双极晶体管的结构配置及电路总结

双极结型晶体管是一种可用于开关或放大的半导体器件

在二极管教程中，我们看到简单的二极管由两片半导体材料组成，形成一个简单的pn结，我们也了解了它们的特性和特性。

如果我们现在将两个独立的信号二极管连接在一起，这将为我们提供两个串联连接在一起的PN结常见的P或N终端。这两个二极管的融合产生三层，两个结，三个终端器件，形成双极结型晶体管或BJT的基础。

晶体管是由不同半导体材料制成的三端子有源器件，通过施加小信号电压可以充当绝缘体或导体。晶体管在这两种状态之间转换的能力使其具有两个基本功能：“切换”（数字电子）或“放大”（模拟电子）。然后双极晶体管能够在三个不同的区域内工作：

有源区 - 晶体管作为放大器运行 Ic =β* Ib

饱和度 - 晶体管为“全开”，作为开关工作， Ic = I（饱和）

截止 - 晶体管作为开关工作“完全关闭”且 Ic = 0

典型的双极晶体管

一词晶体管是两个字 Trans fer Var istor 的组合，它描述了它们在电子开发早期的运行方式。有两种基本类型的双极晶体管结构， PNP 和 NPN ，它基本上描述了制造它们的P型和N型半导体材料的物理排列。

双极晶体管基本结构由两个PN结组成，产生三个连接端子，每个端子都有一个名称，用于识别另外两个端子。这三个端子是已知的并标记为 Emitter （ E ）， Base （ B ）和 Collector （ C ）。

双极晶体管是电流调节器件，可控制从发射极到集电极端子流过它们的电流量到施加到它们的基极端子的偏置电压的量，因此起到电流控制开关的作用。由于流入基极端的小电流控制了更大的集电极电流，形成了晶体管动作的基础。

两种晶体管类型 PNP 和 NPN 的工作原理完全相同，唯一的区别在于它们的偏置和每个电源的极性类型。

双极晶体管结构

两者的结构和电路符号上面给出了span> PNP 和 NPN 双极晶体管，电路符号中的箭头始终显示基极端子与其发射极端子之间的“常规电流”方向。对于两种晶体管类型，箭头的方向始终从正P型区域指向负N型区域，与标准二极管符号完全相同。

双极晶体管配置

由于双极晶体管是三端子器件，基本上有三种可能的方式将其连接在电子电路中，其中一个端子对输入和输出都是公共的。每种连接方式对电路内的输入信号的响应不同，因为晶体管的静态特性随每个电路布置而变化。

普通基本配置 - 电压增益但没有电流增益。

公共发射极配置 - 同时具有电流和电压增益。

公共集电极配置 - 电流增益但没有电压增益。

公共基极（CB）配置

顾名思义，在Common Base或接地基本配置中， BASE 连接对输入信号和输出信号都是通用的。输入信号施加在晶体管基极和发射极端子之间，而相应的输出信号取自基极和集电极端子之间，如图所示。基极端子接地或可以连接到某个固定的参考电压点。

流入发射极的输入电流非常大，因此分别是基极电流和集电极电流之和，集电极电流输出小于发射极电流输入，导致此类电路的电流增益为“1”（单位）或更小，换句话说，公共基极配置“衰减”输入信号。

公共基极晶体管电路

此类放大器配置为非反相电压放大器电路因为信号电压 Vin 和 Vout 是“同相的”。由于其异常高的电压增益特性，这种类型的晶体管布置不是很常见。其输入特性代表正向偏置二极管的输入特性，而输出特性则代表发光二极管的输出特性。

此类双极晶体管配置也具有较高的输出与输入电阻比，或者更重要的是“将“电阻（ RL ）加载到”输入“电阻（ Rin ），使其值为”电阻增益“。然后，公共基本配置的电压增益（ Av ）如下：

公共基准电压增益

其中： Ic / Ie 是当前增益，alpha（α）和 RL / Rin 是电阻增益。

公共基本电路通常仅用于单级放大器电路，如麦克风前置放大器或射频（Rƒ）放大器，因为它具有非常好的高频响应。

公共发射极（CE）配置

在公共发射极或接地发射器配置中，输入信号应用于基极和发射极之间，而输出取自收集器和发射器之间，如图所示。这种类型的配置是基于晶体管的放大器最常用的电路，它代表了双极晶体管连接的“常规”方法。

共发射极放大器配置产生所有三种电流的最高电流和功率增益双极晶体管配置。这主要是因为输入阻抗是低电平，因为它连接到正向偏置PN结，而输出阻抗是高电平，因为它来自反向偏置PN结。

公共发射极放大器电路

在这种配置中，流出晶体管的电流必须等于流过的电流进入晶体管时，发射极电流为 Ie = Ic + Ib 。

作为负载电阻（ R L ）与集电极串联连接，共发射极晶体管配置的电流增益非常大，因为它是 Ic / Ib 的比率。晶体管电流增益给出希腊符号 Beta ，（β）。

由于共射极配置的发射极电流定义为 Ie = Ic + Ib ， Ic / Ie 的比率称为 Alpha ，给定希腊符号α。注意：Alpha的值总是小于1。

由于这三个电流之间的电气关系， Ib ， Ic 和即取决于晶体管本身的物理结构，基极电流的任何微小变化（ Ib ）都会导致集电极电流发生更大的变化（ Ic ）。

然后，在基极中流动的电流的微小变化将因此控制发射极 - 集电极电路中的电流。通常，对于大多数通用晶体管， Beta 的值介于20和200之间。因此，如果一个晶体管的β值为100，那么在发射极 - 集电极端子之间流动的每100个电子就会有一个电子从基极端流出。

通过组合表达式 Alpha ，α和 Beta ，β这些参数之间的数学关系，因此当前的收益晶体管可以给出：

其中：“ Ic ”是流入的电流集电极端子“ Ib ”是流入基极端子的电流，“ Ie ”是流出发射极端子的电流。

然后总结一下。这种类型的双极晶体管配置具有比公共基极配置更大的输入阻抗，电流和功率增益，但其电压增益要低得多。共发射极配置是反相放大器电路。这意味着产生的输出信号相对于输入电压信号具有180 o 相移。

公共集电极（CC）配置

在Common Collector或接地收集器配置中，收集器现在通过电源是通用的。输入信号直接连接到基极，而输出则来自发射极负载，如图所示。这种类型的配置通常称为电压跟随器或发射器跟随器电路。

公共集电极或射极跟随器配置对阻抗非常有用匹配应用，因为输入阻抗非常高，在数十万欧姆的范围内，同时具有相对较低的输出阻抗。

共集电极晶体管电路

共发射极配置的电流增益约等于晶体管本身的β值。在公共集电极配置中，负载电阻与发射极串联，因此其电流等于发射极电流的电流。

由于发射极电流是集电极与基极电流相结合的组合，这种类型的晶体管配置中的负载电阻还具有集电极电流和流过它的基极的输入电流。然后电路的当前增益如下：

公共集电极电流增益

这种类型的双极晶体管配置是一个非反相电路，其中 Vin 和 Vout 的信号电压同相” 。它的电压增益始终小于“1”（单位）。共集电极晶体管的负载电阻接收基极和集电极电流，从而提供大电流增益（与共发射极配置一样），因此可提供良好的电流放大，电压增益非常小。

我们现在可以总结了流经每个支路的晶体管各个直流电流与下表中给出的直流电流增益之间的各种关系。

直流电流与增益之间的关系

双极晶体管总结

然后总结一下，上述每种电路配置中双极晶体管的行为都非常不同，并且在输入阻抗，输出阻抗方面产生不同的电路特性并获得这是电压增益，电流增益还是功率增益，这在下表中进行了总结。

双极晶体管配置

具有下表中给出的不同晶体管配置的一般特性：

特征	Common Base	Common Emitter	Common Collector
输入阻抗	低	中等	高
输出阻抗	非常高	高	低
相移	0 o	180 o	0 o
电压增益	高	中	低
当前增益	低	中等	高
功率增益	低	非常高	Medium

在下一篇关于双极晶体管的教程中，我们将看一下 NPN晶体管更详细地说，当在共发射极配置中用作放大器时，由于其灵活性和高增益，这是最广泛使用的配置。我们还将绘制通常与放大器电路相关的输出特性曲线，作为集电极电流与基极电流的函数。