NPN晶体管工作原理和结构特性介绍
双极结型晶体管是一种三端器件，具有集电极 (C)、基极 (B) 和发射极 (E)。目前双极结型晶体有两种类型，即NPN和PNP晶体管，此前已经介绍过PNP晶体管，本文将简单介绍NPN晶体管工作原理和结构特性。
NPN晶体管的构造
下图是NPN晶体管的两个示例，即BC547A和PN2222A，其构造和工作大致过程如下：
根据制造过程，引脚配置将发生变化。随着晶体管的额定功率增加，需要将必要的散热器连接到晶体管的主体上。一个未偏置的晶体管或一个没有在端子上施加电位的晶体管类似于两个背靠背连接的二极管，如下图所示。
二极管D1具有基于二极管D2的正向导通的反向导通特性。当电流流过二极管D2时，二极管D1感测电流，并且如果在集电极端子处施加更高的电势，则将允许成比例的电流从集电极端子以相反的方向流向发射极端子。比例常数是增益 (β)。
NPN晶体管的工作原理
众所周知，晶体管是一种电流控制器件，它具有两个耗尽层，具有扩散耗尽层所需的特定势垒电位。硅晶体管的势垒电位在25°C时为0.7V，而锗晶体管在25°C时为0.3V。大多数类型是硅，因为它是地球上仅次于氧的最丰富的元素。
内部操作：
NPN晶体管的结构是集电极和发射极区掺杂有p型材料，基区掺杂有小层n型材料。与集电极区相比，发射区是重掺杂的。这三个区域形成两个交界处，它们是集电极—基极结（CB）和基极—发射极结。
当在基极—发射极结上施加从0V下降的负电位VBE时，电子和空穴开始在耗尽区积累。当电位进一步降低到0.7V以下时，达到势垒电压，发生扩散。因此，电子流向正极，基极电流 (IB) 与电子流相反。此外，如果在集电极端施加电压VCE，则从发射极到集电极的电流开始流动。因此，NPN晶体管可以充当开关和放大器。
操作区域与操作模式：
- 有源区：IC=β×IB–放大器操作
- 饱和区：IC=饱和电流–开关操作（完全开启）
- 截止区域：IC=0–开关操作（完全关闭）
NPN晶体管作为开关
这里选择了PSPICE型号BC547A进行说明，首先要记住在基极使用限流电阻。较高的基极电流会损坏BJT。根据数据表，最大集电极电流为100mA，并给出了相应的增益（hFE或β）。
选择组件的步骤：
- 找到集电极电流，即负载消耗的电流。在这种情况下将是60mA（并联 LED 或负载）和电阻=200欧姆。
- 为了驱动晶体管进入饱和状态，必须引出足够的基极电流，使晶体管完全导通。计算基极电流和要使用的相应电阻。
理论上来看，开关完全打开，但实际上可以观察到泄漏电流。该电流可以忽略不计，因为它们的单位是pA或nA。为了更好地理解电流控制，可以将晶体管视为跨集电极 (C) 和发射极 (E) 的可变电阻器，其电阻根据通过基极 (B) 的电流而变化。
最初，当没有电流流过基极时，CE 上的电阻非常高，以至于没有电流流过它。当基极端出现0.7V及以上的电位差时，BE结扩散并导致CB结扩散。现在电流根据增益从集电极流向发射极。
现在让我们看看如何通过控制基极电流来控制输出电流。考虑到IC=42mA 并遵循上面相同的公式，可以得到IB=0.35mA ；RB=14.28kOhms≈15kOhms。
实际值与计算值的差异是由于晶体管两端的电压降和所使用的电阻负载。
NPN晶体管作为放大器
放大是将微弱的信号转换为可用的形式。放大过程在无线发射信号、无线接收信号、Mp3播放器、手机等许多应用中都是重要的一步，晶体管可以放大不同配置的功率、电压和电流。
晶体管放大器电路中使用的一些配置是：
- 共射极放大器
- 共集电极放大器
- 普通基极放大器
上面是单级放大器，在基极端施加的微弱信号被转换为集电极端实际信号的β倍。
NPN晶体管部分用途
CIN是将输入信号耦合到晶体管基极的耦合电容。因此该电容器将源极与晶体管隔离，仅允许交流信号通过。CE是旁路电容器，用作放大信号的低电阻路径。COUT是耦合电容，用于耦合来自晶体管集电极的输出信号。因此该电容器将输出与晶体管隔离，仅允许交流信号通过。R2和RE为放大器提供稳定性，而R1和R2一起通过充当分压器来确保直流偏置点的稳定性。
工作过程：
该电路在每个时间间隔内瞬时运行。简单来说，当基极端子的交流电压增加时，流过发射极电阻的电流也会相应增加。
因此，发射极电流的这种增加增加了流过晶体管的较高集电极电流，从而降低了VCE集电极发射极压降。类似的，当输入交流电压呈指数下降时，由于发射极电流的下降，VCE电压开始增加。所有这些电压变化都会在输出端瞬时反映，这将是输入的反相波形，但会放大一个。
总结
晶体三极管按材料分常见的有两种，锗管和硅管，而每一种又有NPN和PNP两种结构形式，虽然二者工作原理相同，但相对来说，NPN晶体管的应用相对较多一些。因为从生产工艺上,，以外延附生法的P层为基 , N为离子注射是主流制造工艺。在应用方面，NPN晶体管主要是用作电流放大和开关的作用，其工作原理主要的是利用的半导体之间的连接进行集电工作。
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