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双极结和场效应晶体管(BJTs和fet)

2020年6月07通过罗伯特Keim
本视频教程介绍了两个强有力地影响电气工程领域和人类生活的组成部分。
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“晶体管”一词指的是一种可以进行开关和放大的半导体器件。你可能还记得在以前的教程中,一个可以作为开关或放大器的电子设备被称为an活跃的组件。电子开关和放大并非始于1948年晶体管的发明;然而,这项发明开创了一个新时代,因为与有源元件相比,晶体管体积小、效率高、机械弹性好真空管——在晶体管普及之前就已经使用了。

本视频教程将简要讨论两种最常见的晶体管的基本特性和功能。在本课程的后面,我们将学习更多关于晶体管如何工作以及电路设计者如何使用它们。

双极结型晶体管

在之前的教程中,我们学习了pn结的特殊特性。如果我们在pn结上再加一段半导体材料,我们就有了一个双极结晶体管(BJT)。如下图所示,我们可以添加一段n型半导体形成一个npn晶体管,也可以添加一段p型半导体形成一个pnp晶体管。

n型和p型半导体的三层组合产生了一个允许小电流流过的三端器件基地端子之间调节较大的电流流动发射器收集器终端。在npn晶体管中,控制电流从基极流向发射极,调节电流从集电极流向发射极。在pnp晶体管中,控制电流从发射极流向基极,而调节电流从发射极流向集电极。这些当前的模式由下一个图中的箭头表示。

场效应晶体管

顾名思义,场效应晶体管(FET)使用电场来调节电流。因此,我们可以把BJT和FET看作是半导体放大和开关主题上的两个基本变化:BJT允许一个小的当前的用来调节大电流,而FET允许小电流电压调节大电流

场效应晶体管由两个掺杂的半导体区组成,这两个区由A通道,并在器件上施加电压,以改变通道的载流特性。下面的图表可以让你了解它是如何工作的。

如您所见,由通道分隔的终端称为排水,是施加控制电压的端子。虽然这张图有助于介绍一般的场效应管操作,但它实际上描绘的是一个相对不常见的装置,叫做a结型场效应晶体管(JFET)。现在,绝大多数场效应晶体管都是金属氧化物半导体场效应晶体管(场效应管)。

MOSFET具有绝缘层,将栅极与通道隔开。因此,与BJT不同,MOSFET不需要稳态输入电流;通过通道的电流可以简单地通过施加电压来调节。下图传达了一个物理结构和基本操作n沟道MOSFET,也作anNMOS晶体管。NMOS晶体管的主要载流子是电子;p型版本,它有洞作为大多数的载流子,称为ap沟道MOSFETPMOS

两个重掺杂的n型区域被p型通道隔开。我们假设电源和衬底是接地的。如果栅极也接地,电流不能通过通道,因为施加在漏极上的电压导致反向偏置pn结。然而,施加在栅极上的正电压会排斥沟道中的空穴,从而产生一个耗尽区,并从源极和漏极部分吸引电子。如果电压足够高,当向漏极施加电压时,通道将有足够多的移动电子允许电流从漏极流向源极。

结论

因为它们允许小电流或电压来调节电流,BJTs和mosfet可以起到电子开关和放大器的作用。切换动作是通过提供在两种状态之间转换的输入信号来完成的;其中一种输入状态导致电流全流,另一种输入状态导致电流为零。放大是通过偏置晶体管来实现的,这样小的输入信号变化就会在电流中产生相应的较大幅度的变化。

晶体管可以作为分立器件制造,但它们最常被用作集成电路中的微小元件,而这些集成电路是我们将在下一章中研究的内容。