双极型晶体管原理

虽然二极管是很有用的器件，但它不能放大信号，几乎所有的电路都以某种方式要求放大信号。一种能放大信号的器件就是双极型晶体管（BJT）。

.18是两种双极型晶体管的结构图。每个晶体管有3个半导体区，他们分别是发射极，基极和集电极。基极总是夹在发射极和集电极之间。NPN管由N型的发射极，P型的基极和N型的集电极组成。类似的，PNP管由P型的发射极，N型的基极和P型的集电极组成。在这些简图中，晶体管的每个区都是均匀掺杂的矩形硅。现代的双极型晶体管稍微有点不同，但工作原理还是一样的。

.18中也画出了两种晶体管的电路符号。发射极上的箭头表明了发射极－基极结正向偏置情况下电流的流向。虽然集电极和基极之间也有结，但在集电极上没有标上箭头。在.18简化的晶体管中，发射极－基极结和集电极－基极结看上去是一样的。看上去把集电极和发射极对调对器件没有什么影响。实际上，这两个结有不同的掺杂属性和几何形状，所以不能对调。发射极靠箭头和集电极区分开来。
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.18 NPN晶体管（A）和PNP晶体管（B）的电路图符号和结构图。

双极型晶体管能看成是两个背靠背连起来的PN结。晶体管的基极区非常的薄（大约1－12μm）。由于两个结靠的非常近，载流子能在复合前从一个结扩散到另一个结。因此一个结的导通对另一个结也有影响。

.19A中是一个基极－发射极零偏置，基极－集电极5伏偏置的NPN晶体管。由于没有结是正向偏置，所以晶体管的三端都只有很小的电流。两个结都反向偏置的晶体管称为cutoff状态。.19B中有10微安的电流注入基极。这个电流使得基极－发射极正向偏置了约0.65伏。这时虽然基极－集电极还是反向偏置状态，但有一个是基极电流100倍的集电极电流流过基极－集电极结。这个电流是正向偏置的基极－发射极结和反向偏置的基极－集电极结相互作用的结果。处于这种偏置状态的晶体管，它被称为在forward active区。如果发射极和集电极相互对调，基极－发射极变成反向偏置，基极－集电极正向偏置，这个晶体管称为在reverse active区。实际上，晶体管很少工作在这种方式下。740)this.width=740" border=undefined>
.19 工作在cutoff区（A）和forward active区（B）的NPN晶体管。

.20解释了为什么集电极电流能流过反向偏置的结。只要基极－发射极变成正向偏置，马上就有载流子流过这个结。流过这个结的大多数电流是由重掺杂的发射极注入轻掺杂的基极的电子。大多数电子在他们复合前就扩散通过了很窄的基极区。因为基极－集电极是反向偏置的，所以只有很少的多数载流子能从基极流到集电极。同样的，这个阻止多数载流子运动的电场帮助少数载流子运动。在基极里，电子是少数载流子，所以他们都穿过了反向偏置的基极－集电极结进入集电极。在集电极里，他们又成了多数载流子，往集电极的引线端运动。所以集电极的电流里主要是顺利的从发射极来到集电极而没有在基极复合的电子。

有些注入到基极的电子也确实没有到达集电极。那些没有到达集电极的电子在基极中复合了。基极的复合需要消耗从基极引线端流入的电流里的空穴。也有些空穴从基极注入到了发射极，但他们都很快的复合了。这些空穴就是基极引线端电流的第2个来源。这些复合的过程通常消耗不超过1％的发射极电流，所以只需要一个很小的基极电流就能维持基极－发射极的正向偏置。
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.20 在forward active区的NPN晶体管里的电流。