晶体管电流的关系有哪些类型 晶体管的类型

晶体管是一种半导体器件，广泛应用于电子电路中。晶体管的工作原理基于半导体材料的导电特性，通过控制基极电流来调节集电极电流，从而实现放大、开关等功能。晶体管的电流关系是其核心特性之一，对于理解和设计电子电路具有重要意义。

1. 晶体管的基本结构和工作原理

晶体管主要由三层半导体材料组成，分别为发射极（Emitter）、基极（Base）和集电极（Collector）。根据半导体材料的类型，晶体管可以分为NPN型和PNP型两种。NPN型晶体管的发射极和集电极由N型半导体材料制成，基极由P型半导体材料制成；而PNP型晶体管则相反。

晶体管的工作原理基于PN结的导电特性。PN结是两种不同掺杂类型的半导体材料的接触面，具有单向导电性。当PN结正向偏置时，PN结导通，允许电流通过；当PN结反向偏置时，PN结截止，不允许电流通过。

在晶体管中，发射极和基极之间的PN结称为发射结，集电极和基极之间的PN结称为集电结。晶体管的工作状态可以通过控制基极电流来实现。当基极电流增加时，发射结导通，发射极向基极注入大量电子，这些电子在基极中扩散，部分电子被基极收集，形成基极电流；另一部分电子穿过集电结，被集电极收集，形成集电极电流。由于集电极电流与基极电流之间存在放大关系，因此晶体管可以实现电流放大功能。

2. 晶体管的电流关系类型

晶体管的电流关系主要包括以下几种类型：

2.1 直流电流关系

直流电流关系是指在直流电路中，晶体管各极电流之间的关系。在直流电路中，晶体管的电流关系可以用以下公式表示：

Ic = β * Ib

其中，Ic表示集电极电流，Ib表示基极电流，β表示晶体管的直流电流放大倍数。直流电流放大倍数是晶体管的一个重要参数，反映了晶体管在直流条件下的放大能力。直流电流放大倍数受晶体管的工作区域、温度、晶体管参数等因素的影响。

2.2 交流电流关系

交流电流关系是指在交流电路中，晶体管各极电流之间的关系。在交流电路中，晶体管的电流关系可以用以下公式表示：

Ic = Av * Ib

其中，Ic表示集电极电流，Ib表示基极电流，Av表示晶体管的交流电流放大倍数。交流电流放大倍数是晶体管在交流条件下的放大能力，与直流电流放大倍数不同，它反映了晶体管在交流条件下的频率响应特性。

2.3 饱和区电流关系

饱和区电流关系是指在晶体管工作在饱和区时，各极电流之间的关系。在饱和区，晶体管的发射结和集电结都处于正向偏置状态，晶体管的电流关系可以用以下公式表示：

Ic = Ie - Ib

其中，Ic表示集电极电流，Ie表示发射极电流，Ib表示基极电流。在饱和区，晶体管的集电极电流等于发射极电流减去基极电流。

2.4 截止区电流关系

截止区电流关系是指在晶体管工作在截止区时，各极电流之间的关系。在截止区，晶体管的发射结和集电结都处于反向偏置状态，晶体管的电流关系可以用以下公式表示：

Ic ≈ 0，Ib ≈ 0

在截止区，晶体管的集电极电流和基极电流都接近于零。

2.5 放大区电流关系

放大区电流关系是指在晶体管工作在放大区时，各极电流之间的关系。在放大区，晶体管的发射结处于正向偏置状态，集电结处于反向偏置状态。晶体管的电流关系可以用以下公式表示：

Ic = β * Ib

在放大区，晶体管的直流电流放大倍数β通常大于1，可以实现电流放大功能。

3. 影响晶体管电流关系的因素

晶体管的电流关系受多种因素的影响，主要包括：

3.1 工作区域

晶体管的工作区域包括截止区、饱和区和放大区。不同工作区域下，晶体管的电流关系不同。

3.2 温度

温度对晶体管的电流关系有很大影响。随着温度的升高，晶体管的直流电流放大倍数β会减小，交流电流放大倍数Av也会降低。

3.3 晶体管参数

晶体管的参数包括掺杂浓度、晶体管面积、基极宽度等，这些参数会影响晶体管的电流关系。

晶体管的类型

晶体管大致分为三种类型：双极型、场效应型和绝缘栅双极型。双极晶体管属于电流驱动器件。场效应晶体管（FET）和绝缘栅双极晶体管（IGBT）属于电压驱动器件。

双极晶体管（BJT）

双极晶体管有两种类型：NPN型和PNP型。NPN型产品涵盖低耐受电压到高耐受电压产品。耐受电压为400V或以下的PNP型产品，特别是耐受电压为200V或以下的PNP型产品是主流产品。它们有放大功能，可以将小信号转换成大信号。集电极电流I(C)与基极电流I(B)（I(C)／I(B)）之比称为直流电流增益，用h(FE)表示。当小电流（I(B)）从基极流向发射极时，I(B)×h(FE)的电流I(C)从集电极流向发射极。

BJT是由基极电流驱动的电流驱动器件。

NPN晶体管的操作

基极电流：从基极到发射极的电流

集电极电流：从集电极到发射极的电流

PNP晶体管的操作

基极电流：从发射极到基极的电流

集电极电流：从发射极到集电极的电流

内置偏置电阻型晶体管（BRT）

BRT是指偏置电阻内置型晶体管。BJT通常配合电子设备中的电阻器使用。使用BRT（集成了晶体管和电阻器）可以减少安装面积。

结型场效应晶体管（JFET）

JFET：结型场效应晶体管

（1）在N沟道结型场效应晶体管（图3-3（a））中，当在漏极和源极之间施加电压时，电子从源极流向漏极。

（2）当在栅极和源极之间施加反向偏压时，耗尽层扩大并抑制（1）中的电子流动。（使电子流动的路径变窄）

（3）如果栅极和源极之间的反向偏压进一步增加，耗尽层就会阻塞通道，电子流动停止。

如上所示，施加在栅极和源极之间的电压控制着漏极和源极之间的状态。所以场效应晶体管是电压驱动的器件。

金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）

金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）是目前最受关注的晶体管。MOSFET有两种类型：N沟道（参见下图3-4（a）N沟道）和P沟道（参见下图3-4（b）P沟道）。N沟道广泛用于AC/DC电源、DC/DC转换器、逆变器设备等，而P沟道则用于负载开关、高边开关等。双极晶体管和MOSFET之间的差异如表3-1所示。

晶体管也是使放大器工作的原因。它不只是两个状态(开/关)，也可以在“完全打开”和“完全关闭”之间的任何位置。

这意味着一个几乎没有能量的小信号可以控制晶体管，在晶体管的集电极发射极(或漏源)部分产生更强的信号。因此，晶体管可以放大小信号。