雙極性晶體管是什么控制器件

雙極性晶體管（英語：bipolar transistor），全稱雙極性結(jié)型晶體管（bipolar junction transistor， BJT），俗稱三極管，是一種具有三個(gè)終端的電子器件，由三部分摻雜程度不同的半導(dǎo)體制成，晶體管中的電荷流動(dòng)主要是由于載流子在PN結(jié)處的擴(kuò)散作用和漂移運(yùn)動(dòng)。

這種晶體管的工作，同時(shí)涉及電子和空穴兩種載流子的流動(dòng)，因此它被稱為雙極性的，所以也稱雙極性載流子晶體管。這種工作方式與諸如場效應(yīng)管的單極性晶體管不同，后者的工作方式僅涉及單一種類載流子的漂移作用。兩種不同摻雜物聚集區(qū)域之間的邊界由PN結(jié)形成。

雙極性晶體管能夠放大信號(hào)，并且具有較好的功率控制、高速工作以及耐久能力，，所以它常被用來構(gòu)成放大器電路，或驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器、電動(dòng)機(jī)等設(shè)備，并被廣泛地應(yīng)用于航空航天工程、醫(yī)療器械和機(jī)器人等應(yīng)用產(chǎn)品中。

雙極性晶體管的工作區(qū)

可以根據(jù)晶體管三個(gè)終端的的偏置狀態(tài)，可以定義雙極性晶體管幾個(gè)不同的工作區(qū)。在NPN型半導(dǎo)體中（注意：PNP型晶體管和NPN型晶體管的電壓描述恰好相反），按發(fā)射結(jié)、集電結(jié)的偏置情況，工作區(qū)可以分為為

正向放大區(qū)（或簡稱放大區(qū)）：當(dāng)發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置時(shí)，晶體管工作在放大區(qū)。大多數(shù)雙極性晶體管的設(shè)計(jì)目標(biāo)，是為了在正向放大區(qū)得到最大的共射極電流增益bf。晶體管工作在這一區(qū)域時(shí)，集電極-發(fā)射極電流與基極電流近似成線性關(guān)系。由于電流增益的緣故，當(dāng)基極電流發(fā)生微小的擾動(dòng)時(shí)，集電極-發(fā)射極電流將產(chǎn)生較為顯著變化。

反向放大區(qū)：如果把上述處于正向放大區(qū)晶體管發(fā)射極、集電極的偏置電壓互換，則雙極性晶體管將工作在反向放大區(qū)。在這種工作模式中，發(fā)射極和集電極區(qū)域扮演的角色與正向放大區(qū)里正好相反，但是由于晶體管集電極的摻雜濃度低于發(fā)射極，反向放大區(qū)產(chǎn)生的效果與正向放大區(qū)并不相同。大多數(shù)雙極性晶體管的設(shè)計(jì)目標(biāo)是盡可能得到最大正向放大電流增益，因此，反向放大區(qū)中的電流增益會(huì)比正向放大區(qū)中小一些（在常規(guī)的鍺晶體管中大約是2-3倍）。實(shí)際上，這種工作模式幾乎不被采用，但是為了防止錯(cuò)誤接法造成器件損壞或其他危險(xiǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)必須予以考慮。此外，有些類型的雙極性邏輯器件也會(huì)考慮反向放大區(qū)的情況。

飽和區(qū)：當(dāng)雙極性晶體管中兩個(gè)PN結(jié)均處于正向偏置時(shí)，它將處于飽和區(qū)，這時(shí)，晶體管發(fā)射極到集電極的電流達(dá)到最大值，即使增加基極電流，輸出的電流也不會(huì)再增加。飽和區(qū)可以在邏輯器件中用來表示高電平。

截止區(qū)：如果雙極性晶體管兩個(gè)PN結(jié)的偏置情況與飽和區(qū)恰好相反，那么晶體管將處于截止區(qū)。在這種工作模式下，輸出電流非常小（小功率的硅晶體管小于1微安，鍺晶體管小于即使微安），在數(shù)字邏輯中可以用來表示低電平。

雪崩擊穿：當(dāng)施加在集電結(jié)上的反向偏置將超過集電結(jié)所能承受范圍時(shí)，這個(gè)PN結(jié)將被擊穿，若電流足夠大會(huì)造成器件損壞。此外，分析、設(shè)計(jì)雙極性晶體管電路時(shí)，還應(yīng)當(dāng)注意不能超過雙極性晶體管的最大集電極耗散功率Pcm。如果晶體管的工作功率小于這一數(shù)值，這些工作狀態(tài)的集合稱為安全工作區(qū)。如果晶體管的工作功率超過這個(gè)限度，將造成器件溫度超過正常范圍，器件的性能將產(chǎn)生較大的變化，甚至造成損壞。硅晶體管允許的結(jié)溫度介于150攝氏度和200攝氏度之間。可以通過降低內(nèi)熱阻、使用散熱片和引入風(fēng)冷、水冷、油冷等措施來提高最大允許耗散功率。

實(shí)際上，上述工作區(qū)之間并沒有絕對(duì)的界限，在較小電壓變化（小于幾百毫伏）范圍內(nèi)，上面提到的不同區(qū)域之間可能有一定的重疊。