晶体管的发明引领了包括集成电路在内的许多其他半导体器件的发明。正是由于这些集成电路，现代计算机和其他电子设备才得以实现。双极结型晶体管（BJT）是一种三端半导体器件，它可以根据所施加的输入信号充当导体或绝缘体。由于这一特性，晶体管在数字电子学中可用作开关，在模拟电子学中可用作放大器。

如今，场效应晶体管在电子应用中被广泛使用，但双极结型晶体管仍然被大量应用，任何对电子学感兴趣的人都应该对这种器件有一些基本的了解。

图：双极结型晶体管（NPN 晶体管）的基本结构和符号

BJT：构造与内部结构

双极结型晶体管有三个掺杂区域，即发射极、基极和集电极。

根据这三个区域的掺杂情况，它被称为 NPN 晶体管或 PNP 晶体管。在 NPN 晶体管中，发射极和集电极都掺杂了 N 型杂质，而基极则掺杂了 P 型杂质。相反，在 PNP 晶体管中，基极掺杂了 N 型杂质，而集电极和发射极则掺杂了 P 型杂质。“双极” 这个术语表明，电子和空穴都对电流有贡献。

图：双极结型晶体管基本结构（PNP 晶体管）

在 BJT 内部，形成了两个 PN 结。一个在基极和发射极之间，另一个在基极和集电极之间。它看起来就好像两个背对背的二极管串联连接在一起。

图：双极结型晶体管中的两个 PN 结

但实际上它的行为并非如此。因为当我们连接两个背对背的二极管时，我们假设这两个二极管之间没有相互作用。但在 BJT 中，这两个区域之间实际上是存在相互作用的。

在 BJT 的内部构造中，发射极是重掺杂的。发射极的功能是提供电子。基极区域是轻掺杂的，而集电极区域是中等掺杂的。集电极区域的掺杂浓度介于发射极和基极区域之间。在这三个区域的宽度中，基极区域比其他两个区域窄得多，而集电极区域比其他两个区域宽。因为集电极区域的作用是收集发射极提供的电子。

图：BJT 中三个区域的掺杂浓度和宽度

BJT 的工作原理：

下图展示了 BJT 在放大区的工作情况，此时基极 – 发射极结正向偏置，而集电极 – 基极结反向偏置。

看懂这个一定要了解pn结, 不明白的同学去这个地方看:

https://www.toutiao.com/article/7480397669865619983/?log_from=85a60883e4aa1_1741736058316

BJT 的电压符号表示：

电压 VBE – 基极和发射极之间的电压（VB – VE）VB – 基极和地之间的电压VE – 发射极和地之间的电压电压 VCE – 集电极和发射极之间的电压，VCE = VC – VE

（请注意，电压 VBE = – VBE ，VCE = -VEC）电压 VBB 和 VCC 是电源电压

如前所述，在 BJT 中，发射极是重掺杂的，并且有大量电子作为多数载流子（对于 NPN 晶体管而言）。如图所示，当在基极和发射极之间施加电压时，发射极的负电压将这些电子推向基极区域。

图：电子（多数载流子）从发射极到基极区域的移动

一旦电子进入基极区域，电子有两条路径。其一，电子可以通过基极电阻流向正端 VBB。或者它们可以流向集电极区域（如图所示）。

图：电子从基极区域的移动（两条路径）

一旦电子进入基极区域，它们就成为少数载流子。但是由于基极区域中空穴浓度低（因为基极是轻掺杂的）且基极宽度窄，它们在基极区域与空穴复合的概率非常低。

并且由于这些电子在基极区域充当少数载流子，它们会由于集电极 – 基极结处的强电场而被转移到集电极区域，而不会发生复合。只有少数电子与基极区域的空穴复合，并被吸引到电压 VBB 的正端。

同样的现象如下图所示。

图：电子从基极到集电极区域的移动

一旦电子进入集电极区域，它们就被 VCC 的正端吸引。在 NPN 晶体管中，电子的流动方向如图所示。空穴的流动方向则完全相反。而传统电流的方向与空穴的流动方向相同。

图：NPN 晶体管中电子和空穴的流动方向

晶体管中的不同电流：

由于电子和空穴的流动，晶体管中形成了三种不同的电流。

下图展示了晶体管中的三种不同电流：基极电流（IB）集电极电流（Ic）发射极电流（IE）

图：NPN 晶体管中的不同电流

晶体管中三种电流的关系：

应用基尔霍夫电流定律（KCL），可以很容易地找到三种电流之间的关系。

∴ IE = IB + IC ———— (1)

基极电流非常小（即集电极电流近似等于发射极电流）

IC = α IE ————- (2)

由方程（1）和（2）可得：

IE = IB + α IE ==> IE = (1- α) IB

或者 IC = α / (1- α) IB ==> IC = β IB

其中 β = α / (1 – α)

β 被称为电流增益。通常，不同晶体管的 β 值在 20 到 400 之间变化。

到目前为止的讨论中，由于少数载流子产生的电流（反向饱和电流）被忽略了。反向饱和电流非常小，对于最新的晶体管，其范围通常在几十纳安到几微安之间。

如下图所示，如果晶体管电路中的发射极端开路，那么电路中仅存在的电流就是反向饱和电流（ICBO）。

图：晶体管发射极开路时的反向饱和电流（ICBO）

ICBO 是发射极开路时基极和集电极之间的反向饱和电流。

考虑到这个反向饱和电流，集电极电流为：

IC = β IB + ICBO

BJT：三个工作区域

根据偏置情况，BJT 可以在三个区域中工作：

放大区截止区饱和区

在放大区工作时，发射极 – 基极结正向偏置，而集电极 – 基极结反向偏置。在截止区，发射极 – 基极结和集电极 – 基极结都反向偏置。

而在饱和区工作时，发射极 – 基极结和集电极 – 基极结都正向偏置。当 BJT 用于放大时，它在放大区使用；当它用作开关时，则在饱和区和截止区使用。

FB – 正向偏置，RB – 反向偏置

不同的 BJT 配置：

如前所述，当 BJT 用于信号放大时，它在放大区工作。并且有不同的配置方式：

共发射极（CE）共基极（CB）共集电极（CC）

根据需求和应用，BJT 可以配置为这三种配置中的任何一种。

共发射极配置：

在共发射极配置中，对于交流信号，发射极端在输入和输出之间是公共的。这意味着在这种配置中，交流输入信号施加在基极和发射极之间，而输出则在集电极和发射极之间测量。

共基极配置：

在这种配置中，对于交流信号，基极端在输入和输出之间是公共的。交流输入信号施加在发射极和基极端之间，而输出则在集电极和基极端之间测量。

共集电极配置：

在这种配置中，基极端在输入和输出之间是公共的。交流输入信号施加在基极和集电极端之间，而输出则在发射极和集电极端之间测量。

在下一篇文章中，说说大名鼎鼎的mosfet