BJT,即双极型晶体管,是电子学中最基本的三种半导体器件之一。它的基本结构包括N型和P型半导体材料的夹杂层组成的PNP型和P型和N型半导体材料的夹杂层组成的NPN型两种。PNP型BJT由一层P型半导体夹在两层N型半导体之间组成,而NPN型BJT则由一层N型半导体夹在两层P型半导体之间组成。
BJT的结构由三个区域组成,每个区域有不同的掺杂浓度,分别为N型区、P型区和N型区(NPN型)或P型区(PNP型)。中间的区域称为基区或发射区,两侧的区域称为集电区和漏极区。
对于NPN型BJT,中间的基区是一个薄的P型半导体层,两侧是较厚的N型半导体层。N型区的掺杂浓度通常比P型区的高,以提高集电极和基极之间的电阻。
当正向电压施加到发射结时,电子从N型的发射区进入基区,然后再进入集电区,此时,由于集电区的掺杂浓度比基区低,电子跨越集电结变成集电电流。
在NPN型BJT中,由于基区是一个P型材料,所以它必须是更薄的区域。这是因为,在一个更厚的区域中,电子和空穴之间的重新组合将会大大增加,进而降低BJT的效率。
PNP型BJT与NPN型BJT相似,它的夹杂层仍由三个区域组成,只是掺杂类型相反。中间的基区是一个N型半导体层,两侧是P型半导体层,其中,P型区的掺杂浓度通常比N型区高,以提高集电极和基极之间的电阻。
当正向电压施加到发射结时,空穴从P型的发射区进入基区,然后再进入集电区,此时,由于集电区的掺杂浓度比基区低,空穴跨越集电结变成集电电流。
在PNP型BJT中,基区越厚,BJT的效率就越高。然而,当基区很厚时,PNP型BJT将变得比较慢,因为基区中的载流子(空穴)需要更长的时间才能到达集电极。
BJT的工作原理基于PN结的整流作用。当BJT的基极处于正向偏置时,电子从发射极进入基极,而空穴则从基极进入集电极,从而形成集电-基极电流。当集电极处于正向偏置时,载流子可以更容易地穿过发射区,因此BJT可以具有更高的放大倍数。
相反地,当基极处于反向偏置时,只有少量的电流可以通过BJT。换句话说,BJT只有在存在基极电流时才能起作用。