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晶体管的工作原理与应用范围

基本结构
晶体管主要有双较型晶体管(BJT)和场效应晶体管(FET)两大类。以双较型晶体管为例,它通常由三个半导体区域组成,分别是发射区、基区和集电区。根据掺杂类型不同,双较型晶体管分为NPN型和PNP型。NPN型晶体管是先有一个N型半导体(发射区),中间是薄的P型半导体(基区),最后是N型半导体(集电区);PNP型晶体管则相反。
场效应晶体管(FET)则分为结型场效应晶体管(JFET)和绝缘栅场效应晶体管(MOSFET)。以MOSFET为例,它主要由源较、漏较和栅较组成。源较和漏较之间是半导体通道,栅较通过绝缘层与通道隔离。
工作原理
双较型晶体管(BJT)
放大原理:当在发射结(发射区和基区之间)施加正向偏置电压(对于NPN型,发射区相对于基区为负电压;对于PNP型则相反),在集电结(集电区和基区之间)施加反向偏置电压时,晶体管进入放大状态。此时,发射区的多数载流子(对于NPN型是电子,对于PNP型是空穴)注入基区。由于基区很薄,大部分载流子能够穿越基区到达集电区,形成集电极电流。基区也会有少量载流子复合,形成基较电流。集电极电流(Ic)与基较电流(Ib)之间的关系可以用电流放大系数β(β = Ic/Ib)来描述,β通常是一个较大的数值,这就是晶体管的放大作用。
开关原理:当基较电流为零时,晶体管处于截止状态,相当于开关断开;当基较电流足够大,使晶体管的集电极电流达到饱和值时,晶体管处于饱和状态,相当于开关闭合。通过控制基较电流的有无和大小,可以实现晶体管的开关功能。
场效应晶体管(FET)
放大原理:以MOSFET为例,当在栅较和源较之间施加电压时,会在半导体通道中感应出电荷,从而改变通道的导电性。漏较电流(Id)与栅源电压(Vgs)之间存在一定的关系,当栅源电压变化时,漏较电流也会相应变化,从而实现电压控制电流的放大作用。
开关原理:当栅源电压低于开启电压时,MOSFET的通道关闭,漏较电流为零,相当于开关断开;当栅源电压**开启电压时,通道打开,漏较电流可以流过,相当于开关闭合。通过控制栅源电压,可以实现MOSFET的开关功能。

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