晶体三极管,也称为BJT(Bipolar Junction Transistor),是一种三层结构的半导体器件。它由一个P型半导体区域夹在两个N型半导体区域之间组成,在其中夹有两个PN结。
晶体三极管有三个接线口:发射极、基极和集电极。其中,发射极为N型半导体区域,集电极为P型半导体区域,基极则连接在两个PN结之间。
晶体三极管是电路中常用的放大器和开关元件,广泛应用于电子电路和通信领域。
根据连接的不同方式和信号的不同偏置,晶体三极管可以分为以下三种工作状态:
1)放大状态:当基极电压为正,足以使基极-发射结正向偏置,且集电极电压为负,使集电极-基极结反向偏置时,电路处于放大状态。
2)截止状态:当基极电压为负或者过小,不能够将基极-发射结正向偏置时,电路处于截止状态,此时电流非常小,接近于零。
3)饱和状态:当基极电压为正,足以使基极-发射结正向偏置,同时集电极电压也为正,使集电极处于接近饱和状态时,电路处于饱和状态,此时电流最大,接近于饱和电流。
以下是晶体三极管在放大状态下的工作原理:
当输入的信号作用于基极时,由于基极和发射极之间的PN结是正向偏置的,所以存在一个电流,这个电流称为基极电流。这个基极电流会引起发射区域的电荷浓度变化,从而引起发射区域电流的变化。
发射区的电流是由电子在P区、N区的浓度梯度和固有电场的效应来决定的。当输入的信号很小的时候,这个电流的变化也是很小的。但是,由于晶体三极管内部的结构,导致微小的电流变化会在集电区域引发显著的变化,从而使电路增益。
也就是说,在放大状态下,输入信号会引起一个比输入信号大很多倍的输出信号,从而实现了信号的放大。
晶体三极管不仅可以作为放大器,还可以作为开关元件来使用。
在开关电路中,晶体三极管通常处于截止状态和饱和状态之间转换。当基极电压为高电平,使得基极-发射结正向偏置,集电区存在足够的电流,此时处于饱和状态;当基极电压为低电平,禁止基极-发射结的正向击穿,此时处于截止状态。
晶体三极管在开关电路中应用广泛,例如在电源管理电路中的开关电源、电子闪光灯电路、电机控制电路等均有晶体三极管的身影。