29、双极晶体管：原理、特性与应用解析

双极晶体管：原理、特性与应用解析

1. 双极晶体管概述

双极晶体管（Bipolar Transistor），常简称为晶体管，是离散半导体领域中广泛使用的元件。它主要有两种类型：NPN 型和 PNP 型。双极晶体管具有放大电流波动或开关电流的功能。在放大模式下，它取代了早期用于音频信号放大等应用的真空管；在开关模式下，它类似于继电器，但在“关”状态下仍允许少量电流流动，即泄漏电流。

当双极晶体管单独封装，带有三个引脚或触点时，它被视为离散半导体器件；而包含多个晶体管的封装则是集成电路。达林顿对管实际上包含两个晶体管，但因其封装方式和功能类似于单个晶体管，也被视为离散元件。

2. 工作原理

• 半导体材料 ：早期晶体管由锗制成，如今硅成为最常用的材料。硅在室温下呈绝缘状态，但通过“掺杂”（引入杂质）可改变其电学特性。引入多余电子的杂质可形成 N 型半导体，而造成电子 deficit（可视为“空穴”过剩）的杂质则形成 P 型半导体。
• NPN 晶体管工作原理 ：NPN 晶体管由夹在两个较厚 N 型层之间的薄 P 型层组成，分别称为集电极（Collector）、基极（Base）和发射极（Emitter）。当向发射极施加负电荷时，电子因相互排斥而向基极移动。若向基极施加正向偏置（正电位），电子会被吸引通过基极。由于基极层很薄，电子靠近集电极。当基极电压增加时，电子会跃迁到集电极，最终流向正电流源。
• PNP 晶体管工作原理 ：PNP 晶体管由夹在两个较厚 P 型层之间的薄 N 型层组成。基极相对于发射