晶体管的分类及不同类型| BJT、场效应管、NPN、PNP

晶体管是一种半导体器件，用于放大信号或用作电控开关。晶体管是一种三端子器件，一个端子（或引线）上的小电流/电压将控制其他两个端子（引线）之间的大电流。

长期以来，由于晶体管比真空管更具优势，因此真空管被晶体管取代。晶体管体积小，运行所需能量低，功耗低。晶体管是重要的有源元件之一（一种可以产生比输入信号功率更高的输出信号的器件）。

晶体管是几乎所有电子电路的基本组件，例如：放大器、开关、振荡器、稳压器、电源，最重要的是数字逻辑 IC。

从第一个晶体管的发明时间到现在，晶体管根据其结构或操作分为不同的类型。下面的树形图解释了不同晶体管类型的基本分类。

晶体管树图

通过观察上面的树形图可以很容易地理解晶体管的分类。晶体管基本上分为两种类型。它们是：双极结型晶体管 (BJT) 和场效应晶体管 (FET)。BJT 又分为 NPN 和 PNP 晶体管。FET晶体管分为JFET和MOSFET。

结型 FET 晶体管根据其结构进一步分为 N 沟道 JFET 和 P 沟道 JFET。MOSFET分为耗尽型和增强型。同样，耗尽型和增强型晶体管进一步分为各自的 N 沟道和 P 沟道。

晶体管的类型

如前所述，在更广泛的范围内，晶体管的主要系列是 BJT 和 FET。无论它们属于哪个系列，所有晶体管都具有不同半导体材料的适当/特定排列。制造晶体管常用的半导体材料有硅、锗和砷化镓。

基本上，晶体管根据其结构进行分类。每种类型的晶体管都有自己的特点、优点和缺点。

从物理和结构上讲，BJT 和 FET 之间的区别在于，在 BJT 中，多数电荷载流子和少数电荷载流子都需要工作，而在 FET 的情况下，只需要多数电荷载流子。

基于它们的特性和特性，一些晶体管主要用于开关用途（MOSFET），另一方面，一些晶体管用于放大用途（BJT）。一些晶体管是为放大和开关目的而设计的。

结型晶体管

结型晶体管通常称为双极结型晶体管（BJT）。术语“双极”意味着传导电流需要电子和空穴，术语“结”意味着它包含 PN 结（实际上是两个结）。

BJT 具有三个终端，分别称为发射极 (E)、基极 (B) 和集电极 (C)。BJT晶体管根据结构分为NPN和PNP晶体管。

BJT 本质上是电流控制器件。如果少量电流流过 BJT 晶体管的基极，则会导致从发射极流向集电极的大电流。双极结型晶体管具有低输入阻抗，它会导致大电流流过晶体管。

双极结型晶体管仅由提供给基极的输入电流导通。BJT 可以在三个区域运行。他们是：

• 截止区域：此处晶体管处于“关闭”状态，即流过晶体管的电流为零。它基本上是一个打开的开关。
• 有源区：此处晶体管充当放大器。
• 饱和区：此处晶体管处于完全“导通”状态，也可用作闭合开关。

NPN晶体管

NPN 是两种类型的双极结晶体管 (BJT) 之一。NPN晶体管由两种n型半导体材料组成，它们由一层薄薄的p型半导体隔开。在这里，多数电荷载流子是电子，而空穴是少数电荷载流子。电子从发射极到集电极的流动由基极端子中的电流控制。

基极端的少量电流会导致大量电流从发射极流向集电极。现在比较常用的双极晶体管是NPN晶体管，因为电子的迁移率大于空穴的迁移率。流过晶体管的电流的标准方程是

IE = IB + IC

NPN晶体管的符号和结构如下所示。

PNP晶体管

PNP 是另一种类型的双极结型晶体管 (BJT)。PNP 晶体管包含两种 p 型半导体材料，并由一层薄薄的 n 型半导体隔开。PNP 晶体管中的多数电荷载流子是空穴，而电子是少数电荷载流子。晶体管发射极端子中的箭头表示常规电流的流动。在 PNP 晶体管中，电流从发射极流向集电极。

当基极端相对于发射极被拉低时，PNP 晶体管导通。PNP晶体管的符号和结构如下所示。

FET（场效应晶体管）

场效应晶体管 (FET) 是另一种主要类型的晶体管。基本上，FET 也具有三个端子（如 BJT）。三个端子是：栅极 (G)、漏极 (D) 和源极 (S)。场效应晶体管分为结型场效应晶体管（JFET）和绝缘栅场效应晶体管（IG-FET）或金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。

对于电路中的连接，我们还考虑称为 Base 或 Substrate 的第四个端子。FET 可以控制源极和漏极之间的通道的大小和形状，这是由施加在栅极上的电压产生的。

场效应晶体管是单极器件，因为它们只需要大多数电荷载流子即可工作（与双极晶体管 BJT 不同）。

JFET（结场效应晶体管）

结型场效应晶体管（JFET）是一种最早且简单的场效应晶体管。JFET 用作开关、放大器和电阻器。该晶体管是一种电压控制器件。它不需要任何偏置电流。

施加在栅极和源极之间的电压控制晶体管的源极和漏极之间的电流流动。JFET 晶体管有 N 沟道和 P 沟道两种类型。

N沟道JFET

在 N 沟道 JFET 中，电流是由电子引起的。当在栅极和源极之间施加电压时，在源极和漏极之间形成通道以供电流流动。该通道称为 N 通道。如今，N 沟道 JFET 是比 P 沟道 JFET 更可取的类型。N 沟道 JFET 晶体管的符号如下所示。

在这种类型的 JFET 中，电流是由空穴引起的。源极和漏极之间的通道称为 P 通道。P 沟道 JFET 的符号如下所示。这里，箭头标记表示电流流动的方向。

MOSFET

金属氧化物半导体场效应晶体管 (MOSFET) 是所有晶体管中最常用和最受欢迎的类型。“Metal Oxide”这个名称表示栅极区和沟道由一层薄的金属氧化物（通常为 SiO 2）隔开。

因此，MOSFET 也称为绝缘栅极 FET，因为栅极区域与源极 - 漏极区域完全绝缘。有一个称为衬底或主体的额外端子，它是制造 FET 的主要半导体（硅）。因此，MOSFET 有四个端子漏极、源极、栅极和体或衬底。

MOSFET与BJT和JFET相比有很多优点，主要是它提供了高输入阻抗和低输出阻抗。它用于开关和电源电路，是集成电路设计技术的主要组成部分。

MOSFET 晶体管有耗尽型和增强型。此外，耗尽型和增强型分为 N-Channel 和 P-Channel 类型。

N 沟道 MOSFET

在源漏之间有N沟道区的MOSFET称为N沟道MOSFET。这里，源极和栅极端子用位于重掺杂 p 型半导体材料（衬底）中的 n 型材料进行重掺杂。

源极和漏极之间的电流是由于电子。栅极电压控制电路中的电流。N 沟道 MOSFET 比 P 沟道 MOSFET 最常用，因为电子的迁移率高于空穴的迁移率。

下面给出了 N 沟道 MOSFET 晶体管的符号和结构（增强模式和耗尽模式）。

在源极和漏极之间具有 P 沟道区的 MOSFET 称为 P 沟道 MOSFET。这里，源极和漏极端子用P型材料重掺杂，而衬底用N型材料掺杂。源极和漏极之间的电流流动是由于空穴浓度。在栅极施加的电压将控制流过沟道区的电流。

下面给出了 P 沟道 MOSFET 晶体管的符号和结构（增强模式和耗尽模式）。

晶体管还根据它们执行的功能（操作或应用）进行分类。下面解释基于其功能的不同类型的晶体管。

小信号晶体管

小信号晶体管的基本功能是放大小信号，但有时这些晶体管也用于开关目的。小信号晶体管以 NPN 和 PNP 晶体管的形式在市场上销售。我们通常可以在小信号晶体管的本体上看到一些数值，表示晶体管的hFE。

根据这个hFE值，我们可以了解晶体管放大信号的能力。常用的 hFE 值范围为 10 至 500。这些晶体管的集电极电流值为 80 至 600 mA。这种类型的晶体管在 1 到 300 MHz 的频率范围内工作。晶体管本身的名称表明这些晶体管放大小信号，这些信号使用小的电压和电流，例如几毫伏和几毫安的电流。

小信号晶体管几乎用于所有类型的电子设备，这些晶体管也用于多种应用，其中一些是通用的 ON 或 OFF 开关、LED 二极管驱动器、继电器驱动器、音频静音功能、定时器电路、红外二极管放大器，偏置电源电路等。

小型开关晶体管

小型开关晶体管是主要用于开关但有时也用于放大的晶体管。与小信号晶体管一样，小型开关晶体管也有 NPN 和 PNP 形式，这些类型的晶体管也具有 hFE 值。

这些晶体管的 hFE 值范围是 10 到 200。在 hFE 值 200 时，晶体管不是好的放大器，但它们可以作为更好的开关。集电极电流值范围为 10 至 1000 mA。这些晶体管主要用于开关应用。

功率晶体管

大功率放大器和电源中使用的晶体管称为功率晶体管。该晶体管的集电极端子连接到金属器件的基极，该结构充当散热器，为应用消散多余的功率。

这些类型的晶体管以 NPN、PNP 和达林顿晶体管的形式提供。此处，集电极电流值范围为 1 至 100 A。工作频率范围为 1 至 100 MHz。这些晶体管的功率值范围从10到300 W。晶体管本身的名称表明功率晶体管用于需要大功率、高电压和大电流的应用中。

高频晶体管

高频晶体管用于在高频下工作的小信号，这些用于高速开关应用。高频晶体管也称为射频晶体管。

这些晶体管的最大频率值约为 2000 MHz。集电极电流 (I C ) 值范围为 10 至 600 mA。这些类型的晶体管也以 NPN 和 PNP 的形式提供。这些主要用于高频信号的应用，并且这些晶体管必须仅在高速下打开或关闭。这些晶体管用于 HF、VHF、UHF、CATV 和 MATV 振荡器和放大器电路。

光电晶体管

光电晶体管是根据光工作的晶体管，即这些晶体管是光敏感的。一个简单的光电晶体管只不过是一个包含光敏区域而不是基极端子的双极晶体管。

光电晶体管只有 2 个端子而不是 3 个端子（在 BJT 中）。当感光区域变暗时，晶体管没有电流流过，即晶体管处于截止状态。

当感光区域暴露在光线下时，会在基极端产生少量电流，并导致大电流从集电极流向发射极。光电晶体管有 BJT 和 FET 晶体管类型。这些被称为光 BJT 和光 FET。

与光电 BJT 不同，光电 FET 通过使用光来产生栅极电压，从而控制漏极和源极端子之间的电流。Photo-FET 比 Photo-BJT 对光更敏感。photo-BJT 和 photo-FET 的符号如上所示。

单结晶体管 (UJT)

单结晶体管 (UJT) 仅用作电控开关。由于它们的设计，这些晶体管不包含任何放大特性。这些通常是三个引线晶体管，其中两个称为基极，第三个称为发射极。

现在，让我们看看单结晶体管的工作原理。如果发射极和任何一个基极端子（B1 或 B2）之间没有电位差，则少量电流会在 B1 和 B2 之间流动。

如果在发射极端子上施加足够量的电压，则在发射极端子处会产生大电流，它会在 B1 和 B2 之间增加小电流，从而在晶体管中产生大电流。

这里，发射极电流是控制晶体管中总电流的主要电流源。端子B1和B2之间的电流非常小，因此，这些晶体管不适合用于放大目的。

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