第1节 双极结型晶体管 (BJT) 简介 (修订中)
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1948年双极晶体管的发明迎来了电子学的一场革命。以前需要相对较大、机械脆弱、耗电的真空管的技术壮举突然可以通过微小的、机械坚固的、节电的晶体硅颗粒实现。这场革命使我们现在认为理所当然的轻量级、廉价电子设备的设计和制造成为可能。了解晶体管的功能对于任何有兴趣了解现代电子产品的人来说都是至关重要的。
# 1. 双极结型晶体管的功能与应用
我的目的是尽可能专注于双极晶体管的实际功能和应用，而不是探索半导体理论的量子世界。在我看来，关于空穴和电子的讨论最好留到另一章。 (opens new window)在这里我想探索一下如何_使用_这些组件，不分析它们的私密内部细节。我并不是要淡化理解半导体物理学的重要性，但有时对固态物理学的高度关注会减损对这些器件在组件级别上的功能的理解。然而，在采用这种方法时，我假设读者对半导体有一定的了解：“P”和“N”掺杂半导体之间的区别、PN（二极管）结的功能特性以及术语的含义“反向偏向”和“正向偏向”。如果您不清楚这些概念，最好在继续阅读本书之前参考本书前面的章节。
# 2. BJT 层
双极晶体管由掺杂（非本征）半导体材料（a 和 c）PNP 或 NPN（b 和 c）的三层“三明治”组成。形成晶体管的每一层都有一个特定的名称，每一层都设有用于连接电路的导线触点。示意图符号 (opens new window)如图（a）和（c）所示。
BJT晶体管：（a）PNP原理图符号，（b）布局（c）NPN原理图符号，（d）布局。
PNP 晶体管和 NPN 晶体管之间的功能差异在于操作时结的适当偏置（极性）。
双极晶体管用作电流控制电流_调节器_。换句话说，晶体管根据较小的控制电流来限制通过的电流量。_受控_的主电流从集电极流向发射极，或从发射极流向集电极，具体取决于晶体管的类型（分别为 NPN 或 PNP）。_控制_主电流的小电流从基极流向发射极，或从发射极流向基极，这又取决于晶体管的类型（分别为 NPN 或 PNP）。根据半导体符号标准，箭头始终指向电流方向。
(a) PNP 和 (b) NPN 晶体管的小控制电流和大控制电流的方向。
# 3. 双极晶体管包含两种类型的半导体材料
双极晶体管之所以称为双极晶体管，是_因为_通过它们的主要电流发生在_两种_类型的半导体材料中：P 和 N，因为主电流从发射极流向集电极（反之亦然）。换句话说，两种类型的电荷载流子——电子和空穴——构成了通过晶体管的主要电流。
如您所见，控制_电流和_受控_电流始终通过发射极线啮合在一起，并且它们的电流沿晶体管箭头的方向流动。这是使用晶体管的首要规则：所有电流必须流向正确的方向，设备才能用作电流调节器。小的控制电流通常简称为_基极电流，因为它是唯一通过晶体管基极线的电流。相反，大的受控电流称为_集电极电流_因为它是唯一通过集电极线的电流。发射极电流是基极和集电极电流之和，符合基尔霍夫电流定律 (opens new window)。
没有电流通过晶体管的基极会像打开的开关一样关闭晶体管并阻止电流通过集电极。基极电流像闭合开关一样打开晶体管，并允许成比例的电流通过集电极。集电极电流主要受基极电流的限制，而与可用于推动它的电压量无关。下一节将更详细地探讨双极晶体管作为开关元件的用途。
# 4. 总结
- 双极晶体管之所以如此命名，是因为受控电流必须通过_两种_类型的半导体材料：P 和 N。电流由晶体管的不同部分中的电子和空穴流组成。
- 双极晶体管由 PNP 或 NPN 半导体“三明治”结构组成。
- 双极晶体管的三个引线称为_发射极_、基_极和_集电极。
- _晶体管通过允许小电流控制_大电流而起到电流调节器的作用。集电极和发射极之间允许的电流量主要取决于基极和发射极之间移动的电流量。
- 为了使晶体管正确地用作电流调节器，控制（基极）电流和受控（集电极）电流必须沿正确的方向流动：在发射极处相加并沿发射极箭头符号的方向前进。
相关练习：
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