。
它具有中等尺寸并且重掺杂，因为其主要功能是供应一定数量的多数载流子，即电子或空穴。
由于它会发射电子，因此被称为发射极。
这简单地用字母E表示。
基极
上图中间的材料是基极。
这是薄且轻掺杂。
其主要功能是将多数载流子从发射极传递到集电极。
这用字母B表示。
集电极
上图右侧的材料可以理解为集电极。
其名称暗示了其收集载流子的功能。
其尺寸比发射极和基极大一点。它掺杂适度。
这用字母C表示。
PNP 和 NPN 晶体管的符号如下所示。
上图中的箭头表示晶体管的发射极。由于晶体管的集电极必须耗散更大的功率，因此它很大。由于发射极和集电极的特定功能，它们不可互换。因此，在使用晶体管时，始终要记住端子。
在实际晶体管中，发射极引线附近有一个凹口，用于识别。可以使用万用表区分 PNP 和 NPN 晶体管。下图显示了不同实用晶体管的外观。
到目前为止，我们已经讨论了晶体管的结构细节，但要了解晶体管的工作原理，首先我们需要了解偏置。
晶体管偏置
众所周知，晶体管是两个二极管的组合，因此这里有两个结。由于一个结位于发射极和基极之间，因此称为发射极-基极结，同样，另一个结称为集电极-基极结。
偏置通过提供电源来控制电路的运行。两个 PN 结的功能都是通过一些直流电源向电路提供偏置来控制的。下图显示了晶体管的偏置方式。
通过查看上图，可以理解
N 型材料提供负电源，P 型材料提供正电源，使电路正向偏置。
N 型材料提供正电源，P 型材料提供负电源，使电路反向偏置。
通过施加电源，发射极基极结始终正向偏置，因为发射极电阻非常小。集电极基极结是反向偏置，其电阻稍高。在发射极结处施加较小的正向偏置就足够了，而在集电极结处必须施加较高的反向偏置。
上述电路中指示的电流方向也称为常规电流，是空穴电流的运动，其与电子电流相反。
PNP 晶体管的操作
PNP 晶体管的操作可以通过查看下图来解释，其中发射极-基极结正向偏置，而集电极-基极结反向偏置。
电压 VEE 在发射极处提供正电位，其排斥 P 型材料中的空穴，这些空穴穿过发射极-基极结，到达基极区域。空穴与 N 区的自由电子复合的百分比非常低。这提供了非常低的电流，构成基极电流 IB。剩余的空穴穿过集电极-基极结，构成集电极电流 IC，即空穴电流。
当空穴到达集电极端子时，来自电池负极端子的电子填充集电极中的空间。该流动缓慢增加，电子少数电流流过发射极，其中进入 VEE 正极的每个电子都通过向发射极结移动而被空穴取代。这构成了发射极电流 IE。
因此我们可以理解 −
- PNP 晶体管中的传导是通过空穴进行的。
- 集电极电流略小于发射极电流。
- 发射极电流的增加或减少会影响集电极电流。
NPN 晶体管的操作
NPN 晶体管的操作可以通过查看下图来解释，其中发射极-基极结是正向偏置的，而集电极-基极结是反向偏置的。
电压 VEE 在发射极处提供负电位，从而排斥 N 型材料中的电子，这些电子穿过发射极-基极结，到达基极区。只有极低比例的电子与 P 区的自由空穴重新结合。这提供了非常低的电流，构成基极电流IB。剩余的空穴穿过集电极-基极结，构成集电极电流IC。
当电子从集电极端子伸出并进入电池的正极时，来自电池负极VEE的电子进入发射极区。这种流动慢慢增加，电子电流流过晶体管。
因此我们可以理解 −
- NPN 晶体管中的传导是通过电子进行的。
- 集电极电流高于发射极电流。
- 发射极电流的增加或减少会影响集电极电流。
优点
晶体管有很多优点，例如 −
- 高电压增益。
- 较低的电源电压就足够了。
- 最适合低功耗应用。
- 更小更轻。
- 比真空管机械强度高。
- 不需要像真空管那样进行外部加热。
- 非常适合与电阻器和二极管集成以产生IC。
它们有一些缺点，例如由于功耗较低，它们不能用于高功率应用。它们的输入阻抗较低，并且与温度有关。
