什么是晶体管 晶体管的分类及主要参数

晶体管是通常用于放大器或电控开关的半导体器件。晶体管是调节计算机、移动电话和所有其他现代电子电路运行的基本构件。

由于其高响应和高精度，晶体管可用于各种数字和模拟功能，包括放大器、开关、稳压器、信号调制和振荡器。晶体管可以独立封装，也可以封装在非常小的区域内，容纳1亿个或更多晶体管集成电路的一部分。

（英特尔 3D 晶体管技术）

严格来说，晶体管是指基于半导体材料的所有单一元件，包括由各种半导体材料制成的二极管、晶体管、场效应晶体管、晶闸管等。晶体管大多是指晶体三极管。

晶体管分为两大类：双极晶体管（BJT）和场效应晶体管（FET）。

晶体管的结构

晶体管有三极：双极晶体管的三极分别由N型和P型组成：发射极、基极和集电极;场效应晶体管的三极是：源极、栅极、漏极。

由于晶体管的三极性，它们也有三种使用方式：接地发射极（也称为公共发射放大器/ CE配置），接地基极（也称为公共基极放大器/
CB配置）和接地集电极（也称为公共集放大器/ CC配置/发射极耦合器）。

晶体管的分类

3.1 晶体管如何分类

》 晶体管中使用的材料

根据晶体管中使用的半导体材料，可分为硅晶体管和锗晶体管。根据晶体管的极性，可分为锗NPN晶体管，锗PNP晶体管，硅NPN晶体管和硅PNP晶体管。

》技术

根据其结构和制造工艺，晶体管可分为扩散晶体管、合金晶体管和平面晶体管。

》 当前容量

根据目前的容量，晶体管可分为低功率晶体管、中功率晶体管和高功率晶体管。

》 工作频率

按工作频率，晶体管可分为低频晶体管、高频晶体管和超高频晶体管。

》 包装结构

根据封装结构，晶体管可分为金属封装晶体管、塑料封装晶体管、玻璃外壳封装晶体管、表面封装晶体管和陶瓷封装晶体管等。

》 函数和用法

根据功能和用途，晶体管可分为低噪声放大晶体管、中高频放大晶体管、开关晶体管、达林顿晶体管、高背压晶体管、带阻晶体管、阻尼晶体管、微波晶体管、光学晶体管和磁性晶体管等多种类型。

3.2 晶体管的种类及其特点

》巨型晶体管

GTR是一种高电压、高电流的双极结型晶体管（BJT），因此有时被称为功率BJT。

特点：电压高，电流大，开关特性好，驱动功率高，但驱动电路复杂;GTR和普通双极结型晶体管的工作原理是一样的。

》 光电晶体管

光电晶体管是由双极晶体管或场效应晶体管组成的光电器件。光被吸收在这种器件的有源区域，产生光生载流子，这些载流子通过内部电放大机制并产生光电流增益。光电晶体管在三端工作，因此很容易实现电子控制或电气同步。

光电晶体管中使用的材料通常是GaAs，主要分为双极光电晶体管、场效应光电晶体管及其相关器件。双极光电晶体管通常具有高增益，但不会太快。对于GaAs-GaAlAs，放大倍数可以大于1000，响应时间长于纳秒，常用作光电探测器和光放大。

场效应光电晶体管（FET）响应迅速（约50皮秒），但缺点是光敏面积和增益小，常用作超高速光电探测器。还有许多其他平面光电器件相关联，其特点是响应速度快（响应时间为数十皮秒），适合集成。这些类型的器件有望应用于光电集成。

》 双极晶体管

双极晶体管是音频电路中常用的一种晶体管。双极性是由两种半导体材料中的电流流动引起的。双极晶体管按工作电压的极性可分为NPN型或PNP型。

》 双极结型晶体管

“双极”意味着电子和空穴在工作的同时都在运动。双极结型晶体管，又称半导体三极管，是通过一定工艺将两个PN结组合在一起的器件。PNP和NPN有两种组合结构。三极的外部引出：集电极、发射极和基极。BJT具有放大功能，它取决于其发射极电流能否通过基极区域传输到集电极区域。

为了保证这种运输过程，一方面要满足内部条件。这意味着发射区的杂质浓度应远大于基区的杂质浓度，基区的厚度应非常小。另一方面，应满足外部条件。这意味着发射结应该是正偏置（加上正电压），集电极结应该是反向偏置的。BJT的种类很多，根据频率，有高频管和低频管;按功率分，有小、中、高功率管;根据半导体材料，有硅和锗管等。放大器电路由共发射极、共基极和共集电极组成。

》场效应晶体管

“场效应”的含义是晶体管的原理是基于半导体的电场效应。

场效应晶体管是根据场效应原理工作的晶体管。场效应管有两种主要类型：结型场效应管（JFET）和金属氧化物半导体场效应管（MOS-FET）。与BJT不同，FET仅由一个载流子组成，因此也称为单极晶体管。属于压控半导体器件，具有输入电阻高、噪声低、功耗低、动态范围宽、集成方便、无二次击穿、安全工作区域宽等优点。

场效应是改变垂直于半导体表面的电场的方向或大小，以控制半导体导电层（通道）中大多数载流子的密度或类型。通道中的电流由电压调制，工作电流由半导体中的大多数载流子传输。与双极晶体管相比，场效应管具有输入阻抗高、噪声低、限频高、功耗低、制造工艺简单、温度特性好等特点，广泛应用于各种放大器、数字电路和微波电路等。基于硅的金属MOSFET和基于GaAs的肖特基势垒FET（MESFET）是两个最重要的场效应晶体管。它们分别是MOS大规模集成电路和MES超高速集成电路的基本器件。

场效应管

》 单电子晶体管

单电子晶体管是一种可以记录具有一个或少量电子的信号的晶体管。随着半导体刻蚀技术的发展，大规模集成电路的集成度越来越高。以动态随机存取存储器（DRAM）为例，其集成度正以每两年近四倍的速度增长，预计单电子晶体管将是最终目标。

目前，平均存储器包含200，000个电子，而单个电子晶体管仅包含一个或几个电子，因此将大大降低功耗并提高集成电路的集成度。1989年，J.H.
F.Scott-Thomas等研究人员发现了库仑阻塞现象。当施加电压时，如果量子点中的电荷量变化小于一个电子，则不会有电流通过量子点。

因此，电流-电压关系不是正常的线性关系，而是阶梯形关系。该实验是历史上第一次手动控制电子的运动，为制造单个电子晶体管提供了实验基础。

》 绝缘栅双极晶体管 （IGBT）

绝缘栅双极晶体管结合了巨型晶体管GTR和功率MOSFET的优点。它具有良好的性能和广泛的应用。IGBT也是三端器件：栅极、集电极和发射极。

晶体管的主要参数

晶体管的主要参数包括电流放大因数、耗散功率、特征频率、最大集电极电流、最大反向电压、反向电流等。

4.1 直流电流放大系数

直流电流放大因子，又称静态电流放大因子或直流放大因子，是指当静态信号输入不变时，晶体管集电极电流的IC与基极电流IB的比值，通常用hFE或β表示。

4.2 交流电流放大系数

交流电流放大因子又称交流放大因子和动态电流放大因子，是指交流状态下IC与IB的比值，通常用hFE或β表示。hFE和β密切相关，但也不同。这两个参数在低频时接近，在高频时有一些差异。

4.3 耗散功率

耗散功率，又称集电极----PCM的最大允许耗散功率，是指晶体管参数不超过规定允许值时集电极的最大耗散功率。

耗散功率与晶体管的最大允许结和集电极电流密切相关。晶体管的实际功耗在使用时不允许超过PCM值，否则，晶体管会因过载而损坏。

耗散功率PCM小于1W的晶体管通常称为低功率晶体管，等于或大于1W。小于5W的晶体管称为中等功率晶体管，PCM等于或大于5W的晶体管称为大功率晶体管。

4.4 特性频率（fT）

当晶体管的工作频率超过截止频率fβ或fα时，电流放大因子β会随着频率的增加而降低。特征频率是晶体管β值降低到1的频率。

特征频率小于或等于3MHZ的晶体管通常称为低频晶体管。fT大于或等于30MHZ的晶体管称为高频晶体管。fT大于3MHZ的晶体管和小于30MHZ的晶体管称为中频晶体管。

4.5 最大频率（fM）

最大振荡频率是晶体管功率增益降低到1的频率。

一般来说，高频晶体管的最大振荡频率低于共基极截止频率fα，而特征频率fT高于共基极截止频率fα，低于共集电极截止频率fβ。

4.6 最大集电极电流（ICM）

最大集电极电流（ICM）是允许通过晶体管集电极的最大电流。当晶体管的集电极电流IC超过ICM时，晶体管的β值会发生明显变化，从而影响其正常工作甚至造成损坏。

4.7 最大反向电压

最大反向电压是晶体管在运行时允许施加的最大工作电压。它包括集电极-发射极反向击穿电压、集电极-基极反向击穿电压和发射极-发射极反向击穿电压。

》集电极 - 集电极反向击穿电压

该电压是指晶体管基极电路开路时集电极和发射极之间允许的最大反向电压，通常用VCEO或BVCEO表示。

》基极 - 基极反向击穿电压

电压是指晶体管点火时集电极与基极之间允许的最大反向电压，用VCBO或BVCBO表示。

》 发射极 - 发射极反向击穿电压

该电压是指晶体管集电极断开时发射极与基极之间允许的最大反向电压，以VEBO或BVEBO表示。

》集电极 - 基极反向电流 （ICBO）

ICBO又称集电极反向漏电流，是指晶体管发射极开路时集电极与基极之间的反向电流。反向电流对温度敏感。该值越小，晶体管的温度特性越好。

》集电极 - 发射极反向击穿电流 （ICEO）

集电极和发射极之间的反向击穿电流ICEO

ICEO是晶体管基极开路时集电极和发射极之间的反向漏电流。电流越小，晶体管的性能越好。